缸内直喷发动机（精选7篇）
缸内直喷发动机 篇1
1 GDI技术与PFI气门口喷射技术的比较
混合气形成策略不同是PFI发动机与GDI发动机的主要区别。PFI发动机具有油膜湿壁现象和节气门节流损失的缺点, 而GDI发动机理论上不存在上述两方面的限制。
PFI发动机产品中, 20%喷嘴装在气缸盖上进气门的背面, 80%安装在进气歧管上靠近气缸盖位置, 在发动机起动时, 会在进气门附近形成瞬时的液态油膜, 这些燃油会在每次进气过程逐渐蒸发进入气缸燃烧。由于部分蒸发现象导致油量控制延迟和计量偏差, 冷机起动时由于燃油蒸发困难, 使得实际供油量远大于需求空燃比的供油量, 这样会导致冷起动时发动机有4个~10个循环的不稳定燃烧, 显著加大发动机未燃HC排放。GDI技术可以避免气门口燃油湿壁现象, 实现燃烧各阶段准确供油, 能够实现更稀薄燃烧并且降低缸与缸之间、循环与循环之间的变动, 冷起动首循环不需加浓控制, 降低瞬态工况HC的排放。然而GDI发动机对燃油蒸发和混合物形成有更严格的要求, 需要通过更高的喷油压力提高燃油的雾化率。
PFI发动机的另一限制是中、小负荷时采用节气门来控制负荷, 存在节流损失, GDI发动机在中、小负荷时采用分层充气工作模式, 通过控制喷入气缸的油量来控制发动机的负荷, 不采用节气门可以降低泵气损失和热损失。
2 GDI发动机燃烧技术发展趋势
2.1 采用均质混合燃烧方式
采用∮a=1的均质混合燃烧方式的主要优点是能够采用目前PFI发动机上广泛使用的三效催化器, 可以避免采用稀燃NOx催化转化器, 使其排放能够达到越来越严格的排放法规。同PFI发动机和分层稀燃GDI发动机相比, ∮a=1的均质混合燃烧发动机具有较多优点:a) 发动机起动过程具有更快速的起动, 较少的起动加浓和降低起动HC排放的潜力。b) 能够提高瞬态响应, 减少加速加浓, 实现更精确的空燃比控制c) 燃烧过程不需要分层充气和均质充气的模式转换;缸内燃油蒸发冷却充气, 压缩行程可以减少热损失, 有利于提高燃烧稳定性和EGR率, 并能够提高受爆震限制的压缩比d) 燃油经济性能够提高5%。e) 控制系统比分层稀燃简化, 增加了系统优化的灵活性。f) 与其他技术的匹配。g) 排放低。
2.2 采用分层充气或均质充气涡轮增压技术
通过提高进气压力、提高空气利用效率来减小发动机的尺寸是提高发动机经济性的有效途径, 传统的PFI发动机由于受到爆震限制和涡轮增压器响应滞后等因素的影响, 使得汽油机涡轮增压技术未能迅速发展。GDI发动机由于缸内形成混合气, 燃料蒸发能够降低混合气温度, 同时混合气在缸内停留的时间相对较短, 相同压缩比条件下, GDI发动机要比PFI发动机爆震倾向小, 对燃料辛烷值的要求低。GDI发动机小负荷时不使用节气门, 进气量相对较大, 涡轮增压器转速高, 使得GDI发动机在瞬态工况能够实现快速响应随负荷变化引起的涡轮增压变化。GDI发动机应用涡轮增压技术具有下面优势:
a) 缸内充气冷却。由于燃油在气缸内蒸发能够显著冷却缸内充气, 结合多阶段喷油可以有效地降低爆震倾向, 因此, 可以实现比常规PFI更高的压缩比。b由于增加了发动机的充气量, 所以, 可以扩大发动机稀燃区域的转速和负荷范围。c) 提高涡轮增压发动机瞬态响应。小负荷时不采用节气门, 发动机的进气量大, 涡轮增压器转速高, 因此, 即使在部分负荷稀燃区域时涡轮增压的响应延迟也较小。
2.3 优化燃烧系统扩大分层稀燃区域
燃油经济性的提高是影响未来GDI发动机和小型高压共轨柴油机在市场所占比率的重要因素。GDI发动机在分层稀燃区域可以实现节油20%~25%, 可以优化GDI发动机燃烧技术, 采用新一代喷射引导型燃烧系统, 扩大分层稀燃范围, 进一步提高GDI发动机经济性。扩大直喷发动机分层充气稀燃区域是新一代直喷供油系统的发展趋势。因此, 基于窄间距设计的喷束引导燃烧系统具有实现更稀薄燃烧并扩大稀燃区域的潜力, 将成为下一代GDI发动机的首选燃烧系统。
2.4 实现GDI发动机的HCCI燃烧
分层稀燃GDI发动机的混合气不均匀, NOx会在燃料较稀的高温区产生, 而在混合气较浓的区域易产生碳烟。在HCCI的燃烧过程中, 理论上是均匀混合气完全压燃、自燃、无火焰传播过程, 这样可以阻止NOx和微粒的生成, 同时能够实现较高的燃油经济性。若实现HCCI燃烧可以不需要任何后处理装置即可达到欧Ⅵ或更加严格的排放法规, 但是, HCCI燃烧的实现需要解决两个问题, 即点火时刻的控制和发动机整个工况内的燃烧速率的控制。HCCI燃烧需要通过控制气缸内温度、压力和混合气的浓度来控制整个气缸内混合气的燃烧时刻, 没有明确的触发手段来控制燃烧, 局部的温度变化或空燃比变化都是控制HCCI燃烧起始时刻的关键变量, 使燃烧控制变得十分困难。采用GDI技术燃油直接喷入气缸内, 能够更加灵活地控制喷油时刻和精确控制喷油量, 为HCCI燃烧模式的实现提供了可能。应用GDI技术实现HCCI燃烧具有以下优点:a) 缸内直喷可以通过改变喷油时刻来改变局部混合气浓度。b) 缸内燃油蒸发可以改变缸内局部温度。c) 燃油早喷能够为燃油蒸发和形成均质混合气提供足够的时间;压缩行程的后喷能够控制气缸内局部区域混合气浓度, 从而控制HCCI燃烧, 应用GDI的多阶段喷射可实现这两种喷射。d) 缸内直喷技术在瞬态工况能够实现精确的喷油量控制, 有效避免瞬态工况HCCI燃烧爆震或失火。因此, 实现HCCI燃烧是GDI技术发展的一个重要方向。
缸内直喷发动机 篇2
