浅析汽油机缸内直喷技术

本文主要介绍了发动机缸内直喷技术,这套先进的发动机技术是目前最炙手可热的。文章主要从汽油缸内直喷结构、FSI发动机的工作原理、汽油缸内直喷的工作过程,充分说明了汽油机缸内直喷技术的先进性。     

机油消耗量对缸内直喷汽油机微粒排放影响规律的研究

缸内直喷汽油机以其出色的经济性和瞬态响应性能得到了市场的广泛认可,但其类似于柴油机的喷射特点决定了汽油缸内混合时间短、混合气局部过浓并使得其微粒生成的质量和数量增加;此外机油不可避免地参与燃烧也会影响微粒排放特性。为研究机油消耗量对缸内直喷汽油机微粒排放影响规律,本文采用DMS500粒径分析仪对一台GDI发动机不同机油消耗量条件下的微粒粒径分布特性进行研究。研究结果表明：改变油气分离器的状态可以显著改变GDI发动机的机油消耗量;怠速工况下机油消耗量增加会导致微粒生成质量和数量浓度显著升高;低速工况下,中低负荷时,机油消耗量增加,微粒的质量浓度增加;高负荷时影响不明显。中速工况下,机油消耗量对微粒排放影响不明显。     

汽油机缸内直喷周向分层燃烧系统的试验研究

开发了一台采用缸内直喷周向分层燃烧系统的汽油机，对喷嘴型式，火花塞与油束相对位置，供油提前角，喷油压力，进气涡流比，喷油泵柱塞直径和压缩比等燃烧系统的主要参数进行了优化，得到了发动机燃用汽油时的最优参数，采用缸内直喷周向分层燃烧系统后，汽油机的热效率与柴油机的大致相当。     

缸内直喷汽油机颗粒物粒径分布特性

采用DMS500快速颗粒取样分析仪对一台缸内直喷国Ⅳ汽油机进行了颗粒物粒径分布特性的试验研究．结果表明：缸内直喷汽油机排气颗粒物呈包括核态和积聚态颗粒物的双峰分布,仅怠速工况呈核态单峰分布．随转速升高,总颗粒物数浓度在部分负荷下逐渐降低,外特性先降低后升高;随负荷增加,总颗粒物数浓度在中、低负荷下逐渐降低,满负荷时急剧增加．随转速升高,核态颗粒物在部分负荷速度特性下数密度峰值逐渐降低,外特性下先降低后增加;积聚态颗粒物数密度峰值逐渐降低．随负荷增加,核态颗粒物数密度峰值在中、低负荷时逐渐降低,满负荷时增加;积聚态颗粒物数密度峰值在中、低负荷时先升高后降低,满负荷时最高．     

缸内直喷汽油机高压油泵控制系统的设计

针对缸内直喷汽油机高压油泵工作噪声较大和高压油轨压力动态响应较慢的问题,通过对高压油泵溢流阀驱动电流的优化和泵油量控制策略的设计,使高压油泵工作噪声降低,动态响应时间缩短,当节气门开度由20%增大至50%、目标轨压由6.5 MPa阶跃至9.3 MPa时的动态响应时间仅为4s,表明该方法可行,对整个发动机燃油喷射控制系统的优化具有参考价值.     

冷启动下米勒循环对缸内直喷汽油机混合气形成影响研究

以一台缸内直喷(GDI)汽油机为研究对象,进行发动机台架试验与一维仿真工作,为三维仿真模拟的冷启动工况提供可靠的边界与初始条件,并进行了相关验证。设计了进气门早关(EIVC)米勒循环气门升程型线,构建了米勒循环发动机模型,探究了米勒循环对缸内低温环境下的附壁油膜发展、喷雾场形成质量的影响。结果表明：米勒循环发动机在进气冲程后期缸内附壁油膜的质量均高于原机;在整个进气与压缩过程中,大部分的油膜以及厚油膜区域均集中在活塞凹坑。EIVC75米勒循环活塞顶部油膜铺展面积显著增大,凹坑周围油膜厚度明显降低;在压缩冲程中后期,由于缸内湍动能耗散较慢,促进了其附壁燃油蒸发;在点火时刻,EIVC60与EIVC75米勒循环较原机附壁燃油质量分别下降了28%、48%,可以有效避免“池火”现象,与此同时,原机的浓度场分布与EIVC60、EIVC75米勒循环相比具有较大差异,原机火花塞附近的当量比在0.8左右,而米勒循环发动机火花塞附近则形成了当量比为1.1～1.2的适宜点火的可燃混合气。     

缸内直喷汽油机复合燃烧技术

针对缸内直喷汽油机(GDI)存在的主要排放未燃HC和NOx问题,提出了燃烧理论空燃比的复合喷射燃烧技术,运用了废气再循环(EGR)分层技术.复合喷射通过稳压腔辅助喷射燃油和缸内直接喷射燃油,使缸内形成准均质混合气,以满足各种工况下GDI对混合气的要求.在负荷由小到大直至满负荷的范围内都可避免出现过稀区、过浓区,这利于燃烧并减少HC排放;利用在进气管上设计的独特的废气通道,通过滚流分层充气方法,将进气冲程再循环的废气和油气分层,以形成废气-油气-废气馅饼状分层,从而提高了废气再循环率,降低了NOx排放.两种技术的结合,可以解决GDI发动机存在的主要排放问题.实验证明:复合燃烧系统与EGR分层充气技术的有效结合,可以在各种工况下降低NOx排放,降低量为61%;可以降低冷启动时的HC排放,降低量至少为50%.     

