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汽油机缸内直喷技术的研究现状及技术难点
2019-10-24
点击数：8686
1、GDI发动机的技术现状
1.1、燃油供给和喷射系统
现代的GDI发动机燃油供给系统均采用(yòng)了精度高、响应快的柔性電(diàn)控手段。高压共轨喷射系统加電(diàn)磁驱动喷油器被认為(wèi)是满足缸内灵活喷射要求的喷射系统之一。该系统由低压输油泵、燃油压力传感器、喷油压力控制阀、高压油泵、蓄压燃油轨、喷油器等组成。
燃油喷射系统中，喷油器的结构形式对喷雾质量的影响很(hěn)大。目前在GDI发动机上得到广泛应用(yòng)的是内开式旋流喷油器，只有(yǒu)一个喷孔，工作油压為(wèi)5.0-10MPa，其内部设有(yǒu)燃油旋流腔，它可(kě)以通过涡流比的选择而实现较好的喷雾形态和合适的贯穿度的配合，且喷束方向便于调整，方便了在气缸内的布置。
1.2、喷射模式
GDI发动机燃油喷射模式可(kě)以分(fēn)為(wèi)单阶段喷射模式和多(duō)阶段喷射模式。单阶段喷射模式是指在中小(xiǎo)负荷时，燃油在压缩行程后期喷入，实现混合气分(fēn)层稀燃并采用(yòng)质调节以避免节流阀的节流损失，从而使GDI汽油机达到与柴油机相当的经济性；在大负荷和全负荷时，燃油在进气行程中喷入气缸，实现均质预混合燃烧，以保持汽油机升功率高的特点。多(duō)阶段喷射模式是指在进气行程中先喷入所需燃料的1/4，形成极稀的均质混合气，其余燃料在压缩行程后期再次喷入，形成分(fēn)层混合气。应用(yòng)该技术可(kě)实现发动机从中小(xiǎo)负荷到大负荷的平稳过渡，降低气缸内的气體(tǐ)温度，抑制爆燃的产生。
1.3、燃烧系统
GDI发动机燃烧系统按喷油器和火花(huā)塞的相对位置和混合气的组织形式可(kě)以有(yǒu)3种类型：(1)喷束引导法。燃油喷嘴靠近火花(huā)塞布置，火花(huā)塞位于燃油喷束的边缘，这种方式的优点是确保当整个燃烧室内為(wèi)稀薄混合气时，火花(huā)塞周围仍能(néng)形成可(kě)供点火的混合气浓度。福特、本田公司生产的某些机型采用(yòng)这种燃烧系统。(2)壁面引导法。燃油喷嘴遠(yuǎn)离火花(huā)塞布置，利用(yòng)特殊形状的活塞表面配合气流运动，将燃油蒸气导向火花(huā)塞并在火花(huā)塞间隙形成合适浓度的混合气，如三菱、丰田、日产等公司开发的机型。(3)气流引导法。同样是燃油喷嘴遠(yuǎn)离火花(huā)塞，利用(yòng)缸内有(yǒu)组织的气流运动来达到上述目的。FEV、AVL公司开发的方案采取这样的燃烧系统。
1.4、缸内空气运动的组织
GDI发动机缸内空气的运动有(yǒu)涡流、滚流和挤流。目前大部分(fēn)GDI发动机应用(yòng)涡流作為(wèi)缸内空气运动的主要形式，其特点是持续时间長(cháng)，在缸内的径向发散少，对保持混合气的相对集中和分(fēn)层有(yǒu)利，可(kě)以充分(fēn)利用(yòng)它来维持压缩冲程中的混合气分(fēn)层。但利用(yòng)涡流来促进油气混合有(yǒu)一个操作范围限制。此外，涡流比过高还会由于离心力的作用(yòng)使油滴甩向缸壁，造成湿壁现象的增加。近年来，日本三菱汽車(chē)公司对滚流在GDI发动机中的应用(yòng)做了大量的试验研究，结果显示，在压缩行程的后期，滚流能(néng)够有(yǒu)效地增加靠近缸壁处的气體(tǐ)流动速度，从而可(kě)以促进粘附在缸壁上的油滴快速蒸发，也可(kě)利用(yòng)滚流和活塞顶部的凹坑相配合将分(fēn)层混合气导向火花(huā)塞，控制油束碰撞和火焰传播，从排气侧到进气侧的挤流还能(néng)提高燃烧速度。
2、存在问题及前景展望