潍柴集团董事长谭旭光在中国第一台大功率缸内高压直喷压燃式天然气发动机 (简称“HPDI发动机”) 上市发布仪式表示, 此款高压直喷天然气发动机的上市具有里程碑的意义, 对社会节能减排具有很重要的现实意义。
谭旭光表示, 我国节能减排任务繁重, 任重道远, 中国内燃机行业大可作为。从2011年的基本数据来看, 内燃机行业共生产了7700万台的各类动力, 消耗了2.7亿吨柴燃油和汽油, 相当于我们国家进口燃油的总量, 国家对外的燃油依存度达到了60%, 内燃机行业的消耗总量达到了59.27%, 内燃机每一个企业在这7700万台的制造过程中如果能降低5%-10%燃料, 就能节省2770万吨的燃油, 因此国家对节能减排提出的战略要求, 也是对内燃机行业提出的战略更高要求。
汽油机缸内直喷技术探析及应用 篇3
1 高压喷油系统
高压喷油系统可以说是直喷发动机最关键的系统, 与以前油气在进气歧管内混合, 然后被负压吸入发动机不同, 直喷发动机是用高压喷油嘴将燃油喷入汽缸, 由于汽缸内压力已经很大, 因此需要喷油系统具备更大的压力。
高压喷油主要可以分为发动机控制模块 (ECM) 、高压油轨、高压油泵和喷油嘴四部分, 其中ECM主要采集发动机数据, 按照预定程序控制喷油时机和喷油量, 从而实现最高燃烧效率;而高压油泵则主要负责燃油的加压, 高压油轨主要起均衡各喷油嘴喷射压力的作用, 而最终的喷油任务则由喷油嘴来执行。此外, 还有多个传感器提供燃油压力等信息, 确保整个系统的高效率。
2 高压油泵
高压油泵则是燃油加压的关键环节, 在低压油泵将燃油送到高压油泵之后, 高压油泵可以将汽油加压到十余兆帕的压力 (这是普通汽油泵压力的三四十倍) , 并将其送入油轨。高压油泵通常是由凸轮轴带动, 内部则有双头或者三头凸轮加压。在高压油泵上还集成了电子油轨压力调节器 (FRP) , 它是一个由ECM控制的电磁阀, ECM以脉冲宽度调制的方式控制油压调节器, 油压调节器控制着高压燃油泵的进口阀, 从而控制燃油压力, 当驱动线路失效时, 高压油泵进入低压模式, 发动机仍可应急运行。
经过油泵加压之后, 汽油进入高压油轨, 在高压油轨稳定压力后, 由于油轨和燃烧室之间存在压力差, 高压油泵动作之后汽油即喷入汽缸内。喷嘴内部还有电磁阀, 可以实现对喷油量和时机的控制, 其控制精度要求很高, 同时由于喷嘴的位置从进气歧管移到了汽缸内, 工作环境和温度都发生了很大变化, 对其可靠性的要求也大大提高。
除开喷油系统之外, 其他发动机部件也要为直喷做出相应的设计, 才能确保发动机的高效, 尤其是活塞顶部的设计非常关键。按照可燃混合气形成的控制方式, 缸内直喷方式又可分为油束控制燃烧、壁面控制燃烧和气流控制燃烧三类。
在油束控制燃烧系统中, 喷油器安置在燃烧室中央, 火花塞安置在喷油器附近, 油束控制对空气的利用率依靠油束的贯穿深度保证, 而后者则受喷油器的喷油压力控制。这种方式可以在低负荷的分层燃烧实现良好的燃油经济性, 而当发动机处于中高负荷工况时, ECM调节高压油泵压力, 使油束贯穿深度增大, 从而实现均质加浓燃烧。
由于直喷发动机的工作温度更高, 因此对缸体强度和冷却系的要求也更高一些。在保证强度的前提下, 更多的新型直喷发动机采用了散热更好的铝合金缸体, 同时还采用了强化的冷却系统, 保证发动机更高的热效率。
3 缸内直喷技术的优势
供油系统采用缸内直喷设计的最大优势, 就在于燃油是以极高压力直接注入于燃烧室中, 因此除了喷油嘴的构造和位置都异于传统供油系统, 在油气的雾化和混合效率上也更为优异。加上近来车上各项电子系统的控制技术大幅进步, 计算机对于进气量与喷油时机的判读与控制也愈加精准, 因此在搭配上缸内直喷技术以使得发动机的燃烧效率大幅提升下, 除了发动机得以产生更大动力, 对于环保和节能也都有正面的帮助。
还有, 缸内直喷科技也并非无所不能, 因为从经济层面来看, 采用缸内直喷的供油系统除了在研发过程必须花费更大成本, 在部品构成复杂且精密的情况下, 零组件的价格也比起传统供油系统来得昂贵, 采用缸内直喷的发动机除了材质上的讲究, 就连活塞、燃烧室也都经过特别设计。因此这些也都是未来缸内直喷发动机尚待克服的要素。
4 缸内直喷技术的应用
近几年, 环境污染问题日趋显著, 能源危机愈趋严重, 因此, 如何降低发动机的排放以及如何提高燃油经济性已经成为现在内燃机工作者亟待解决的问题。现在, 很多汽车所采用的汽油机都是进气道多点喷射型的, 因为在进气道的地方, 在混合气形成的过程中, 汽油不能实现雾化的完全性, 因此造成混合气的质量不好, 使得发动机无法充分燃烧, 而且造成冷起动排放的现象, 同时燃油的经济性欠佳。汽油缸内直接进行喷射 (GDI) 以及进气道喷射 (PFI) 是两种截然不同的方式, 把汽油直接喷射到气缸中, 采取一定的控制手段, 可实现发动机的燃油经济性的大大提升, 同时动力性能大大提升, 并且会产生明显的经济效益和社会效益, 应用前景及其广阔。从目前状况来看, 三菱, 丰田, 福特, 奔驰, AVL, FEV等许多国外汽车公司以及研究机构都开发了比较成熟的GDI机型以及相应的产品。
摘要：在经历了化油器、单点电喷、多点电喷技术阶段之后, 油气混合技术终于进入了直喷时代, 越来越多的车型开始采用直喷发动机。本文从缸内直喷技术中的关键技术谈起, 对其进行了一定的探析, 进而对缸内直喷技术的优势以及应用进行了相应的分析。
关键词：缸内直喷技术,高压喷油系统,高压油泵
参考文献
[1]蒋坚, 高希彦.直喷式汽油机的开发[J].内燃机工程, 2004.1.[1]蒋坚, 高希彦.直喷式汽油机的开发[J].内燃机工程, 2004.1.
