分析汽油机缸内直喷技术

分析汽油机缸内直喷技术

王永春胡白娥

王永春胡白娥青岛市技师学院山东青岛266229

摘要：汽车在安全、节能、环保的趋势下，缸外喷射混合气的形成燃烧释放能量已经进入了瓶颈期，稀薄燃烧技术进行了无数次的尝试，最终在缸内喷射的技术革命中变为了现实，在缸内多次喷射、均质燃烧和分层技术，提高了热效率，尤其是低负荷下的燃油经济性提高、动力性提升等特点，已经成为现阶段的新技术。

关键词：缸内直喷均质燃烧气体流动分层技术

一、进气系统特点

缸内直喷的进气系统为保证运转工况下足够的进气需求，做了几方面的改变。首先，涡轮增压控制系统，利用了废气涡轮增压控制提高充足的进气需求，满足不同运转下进气量，提高发动机动力性和经济性的目的。其次，进气歧管翻板设计，不同工况下通过翻板的打开关闭来改变进气管路截面积，增强了进气效果。其工作低速下利用较少截面积加强了充气力，再加之精确的气门叠加，提高低速下进气量，在高速时，利用较大截面积来减少进气阻力，增加了高速时的进气量。再次，活塞的凹型设计，在改善燃料燃烧和提高发动机性能方面起着十分重要的作用，合理的设计促进气流运动，使其为强大的气体涡流力，为混合气形成提供可靠保障，无论对于燃油喷束、气流运动还是燃烧室形状都进行优化布置，保证均质和分层混合气。

二、分层混合气成因

1.喷油雾化质量：对于混合气形成分层主要喷油时间控制，一般控制喷油正时是活塞上止点前60°至上止点前45°，喷油距点火时刻非常短，这样的油与空气来不及充分混合，只能使部分位置有油存在，其余部分没有油，因而形成了两部分（原理如图1），但是喷油油束浓度太浓，不利于正常燃烧，为了正常工作，还要借助其他方面来实现。

2.气体流动、燃烧室形状：这方面的改变主要通过结构的改变和强大的气体流动保证局部油束形成可燃混合气，在气流方面如上所述有进气涡流，压缩挤气涡流、燃烧涡流等强大的气流，流动力在极短时间内保证了局部油束可与空气

图2.进气过程气流运动

充分混合，保证喷出的油在局部存在并形成可燃混合气，既保证了极稀混合气的充分燃烧，又保证了动力性的充分发挥（原理如图2）。

三、技术的创新

1.分层燃烧技术：实现超稀薄分层燃烧，在A/F=30~40：1的情况下正常工作，有利于混合气充分燃烧，同时周围稀气的隔热技术，大大提高了动力性和经济性。

2.压缩比提高：因吸入空气量大幅增加，进气冷却效果好，同时燃油在燃烧室内滞留时间极短，使对爆燃的抑制作用增大，提高了压缩比。

3.两次喷射技术：第一次在进气行程中利用燃油的汽化热降低进气温度，提高了充气效率；第二次在压缩后期，形成浓度不均的层状混合气再点燃，改善了使用性能。

4.雾化质量提高：燃油系统中工作油压在5--10MPa，根据不同工况控制油压，保证雾化质量，有利于可燃混合气的燃烧，提高动力性。

5.污染少：采用了三元催化和NOx存储式催化净化反应器，排气达欧4标准。

6.优化超速切断效果：变速器的转速高于发动机转速实现断油控制，当发动机转速低时，再实现供油控制，保证正常运转。

四、需要解决的问题：

1.燃油质量要求高：燃油分层达到稀薄燃烧的目的，压缩比提高，提高了燃油抗爆性的开发，同时高压喷油器雾化质量要求高，对于燃油质量要求高，因此大众公司的缸内直喷只是采用了燃油直喷，取消分层燃烧技术，降低对燃油品质的要求。

2.气缸内的燃烧沉积物较多，使用高能点火，严重影响火花塞的寿命。

3.高压供油系统零件的磨损较快，成本较高，而且喷嘴本身无自洁功能，容易导致结构污染。

4.结构比较复杂，可靠性、耐久性较差，维护保养不便，费用较高。

参考文献

[1]史鉴明李国祥汽油机缸内直喷技术的研究与进展[J].试验与研究，2005，3。

[2]代伟21世纪轿车理想的动力装置一GDI发动机[J].汽车维修，2006，3。

[3]蒋坚高希彦直喷式汽油机的开发[J].内燃机工程，2004，1。