制约GDI发动机发展的主要技术难点是排放问题。
1.1、燃油供给和喷射系统
现代的GDI发动机燃油供给系统均采用(yòng)了精度高、响应快的柔性電(diàn)控手段。高压共轨喷射系统加電(diàn)磁驱动喷油器被认為(wèi)是满足缸内灵活喷射要求的喷射系统之一。该系统由低压输油泵、燃油压力传感器、喷油压力控制阀、高压油泵、蓄压燃油轨、喷油器等组成。
燃油喷射系统中，喷油器的结构形式对喷雾质量的影响很(hěn)大。目前在GDI发动机上得到广泛应用(yòng)的是内开式旋流喷油器，只有(yǒu)一个喷孔，工作油压為(wèi)5.0-10MPa，其内部设有(yǒu)燃油旋流腔，它可(kě)以通过涡流比的选择而实现较好的喷雾形态和合适的贯穿度的配合，且喷束方向便于调整，方便了在气缸内的布置。
1.2、喷射模式
GDI发动机燃油喷射模式可(kě)以分(fēn)為(wèi)单阶段喷射模式和多(duō)阶段喷射模式。单阶段喷射模式是指在中小(xiǎo)负荷时，燃油在压缩行程后期喷入，实现混合气分(fēn)层稀燃并采用(yòng)质调节以避免节流阀的节流损失，从而使GDI汽油机达到与柴油机相当的经济性；在大负荷和全负荷时，燃油在进气行程中喷入气缸，实现均质预混合燃烧，以保持汽油机升功率高的特点。多(duō)阶段喷射模式是指在进气行程中先喷入所需燃料的1/4，形成极稀的均质混合气，其余燃料在压缩行程后期再次喷入，形成分(fēn)层混合气。应用(yòng)该技术可(kě)实现发动机从中小(xiǎo)负荷到大负荷的平稳过渡，降低气缸内的气體(tǐ)温度，抑制爆燃的产生。
1.3、燃烧系统
GDI发动机燃烧系统按喷油器和火花(huā)塞的相对位置和混合气的组织形式可(kě)以有(yǒu)3种类型：(1)喷束引导法。燃油喷嘴靠近火花(huā)塞布置，火花(huā)塞位于燃油喷束的边缘，这种方式的优点是确保当整个燃烧室内為(wèi)稀薄混合气时，火花(huā)塞周围仍能(néng)形成可(kě)供点火的混合气浓度。福特、本田公司生产的某些机型采用(yòng)这种燃烧系统。(2)壁面引导法。燃油喷嘴遠(yuǎn)离火花(huā)塞布置，利用(yòng)特殊形状的活塞表面配合气流运动，将燃油蒸气导向火花(huā)塞并在火花(huā)塞间隙形成合适浓度的混合气，如三菱、丰田、日产等公司开发的机型。(3)气流引导法。同样是燃油喷嘴遠(yuǎn)离火花(huā)塞，利用(yòng)缸内有(yǒu)组织的气流运动来达到上述目的。FEV、AVL公司开发的方案采取这样的燃烧系统。
1.4、缸内空气运动的组织
GDI发动机缸内空气的运动有(yǒu)涡流、滚流和挤流。目前大部分(fēn)GDI发动机应用(yòng)涡流作為(wèi)缸内空气运动的主要形式，其特点是持续时间長(cháng)，在缸内的径向发散少，对保持混合气的相对集中和分(fēn)层有(yǒu)利，可(kě)以充分(fēn)利用(yòng)它来维持压缩冲程中的混合气分(fēn)层。但利用(yòng)涡流来促进油气混合有(yǒu)一个操作范围限制。此外，涡流比过高还会由于离心力的作用(yòng)使油滴甩向缸壁，造成湿壁现象的增加。近年来，日本三菱汽車(chē)公司对滚流在GDI发动机中的应用(yòng)做了大量的试验研究，结果显示，在压缩行程的后期，滚流能(néng)够有(yǒu)效地增加靠近缸壁处的气體(tǐ)流动速度，从而可(kě)以促进粘附在缸壁上的油滴快速蒸发，也可(kě)利用(yòng)滚流和活塞顶部的凹坑相配合将分(fēn)层混合气导向火花(huā)塞，控制油束碰撞和火焰传播，从排气侧到进气侧的挤流还能(néng)提高燃烧速度。
2、存在问题及前景展望
制约GDI发动机发展的主要技术难点是排放问题。
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