[2]蒋坚, 高希彦.汽油缸内直喷式技术的研究与应用[J].内燃机工程.2003.5.[2]蒋坚, 高希彦.汽油缸内直喷式技术的研究与应用[J].内燃机工程.2003.5.
[3]武和全, 姜水生, 高国珍.汽油机缸内直喷的研究现状与发展[J].江西能源.2005.3.[3]武和全, 姜水生, 高国珍.汽油机缸内直喷的研究现状与发展[J].江西能源.2005.3.
缸内直喷发动机 篇4
关键词：缸内直喷,应用现状,预燃,超级爆震
0前言
近年来,随着能源与环境问题的日益严峻,各国在汽车节能减排方面都制定了严格的限制性法律法规,给各大车企带来了强大的压力。例如针对2015年的CO2排放标准,中国的限值为161g/km,相当于7L/km的油耗,美国和日本为155g/km,而欧盟则低至130 g/km。要满足这些法律法规的要求,各车企在对传统内燃机的结构进行优化,加强尾热利用,发展新型循环内燃机等方面加大研发投入的同时,大力发展电动汽车、燃料电池汽车等新型能源汽车。但是这些新技术都存在各种各样的问题,不能全面投入应用。例如传统发动机的尾热利用,新型循环发动机、燃料电池都存在关键技术未能突破,不能普及,电动汽车技术相对成熟,但是电池的续航里程短,寿命不长,回收困难,而且需要充电,在传统热电占主导地位的今天,也不能从根本上做到节能减排,存在许多争议,同样不能普及。因此目前能够普及的、真正能够应用的,还是对传统内燃机进行结构改造,增压直喷以高升功率、低油耗、低排放、低质量的优势得以大量应用
1 增压直喷发动机的应用现状
1.1 增压直喷发动机的发展历程
汽油机的缸内直喷技术最早起源于20世纪的50年代,Benz公司最先将该技术应用到300 SL车型,20世纪70年代福特公司PROCO系统也采用缸内直喷的喷射方式,这些早期的技术主要应用在每缸两气门、使用碗形活塞的传统发动机上,其燃油喷射系统也是从柴油发动机上照搬而来,使用柴油机的机械泵和喷油器,其经济性接近非直喷的柴油机,但是因为采用机械的喷射系统,喷油时刻不能随发动机负荷变化,高的烟度排放限制了空气的利用效率,再加上当时制造技术等条件的限制,机械油泵受到转速范围的限制,汽油机高速功率未能发挥出来,因此动力性、排放等均不理想,未能普及应用。
20世纪90年代,由于制造技术的进步,能够加工精度更高、质量更稳定的零部件,再加上发动机电喷控制技术的应用,发动机的喷油时刻和喷油量能够得到精确控制。早期直喷机的控制、排放难题得以解决,汽油直喷的各种优点再次被人们想起,1996年日本三菱公司率先推出了搭载直喷汽油发动机的概念车。其后,丰田、通用、宝马、大众等国际汽车大鳄们先后推出了直喷发动机,大众于2000年将其FSI直喷发动机装在了Lupo车型上,首次将汽车的百公里油耗降到了5L以下,达到4.9 L/100 km[1]。
1.2 增压直喷发动机的应用现状
1.2.1 直喷发动机应用范围
美国权威汽车杂志Ward's Autoword根据在北美发售的车型,每年评选十佳发动机,在2012年和2013年的Ward十佳发动机中,各有七款发动机应用了缸内直喷技术[2,3]。虽然这些发动机是在北美市场销售的,但是由于北美市场的特殊性,赢得了北美市场和Ward的认可即是获得了世界的认可,可见直喷发动机在世界市场范围内的地位。
大众汽车作为直喷发动机是应用最全面的车企,目前几乎全系列的车型均已使用直喷发动机,凭借TSI系列发动机在市场竞争中取得了优势地位,特别是在中国市场。据有关网站统计,2013年6月销量排名前两位的车型分别为大众朗逸和速腾,销量分别为2.5万和2.4万余辆,其FSI系列发动机已成为直喷发动机的典型代表。此外通用、福特、奥迪、日产等各大国外车企在售车型中,直喷发动机占有非常大的比重,而且还取得了卓越的市场表现。我国自主品牌中,奇瑞G6、比亚迪思锐等车型也搭载了自主的直喷发动机,但由于自身技术水平和品牌效应的限制,并未取得较好的市场认同度。但各自主车企均在大力开发具有自主知识产权的直喷发动机,如奇瑞的第三代系列发动机,北汽、长城等正在开发的系列直喷发动机,相信很快就会上市。
从当前搭载直喷发动机的车型来看,由于直喷发动机单机成本相对较高的原故,主要集中在中高端车型上,如Ward十佳发动机中的奥迪3.0 L机械增压DOHC V6直喷发动机主要应用在A6L,A8,Q7等车型上,福特2.0 L排量Ecoboost DOHC L4发动机主要装在蒙迪欧致胜、沃尔沃S80L、路虎极光和沃尔沃S60等车型上。当前中国的中高端市场,由外资或合资车企占据,他们同时掌握着成熟的直喷发动机技术,这也成为直喷发动机只搭载在中高端车型上的另一个原因,自主车企正在有条不紊地开发自己的直喷发动机,并将在今后一两年内集中推向市场。到那时,直喷发动机将会出现在自主车企所在的中、低端市场,实现直喷发动机在各级细分市场的普及。
1.2.2 直喷发动机的技术现状
直喷发动机的关键技术无疑正是燃油喷射和控制方式,目前主流的燃油直喷系统由高压油泵、高油油轨、喷油器等关键部件组成,高压油泵由凸轮轴驱动,为保证精确的输出油压,减少发动机转速的影响,一般内置流量控制,精确调节油压,最高输入油压可达15 MPa,工作温度范围为-40～120℃。高压油轨使喷射压力稳定,保障了各缸喷射的一致性,同时采用多孔喷油器,配合高的喷射压力,很好地实现了燃油和空气的混合、雾化。当前成熟的电子控制技术加上高精度的喷油器,可精确地控制喷油量和喷油时刻,甚至可以实现单个循环二次或多次喷射,更好地改善了燃烧过程。在发动机的辅助技术上,采用成熟的增压技术、可变气门正时技术配合缸内直喷来挖掘发动机的最大潜能。而在发动机结构方面,为保证发动机轻量化,同时应对直喷发动机高负荷对缸体强度和散热性能的挑战,高压铸造的铝合金气缸体被广泛地应用。
国外市场很多直喷发动机实现了分层燃烧,更加优秀地发挥了直喷发动机的低油耗优势,但是由于国内燃油品质的限制,很多成熟的直喷发动机在中国市场出现问题。因此目前国内市场在售的直喷机型普遍为均质燃烧,自主车企正在研发的直喷发动机也是均质燃烧形式。但是尽管如此,直喷发动机的动力性优势还是非常明显,图1统计了2012年北京车展展出的各直喷机型升功率和升扭矩情况。
由图1可以看出,直喷发动机的升功率最大可超过80 kW/L,升扭矩最大超过170 N·m/L。而在油耗方面,大众朗逸搭载1.4 LTSI直喷发动机,工信部100 km综合油耗达到5.7 L,市郊工况更是达到了4.8 L。在排放控制方面,不论是正在市场销售的还是自主品牌正在研发的,均能达到欧Ⅳ的标准,甚至达到欧Ⅴ,且具备提升到欧Ⅵ的潜力。
2 增压直喷发动机的问题
直喷发动机在广泛应用的同时,同样也存在一些技术性问题,阻碍直喷性能的发挥,特别是对自主品牌车企来说,研发能力和技术积累与合资车企还存在一定的差距。这些问题对直喷发动机的上市时间和质量品质具有严重影响。
2.1 排放问题
直喷发动机虽然以其特有的工作方式,CO2排放较传统发动机低,但是因为火焰是从浓混合气区域向稀处传播,特别是火花塞周围的混合气浓度更高,致使局部燃油不能完全燃烧,HC、炭烟等颗粒物增加。同时缸内喷射、湿壁情况较传统发动机严重,这些未与空气充分混合的燃油,燃烧不充分,进一步加剧了HC和颗粒物的增加。在中低负荷,缸内温度偏低,不利于HC和颗粒物的进一步氧化,需要通过催化处理后才能排至大气。且未燃的颗粒部分附着在缸壁或通过活塞漏气进入曲轴箱,加速了机油的氧化,机油发黑,加剧发动机磨损,因此直喷机需要抗氧化性能更好的机油。图2展示了某直喷机型使用的机油粘度随运行时间的变化,因为较多的炭烟等颗粒物进入机油,导致粘度随运行时间的增加和增大。
直喷发动机NOx排放同样是一个不容忽视的问题,由于火焰传播路径上的混合气浓度不同,必定存在温度较高的区域。在这个区域极易生成NOx,直喷机相对较高的压缩比和较高的反应放热率,也会引起NOx升高,特别是对于分层燃烧模式,空燃比很高,高温富氧的环境为NOx生成提供了条件。因此对于分层燃烧系统需要加特效的转化装置对NOx进行处理。而国内直喷发动机多为均质燃烧,NOx生成相对较少,因此普遍没有对其进行特别的处理。
2.2 噪声问题
直喷发动机因为其特有的燃油喷射模式,噪声水平较普通进气道喷射发动机有较大差异。传统发动机使用低压供油,燃油泵安装在油箱内,泵本身的噪声水平就很低,在加上燃油箱的隔音处理,噪声很小。而直喷发动机采用两极燃油泵,低压燃油泵同样安装在燃油箱内,而特有的高压油泵安装在发动机本体上,一般采用机械驱动,依靠柱塞的压缩输出高压燃油,噪声很大。由于高达10 MPa的喷油压力,喷油噪声同样也较传统气道喷射发动机恶劣。通过对一款自主品牌正在研发的缸内直喷发动机进行NVH测试,我们发现在怠速工况,由喷油系统引起的“嗒嗒”声几乎掩盖了其它所有的噪声。在市场对驾乘舒适性要求越来越苛刻的今天,必须对直喷发动机喷油系统带来的噪声加以重视,对喷油系统进行噪声方面的特别处理。针对上述的自主品牌直喷发动机,我们通过调整高压油泵的控制策略,并对压油泵和喷油器进行隔音处理,噪声水平得到了极大的改善
此外主流的直喷发动机都配有增压器,无论是涡轮增压器还是机械增压器,由增压器带来的噪声也不容小觑。
2.3 预燃问题
预燃是混合气在火花塞点火之前即着火燃烧的一种异常燃烧现象,该现象引起发动机产生爆震,直喷机由预燃引起的爆震非常强烈,缸内爆发压力瞬间可以达到15 MPa,对发动机极具破坏力,因此称之为“超极爆震”。直喷机的预燃现象多发生在低速大负荷,具有极强的随机性、偶发性,图3显示了预燃发生时的缸内爆发压力情况,图4显示了易出现预燃现象的工况。直喷机的预燃现象有别于普通气道喷射发动机的预燃,所产生的超级爆震也与普通爆震不同,普通爆震可以通过各种手段加以抑制,但是直喷机使用推迟点火等普通爆震的控制方式,却无法消除预燃引起的超级爆震现象。
预燃引发超级爆震的机理,还没有定论,再加上其随机性的发生,至今没有找到彻底消除这种现象的方法,严重限制了直喷机功率密度的提升。其发生机理,目前遍认为是由汽油、机油组成的混合液滴因复杂的、物理和化学的反应而在火花塞点火之前自燃引起的。综合各方研究结果显示,以下各种因素对预燃有影响:
a.汽油品质。
和普通爆震一样,低辛烷值的汽油更易导致预燃,有研究表明,在同一发动机上保持相同的功率,使用93号汽油比使用97号汽油产生的预燃次数要多。同时燃油的挥发性也对预燃有一定的影响,使用存放6个月以上的旧燃油产生预燃的次数是使用新油的约10倍,主要原因是旧油中的易挥发组份因挥发减少,导致试验时未充分混合燃油液滴过多、过大,使预燃增加[4]。
b.发动机动力性。
减小发动输出扭矩,可降低缸内爆发压力和缸内温度,抑制预燃产生的环境,可有效降低预燃次数。目前牺牲发动机动力性,减少预燃次数是一条非常有效的手段,被广泛采用,如何平衡这个矛盾成为研发关键。
c.发动机工作温度。
目前普遍研究认为,高发动机水温可降低预燃次数,其根本原因被认为是发动机水温越高,燃油与机油越不易沉积,减少了液滴的数量。
d.发动机排气阻力。
排气阻力越小,燃烧废气排出越顺畅,可以降低缸内温度,减弱预燃产生的条件,可以降低预燃出现机率。
e.机油影响。
经试验表明,在抑制预燃产生方面,合成机油较矿物油好,新机油较旧机油好,因为机油是组成产生预燃液滴的一部分,但是具体是什么因素产生的影响目前还没有定论。
f.轨压影响。
试验证明,减小轨压,预燃次数增多,原因是轨压越小,喷雾效果越差,燃油与空气混合越差,液滴数量越多,体积越大,预燃越剧烈。
3 增压直喷发动机的发展趋势
目前汽油机的缸内直喷,已被车企和市场普遍认可,但是其燃油利用效率还不是太高。前述提到的自主品牌某直喷发动机燃油利用效率不是30%,而美国DOE制订的目标是,到2014年乘用车发动机效率提高25%～40%,达到50%的目标,远期目标为60%,欧洲的远期目标为70%。因此要达到这个目标,现有的缸内直喷是远远达不到要求的,还有很多工作做。发动机的尾热占有非常大的比重,今后在直喷基础上。加上尾热利用装置将是提高发动机效率的一个有效途径,另外继续减小发动机的摩擦损失,改善燃烧技术,优化分层燃烧也是一条重要途径。
4 结论
缸内直喷目前已得到普遍认可和应用,并将覆盖大多数车型,在燃料电池等新型动力得到普及应用之前,将是重要的车用动力形式,且随着技术的发展,缸内直喷技术也将更加成熟,现有的问题将得以有效解决,燃料利用效率也将越来越高。
参考文献
[1]耿文娟,袁银南,居钰生.汽油机缸内直喷技术控析[J].小型内燃机与摩托车,2010,39(3):24-26.
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汽油机缸内直喷的特点及应用分析 篇5
当前, 随着能源资源的短缺, 环境问题越来越突出, 人们对环境的保护越来越重视, 国家对环境保护的要求越来越严格, 汽车作为现代的一种重要的交通工具, 人们对其关注度也越来越高。从改革开发到现在, 我国汽车保有量不断增加, 汽车排出的污染物所占的比例也越来越高, 因此, 如何降低汽车的排放物已经成为当下汽车技术研究的一个重要课题。发动机供油系统作为发动机的一个重要组成部分, 就是发动机的唯一食物。当前, 随着科技的发展, 汽车的各项技术也在不断的改良, 相对于在排气部分进行改良, 把废气中的污染物进行还原催化的被动式降低污染物的含量, 通过改进发动机的喷油技术更能体现出发动机的动力性和燃油经济性。
1 汽油机缸内直喷技术的发展
1996年, 日本三菱公司率先成功研制出汽油直喷发动机, 缸内直喷技术 (也称为GDI) 得到了快速的发展, 目前, 丰田、福特、奔驰、日产、奥迪、本田、雷诺、别克等许多国外汽车公司和研究机构都开发了比较成熟的GDI机型和产品。安装于气缸内的燃油喷器直接将燃油喷入气缸内, 并在气缸内与空气形成混合气。由于燃油喷射压力的提高, 使燃油雾化更加优良, 使混合气的比例更加合理, 从而使一些在进气管喷射存在的缺点消失, 因此缸内直喷越来越广泛应用于汽油车特别是高端品牌的豪华车的发动机上。
2 缸内直喷系统的构成
缸内直喷系统的主要组成部件有:燃油箱、电子燃油泵、燃油滤清器、燃油量调节电磁阀、燃油压力调节阀、高压燃油泵、高压燃油管、燃油分配管、燃油压力传感器、燃油压力调节电磁阀和高压喷射电磁阀 (喷油嘴) 。
电子燃油泵 (低压燃油泵) 把燃油从油箱输送到高压燃油泵, 高压油泵由发动机凸轮轴驱动, 将低压燃油泵输入的燃油压力由约0.35MPa增高到8MPa~12MPa, 并送往燃油分配管, 充满各缸喷油器的油腔。当ECU命令喷油器的电磁线圈通电时使针阀打开, 汽油通过喷嘴喷入气缸。
3 缸内直喷系统的特点
缸内直喷有以下特点:
1) 由于汽油直接喷射, 使缸内充量得到冷却, 可以使用较大的压缩比, 部分负荷燃油消耗率可以降低;
2) 与缸外喷射系统汽油机相比, 由于提高了燃油雾化质量和降低了泵气损失, 功率可以增加;
3) 缸内汽油直接喷射发动机可大幅降低CO2、CO、HC及NOx的排放。缸内直接喷射发动机比一般喷射发动机能够更省油及输出功率高的原因如下:低负荷时, 利用层状气体分布, 压缩行程末期喷射的燃料被进气涡流及活塞顶部的球形曲面保持在火花塞附近, 为易于点燃的最佳混合气, 而周围则为空气层, 整个燃烧室内的超稀薄空燃比仍能稳定燃烧, 达到省油效果;
4) 怠速转速可设定在较低值。进气行程就开始喷油, 燃料汽化的吸温冷却效果, 使空气密度增加, 可提高容积效率, 故比一般喷射发动机的输出功率高;
5) 直接喷入汽缸中燃油的汽化作用, 降低空气温度, 发动机不易爆震。
4 缸内直喷系统存在的问题
1) 稳定性燃烧控制, 汽油直喷发动机采用分层燃烧, 其在不同层面混合气浓度有差别, 因此要控制不同层面的混合气稳定燃烧具有相当大的难度;
2) 控对密封元件的要求更高, 由于缸内直喷系统是建立在高油压的前提下的, 因此对系统件中各元件的冲击也相当大, 尤其是密封圈;
3) 对喷油嘴的要求更高。不同于传统的进气歧管喷射, 缸内直喷发动机的喷油嘴是直接安装在气缸内, 由于缸内温度高、压力时高时低、混合气的烧烧不充分等等因素的存在, 因此, 喷油嘴应当有良好的耐高温性并配有具有一定耐高温能力的密封件。
5 缸内直喷发动机的应用
1) 缸内直喷发动机在本田车上的应用
2003年, 通过融合动力性能优异的DOHC i-VTEC发动机所独有的中心喷射系统, 本田车开发出了首个汽油直喷发动机“2.0L DOHC i-VTEC I发动机”, 其实现了低油耗、清洁尾气排放, 以及高率性能的高度结合。
“DOHC i-VTEC I”气缸内直喷式汽油发动机, 由于是采用了高度智能化版本的VTEC发动机, 因此它的气门动作可以停止, 获得了对气门进行的最佳控制, 同时喷油器安装在气缸的中心位置并结结气体流动而设置的活塞模型, 使发动机实现了超稀薄燃烧, 在实现动感行驶的同时达到了低油耗。
2) 缸内直喷发动机在别克车上的应用
2010年别克新君威2.0T引进了了缸内直喷发动机, 将燃油的喷射控制点尽可能地靠近点燃位置来获得更为优秀的燃烧效率。通过直喷技术与涡轮增压的配合, 2.0T最大功率提升到162千瓦, 与老款君威想比较, 实现了惊人的50%提升。其主要参数如下表。
6 结论
虽然发动机缸内直喷技术在其发展的过程依然存在这样或那样的问题, 例如生产成本、制造工艺、燃烧控制等, 但在当前环境污越来越引起人们的重视, 国家的法律法规对汽车尾气排放越来越严格, 要求越来越高, 能源危机越来越严重, 燃油价格越来越高等等因素都为缸内直喷发动机的发展提供了动力, 缸内直喷发动机必将最终取代进气歧管喷射发动机成为车辆的标准配置。
摘要：随着能源危机的日益加剧和排放法规的日益严格, 汽车发动机的动力性和燃油经济性越来越受到重视, 因此, 如何用最少的油跑最远的路已成为现代汽车发展的一个新思路。本文主要从燃油供给系统方面谈一下汽油机缸内直喷的特点及应用。
关键词：缸内直喷,汽油发动机,特点,高压油
参考文献
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直喷式汽油机缸内浓度场数值模拟 篇6
汽油机缸内直喷可以获得优秀的发动机性能, 已成为一种发展趋势, 但实现的难度很大, 特别是缸内混合气浓度的合理分层, 以便有效实现点火并抑制爆燃等技术难度很大。因此, 对其缸内浓度场的数值模拟将是有效的技术手段[1]。
1模拟发动机和喷油器
以1E50FM的AX-100型摩托车发动机为基础发动机, 对其进行数值模拟。发动机的结构和气口布置如图1所示。
图2为不同喷油脉宽下喷油压力随喷油持续时间的变化曲线。可见, 随着驱动脉冲宽度的增大, 喷油量近似线性增加。该喷油器为轴针外开式环型伞喷嘴, 喷孔环外径为3.8 mm, 几何锥角为23°, 升程为0.2 mm;这种结构可以看作无限个放射性分布喷孔的多孔喷嘴, 沿着喷雾锥面的周向燃油均匀分布。由于它在轴向动量的基础上加上了很强的径向动量, 因而使得燃油进入燃烧室时能够形成一个空心环锥形的油束, 燃油的雾化程度得以提高, 油束也更加趋向轴向对称。该油束喷雾锥角为60°, 喷雾分布厚度为15°。喷油液滴的索特平均直径为30～90 μm。
2计算模型的建立
2.1计算模拟区域的选择
为了充分模拟直喷式二冲程汽油机的扫气和喷油过程, 计算必须在排气口开启前开始 (排气口开启角为99 °CA ATDC) , 故数值模拟计算始点定为95 °CA ATDC。活塞向下运动, 历经自由排气、扫气、强制排气、喷油器喷油、油气混合阶段后, 活塞再上移火花塞开始点火。由试验数据可得, 火花塞点火时刻为上止点前25 °CA左右, 因此, 计算终点定为25 °CA BTDC结束, 即计算过程为95 °CA ATDC～335 °CA ATDC, 历经240 °CA, 计算步长定为0.5 °CA, 每次模拟计算得到480组数据。本文采用FAME程序中的手动创建结构网格。图3为创建的分析网格。
2.2初始条件和边界条件的确定
本文分别选取两种代表性的发动机工况的流场特性进行研究。工况1:低负荷工况, 曲轴转速为2 000 r/min, 节气门开度级别为6级 (相当于13 %) ;工况2:高负荷工况, 曲轴转速为5 000 r/min, 节气门全开 (100 %) 。喷油量和喷油持续时间都取试验值。在工况1下, 喷油量为3.3 mg/cycle, 喷油初速为30 m/s, 喷油持续时间为1 ms;在工况2下, 喷油量为4.5 mg/cycle, 喷油的初速为150 m/s, 喷油持续时间为0.7 ms。
3数值模拟结果及分析
3.1低负荷工况下混合气浓度分布
3.1.1 不同喷油定时的影响
保持喷油器中心轴线和气缸中心轴线夹角 (喷雾方向) 为15°, 喷油定时分别为120、95和70 °CA, 研究不同喷油定时对混合气浓度分布的影响。图4为低负荷工况不同喷油定时下, 25 °CA BTDC时刻的缸内流场当量比。
从图4a可看出, 在上止点前25 °CA时刻 (火花塞点火时刻) , 缸内燃油浓度与化学计量当量比分布基本一致。此时在燃烧室顶端处混合气浓度最高, 沿着燃烧室向下, 混合气浓度逐渐变稀, 不在化学计量当量比内的混合气所占的区域比较多。这部分气体由于浓度过稀, 达不到着火最低界限, 因此混合气不能完全燃烧;而且可燃气体当量比最高处并不位于火花塞位置的区域, 因此不能形成较好的分层燃烧。另外, 虽然喷油器是在排气口尚未关闭时开始喷油, 然而在燃油传播过程中, 并无燃油随空气直接流出排气口。这与燃油喷雾的贯穿距离有关, 在活塞从120 °CA BTDC运行到99 °CA BTDC过程中, 喷雾的贯穿距离还不足以使液滴传播到排气口而造成逸出。喷雾的贯穿距离由喷油压力决定, 因此对于直喷式二冲程汽油机而言, 并不是喷油压力越高越好, 高喷射压力有利于燃油的雾化, 但同时也增加了油束的贯穿度, 造成湿壁现象, 使排放恶化;而较低的喷射压力则可以避免此类问题, 并且可以减少油泵负荷、系统准备时间和喷油器噪声, 从而延长燃油系统的工作寿命。
图4b是喷油定时为95 °CA时, 缸内流场当量比的分布, 这是排气口刚关闭不久开始喷油的情况。从燃油传播过程可看出, 混合气最浓部分在缸内一股强大漩涡带动下, 在点火时刻恰好移动到火花塞区域, 此处当量比达到1.59, 而沿着这个区域混合气逐渐变稀, 尽管总体上混合气仍比较稀, 但却容易保证形成火核并顺利传播。因此在排气口关闭不久开始喷油, 不仅避免了燃油短路, 而且缩短了燃油的扩散时间, 有利于实现较好的分层稀燃。
图4c是喷油定时为70 °CA时, 缸内流场当量比情况, 这时燃油喷射比较迟, 活塞接近上止点。从流场速度变化过程可看出, 燃油启喷时, 燃烧室内的两股漩涡促使喷雾直接向燃烧室底部的凹坑处流动, 加上喷油较迟, 活塞此时运动速度相对较快, 燃油来不及传播就被挤压在燃烧室底部的凹坑内, 坑壁则阻挡燃油进一步的流动, 而在壁面上形成很浓的混合气。这是因为燃油未蒸发而以液滴形式积聚。此处混合气的当量比>2, 超过着火最高界限而不能完全燃烧, 造成燃烧恶化。可见, 喷油时刻太迟, 使空气与燃油的混合时间大幅度缩短, 燃油以液滴形式存在, 在缝隙处形成有害油膜。
3.1.2 不同喷雾方向的影响
图5为喷油定时为95 °CA、不同喷雾方向时, 25 °CA BTDC时刻缸内流场当量比情况。图5a是喷雾方向为45°时缸内流场当量比情况。在燃油传播过程中, 形成一个更强大的漩涡, 该漩涡对燃油传播影响很大。正是这一靠右侧的漩涡促使燃油流向燃烧室底部, 在底部缝隙处积聚的燃油液滴形成油膜, 难以实现良好燃烧。
图5b是喷雾方向为75°时缸内流场当量比情况。在喷油初始时刻, 喷雾直接朝向燃烧室左下角, 燃油未像图5a被积压在燃烧室底部, 而是顺利传向燃烧室顶部, 在火花塞区域, 形成当量比接近化学计量当量比的可燃混合区域, 但分层效果不如喷雾方向为15°的好。可见, 精确选择喷雾方向对于实现良好燃烧很重要, 本系统采用15°喷雾方向可获得较好的效果。
3.2高负荷工况下混合气浓度的分布
图6为高负荷工况下, 喷雾方向为15°, 喷油定时分别为180、160、140 °CA时, 25 °CA BTDC时刻缸内流场当量比。图6a为喷油定时180 °CA时的情况, 此时活塞处于下止点。从流场变化情况可看出, 在喷油初始时刻, 燃烧室内的气体从扫气口朝排气口以强大的顺时针滚流流动。进一步的研究表明:不论何种燃烧室形状, 都会产生同样的滚流流动动力特性。因此可以得出一个对于小缸径二冲程发动机而言很重要的结论:无论喷射油束的动量是高或低, 油束都应该朝着与扫气过程中产生的高强度滚流运动的反方向喷射。这也是该系统中喷油器放在排气口一侧, 朝着扫气口喷油, 而背对着排气口的原因。此外, 在喷油过程中, 一部分燃油通过排气口直接逸出, 造成排放恶化, 虽然在火花塞点火时刻燃烧室内形成了比较均匀的混合气, 但由于燃油泄漏, 混合气浓度过稀, 大部分区域当量比达不到着火最低界限, 混合气无法顺利燃烧。
图6b为喷油定时为160 °CA的情况, 即在活塞过下止点后不久开始喷油。虽然此时是在排气口尚未关闭就开始喷油, 但在喷油过程中并无燃油从排气口逸出, 避免了燃油泄漏。从图6b可看出, 在火花塞点火时刻, 燃烧室内混合气的分布比较均匀, 当量比都在1附近, 能较为顺利地实现高负荷均质稀燃。
当在高负荷工况下推迟喷油, 选择在140 °CA开始喷油时, 缸内流场当量比如图6c所示。从燃油的传播情况可看出, 燃油没有足够时间来充分扩散, 在火花塞点火时刻, 燃烧室内混合气的分布不均匀, 效果比图6b喷油时刻获得的燃烧室流场分布情况要差些, 难以实现有效的均质燃烧。
4结论
(1) 对于小缸径二冲程发动机, 无论喷射油束的动量是高或低, 油束都应该朝着与扫气过程中产生的高强度滚流运动的反方向喷射。喷油器中心线与气缸中心线成15°夹角时有利于点火和分层燃烧。
(2) 从喷油时刻对混合气浓度分布影响可知, 低负荷时在排气口关闭不久 (95 °CA BTDC) 、高负荷时在下止点后不久 (160 °CA BTDC) 喷油可实现较好的分层燃烧。
(3) 对于直喷式二冲程汽油机而言并不是喷油压力越高越好。
摘要：对直喷式二冲程汽油机缸内浓度场进行了数值模拟, 选取两种代表性的发动机工况, 采用球顶燃烧室, 改变喷油定时和喷雾方向, 研究它们对燃烧室内混合气浓度分布的影响。通过仿真分析得到:喷油定时和喷油方向对缸内浓度场分布有很大影响。当喷油器的中心轴线与气缸中心轴线的夹角为15°的喷油方向, 喷油定时在低负荷选择95°CA、高负荷选择160°CA时, 可以在火花塞附近形成有利于点火的混合气浓度, 在整个燃烧室形成有利于分层燃烧的浓度场分布。
关键词：内燃机,数值模拟,直喷式汽油机,浓度场,喷油定时
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缸内直喷发动机 篇7
汽油机的早燃(preignition)是一种异常燃烧现象,此时油气混合气在火花塞点火之前开始着火燃烧。增压缸内直喷汽油机的早燃容易在低速工况发生,并导致非常高的缸内压力和严重爆震,这一现象也被称为超级爆震(megaknock或superknock)。与传统的汽油机爆震不同,超级爆震具有“间歇性发生”这一典型特征,并在多次重复发生过程中表现为着火越来越早而缸内最高燃烧压力越来越高。增压缸内直喷汽油机的超级爆震无法通过推迟点火时刻来控制,对发动机具有严重的破坏性。
通常认为,超级爆震是由缸内热的零部件在压缩过程中点燃混合气所致。但实际观测到的超级爆震现象并没有按此推测发生,而是不可预测地突然爆发,连续发生几次后又自行结束。研究[1]表明:发生超级爆震时的着火位置并不固定,而是出现在缸内多处不同的地方。目前,研究提出了多种关于早燃引发超级爆震的机理[1,2,3],其中一个观点已逐渐成为共识,即认为超级爆震是缸内气体温度和燃油或机油或二者混合液滴之间发生复杂的相互作用,最终液滴在热空气区域中着火而引发;同时进气运动、喷油器设计、残余废气、燃烧室沉积物和其他一些运行参数也对其强度和发生频率有一定影响。
本文中在一台增压缸内直喷汽油机上开展台架试验,研究了发动机运行条件及控制参数中多个因素对早燃及超级爆震发生频率和强度的影响,以探索降低该发动机早燃及超级爆震的技术途径,并为后续的标定工作提供参考。
1 早燃及超级爆震试验研究
试验用增压缸内直喷汽油机的主要技术参数见表1。在此前的试验中发现,该发动机特别容易在转速为1 500r/min、转矩为360N·m的稳态工况下发生早燃及超级爆震,因此本文中所述试验均在此工况开展。图1为同一循环中发生该现象的第2缸与正常燃烧的其他3个缸的缸内压力对比。除特殊说明外,本文中曲轴相位都以0为上止点(TDC),上止点前(BTDC)为正值,上止点后(ATDC)为负值。
全部试验结果显示,燃油在早燃及超级爆震中起最主要的作用,特别是燃油的挥发性。机油及冷却液温度、点火时刻、喷油定时对早燃的影响也很大,而进气运动、机油液滴、燃烧室积炭、缸内残余废气和燃烧系统设计也是潜在的影响因素。分析试验数据发现,该发动机的超级爆震都是由着火时刻较早的早燃引发,为了阐述方便,试验图表中将其统称为早燃。
1.1 燃油品质的影响
试验初始采用RON95汽油,早燃频率较低,无法进行统计分析;然后改用存放6个月的RON 93汽油,早燃频率立刻增大约10倍;最后采用新的RON 93汽油,早燃频率再次显著下降。分析原因为旧的RON 93汽油中相当大一部分的低沸点组分已经在存放过程中蒸发掉。由此可见,燃油规格特别是燃油挥发性对早燃有着十分重要的影响。由于新、旧RON 93汽油的差异不在预期之中,使得上述3种燃料的实测参数及对比信息无法在此提供。但该试验结果与文献[1]描述的数据极为相似。
1.2 发动机运行条件的影响
总体而言,机油温度的增加降低了早燃的发生频率,如图2所示。这是因为较高的机油温度加快了汽油的蒸发,避免了液态燃油存留在机油液滴中。但两者的相关性较差(线性相关系数r2=0.35)。
图3为发动机冷却液温度对早燃频率的影响。由图3可见,冷却液温度的升高降低了早燃的发生趋势。这是因为高的壁面温度增加了燃油的蒸发,降低了机油液滴中所含的燃油量。这个趋势的相关性较强(线性相关系数r2=0.75)。
图4为进气歧管温度对早燃频率的影响。由于材料限制,进气歧管温度在35~50℃之间变化。由图4可见,高的进气歧管温度会轻微地增加早燃发生频率,这可能与焓值增加有关[4]。但两者的相关性较弱(线性相关系数r2=0.08)。
1.3 发动机控制参数的影响
图5为气门正时对早燃频率的影响。在保证发动机输出扭矩相同的条件下,试验了3种气门正时的情况。其中,0为最大气门叠开位置。由图5可见,当进、排气正时都最早时,早燃频率最高;当进气门或排气门正时被推迟时,早燃减少。气门正时对早燃的影响有几方面的原因,首要是有效压缩比;其次是残余废气的量和温度;此外,进气运动和混合气形成也在一定程度上受气门正时的影响。
图6为推迟点火时刻对早燃频率的影响。由图6可见,点火时刻从爆震极限(8.25°CA ATDC)推迟至排气温度达到催化器温度限值,此过程中早燃现象增加。分析其原因,是排气背压的升高导致了残余废气量的增加,而分层分布的残余废气的增加同时提高了缸内总的热焓和局部的热焓。局部热焓将增加液滴在高温气体中存在的机会,对早燃的增加起到更重要的作用。推迟点火还将使后燃增加,进而导致燃烧室内温度水平提高,这也是早燃增加的内在原因。
图7为喷油始点对早燃频率的影响。由图7可见,提前或者推迟喷油始点,早燃频率均降低。其中,270°CA是最恶劣的喷油始点,但也是此前试验中所得烟度和燃油消耗率最低的喷油始点,原因是最优燃油消耗率所对应的缸内焓状态同样创造了最易早燃的条件。
图8为喷油压力对早燃频率的影响。由图8可见,喷油压力在7.5~15MPa之间变化,早燃频率在10MPa以上的喷油压力范围内基本保持不变,但在7.5MPa时显著增加。这是因为低喷油压力条件下燃油雾化质量差,不利于燃油的蒸发,从而增加了燃油对机油的稀释和所有燃油-机油液滴的可燃性。
图9为缸内混合气浓度对早燃频率的影响。由图9可见,过量空气系数在0.85~1.10之间变化。试验结果显示,混合气过浓或过稀都能降低发生早燃的频率。
2 对超级爆震的一些分析
2.1 超级爆震与着火时刻的关系
图10为点火时刻试验(图6)中发动机所有工作循环的数据。每个循环中燃烧瞬时放热率达到10kJ/(m3·°CA)的最早曲轴相位定义为CAQ10,作为燃烧开始的特征相位。其中,横坐标为点火时刻与CAQ10的差值,负值说明CAQ10在点火时刻之前。由图10可见,早燃实际上在一个很大的范围内发生,但超级爆震只是某些循环着火特别早的结果。这个相关性可以说明,不管点火源是什么,只要着火时刻足够早,就可以引发超级爆震。这个发现对一些试验有较大的指导意义,如在活塞环的早燃耐久性试验中,可以通过人为大幅度增大点火提前角来引发超级爆震,其效果与发动机上其他实际原因导致的超级爆震是一样的。
2.2 超级爆震与进排气压力及残余废气的关系
超级爆震前后进、排气道内的瞬态压力变化如图11所示。由图11可见,超级爆震发生前,进、排气道内没有出现压力异常现象;超级爆震发生后,进、排气道内压力稍微下降。分析原因是由于排气压力和增压压力降低所致。由图11还可见,排气压力高的循环后并没有立即发生超级爆震,而排气压力高时缸内残余废气将增加,这可以在一定程度上说明残余废气不是产生超级爆震的主要原因。
3 结论
(1)对增压缸内直喷汽油机早燃及超级爆震进行的试验研究表明:局部高温气体和燃油或机油或二者混合液滴之间的复杂相互作用是引发超级爆震最可能的内在机理。
(2)燃油规格,特别是其挥发性对超级爆震起非常重要的作用,挥发性低将增加超级爆震的发生频率。
(3)在特定燃油条件下,提高机油和冷却液温度,推迟进、排气门正时,增大点火提前角,提前或推迟喷油始点及使用高的喷油压力能够有效减少早燃及超级爆震的发生。
摘要：在一台增压缸内直喷汽油机上,对影响早燃及超级爆震发生频率与强度的各种因素进行了台架试验研究。研究结果表明:提高燃油挥发性,升高机油和冷却液温度,推迟进、排气门正时,增大点火提前角,提前或推迟喷油定时及使用高的喷油压力能够有效减少早燃及超级爆震。
关键词：内燃机,增压直喷汽油机,早燃,超级爆震
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