缸内直喷汽油机低速混合气形成过程研究

通过Hydsim搭建的多孔喷油器一维仿真模型分析了针阀开启与关闭阶段喷油参数的变化,并使用FIRE软件对15 MPa喷油压力下的定容室喷雾进行了数值模拟及模型标定. 在此基础上,以一涡轮增压缸内直喷汽油机为研究对象,对比数值模拟与实验结果,分析了滚流比及喷油时刻对低速工况缸内混合气形成过程的影响. 结果表明,对2000 r/min全负荷工况,采用较高滚流比可增强缸内气流运动,促进燃油快速蒸发并形成更加均匀的混合气,而适当的喷油时刻可减少燃油碰壁,改善混合气浓度分布,从而更利于燃烧及发动机性能的提升.      

控制参数对增压缸内直喷汽油机部分负荷下微粒排放特性的影响

为研究控制参数对缸内直喷(GDI)汽油机微粒排放特性的影响,在一台GDI汽油机上,当控制冷却液温度为(85±2)℃、点火正时为上止点前30°时,研究了部分负荷下喷油压力、喷油正时和过量空气系数对微粒的粒径分布特性和数量浓度排放的影响。结果表明,增大喷油压力,微粒数量浓度峰值及其对应的粒径均减小。发动机转速提高,微粒的总数量浓度升高;1 500r/min时的积聚态微粒排放高于核态微粒排放,2 000r/min和2 500r/min时核态微粒排放高于积聚态微粒排放。喷油正时为上止点前270°时,微粒排放最低;喷油正时为上止点前330°时容易形成较多较大尺寸的微粒,微粒数量浓度比其他喷油时刻高出一个数量级。增大过量空气系数,采用偏稀混合气可以降低微粒排放数量,采用浓混合气,核态微粒数量浓度高于积聚态微粒。该结果可为增压缸内直喷汽油机微粒排放特性研究提供参考。     

复合燃烧技术在缸内直喷汽油机的应用探讨

汽车技术诞生的百余年中,发动机作为核心一直在不断突破,但其技术更新远不如车型风格演变那样简便,往往十数年都难以有大的进展,就好像一些车型引以为豪的VVT可变正时气门技术,其实也已经是上世纪的产物。而近年来,欧美的汽油缸内直喷技术开始从实验室走向市场,由此带来的发动机第三次革命也诞生了迄今最牛的汽油发动机技术——缸内直喷。文中介绍了缸内直喷汽油机的性能特点、提出了燃烧理论空燃比的复合喷射燃烧技术,运用了废气再循环(EGR)分层技术。复合喷射通过稳压腔辅助喷射燃油和缸内直接喷射燃油,使缸内形成准均质混合气,以满足各种工况下缸内直喷汽油机对混合气的要求。     

点火时刻对怠速工况缸内直喷汽油机微粒排放特性的影响

为研究缸内直喷(GDI)汽油机典型工况、怠速工况时的微粒排放特性,在一台4G15缸内直喷汽油机上,通过控制冷却液温度为(80±1)℃、喷油时刻为上止点前310°、过量空气系数为1,研究了点火时刻对缸内直喷汽油机怠速工况微粒粒径分布特性的影响。结果表明:微粒数量浓度和表面积浓度随着点火时刻的提前而增加;微粒数量浓度随粒径分布呈单峰状态,核模态微粒数量浓度粒径分布峰值很小且不明显,积聚模态微粒数量浓度明显高于核模态微粒数量浓度;微粒的体积浓度随点火时刻的提前而增大,核模态微粒体积浓度占总体积浓度的比例随点火时刻的提前而减小。     

用三维计算研究喷油参数对汽油缸内直喷的影响

汽油缸内直喷已成为新一代汽油机提高经济性、降低排放的重要手段 .在这种新型燃烧方式中 ,喷雾过程是重要的影响因素 .文中以一台家用轿车三缸发动机为对象 ,进行缸内过程的三维模拟计算 .就喷油参数对汽油缸内直喷的影响进行了分析 ,研究了喷油定时与喷油角度的作用 .结果表明 ,选择适当的喷雾参数对缸内混合气的形成、燃烧的组织等具有重要意义     

汽油机缸内直喷混合进气歧管喷射技术探讨

进气歧管喷射汽油机和缸内直喷汽油机在当今社会已普遍存在,它们各自有优缺点,如何利用好这两个发动机的优点,使发动机的性能发挥到最好。本文通过对进气歧管喷射和缸内直喷的介绍,探讨混合喷射所带来的技术特点。     

喷油时刻对缸内直喷汽油机性能的影响

通过对某涡轮增压缸内直喷汽油机缸内流动、混合气形成及燃烧过程的数值模拟,并借助发动机台架试验中获得的油耗、排放及燃烧数据,研究了喷油开始时刻对发动机性能的影响.结果显示,对于5 000r.min-1工况,喷油开始时刻为400°曲轴转角是混合气雾化混合的最佳方案,此时混合气分布比较均匀且点火时刻火花塞附近具有较高的湍动能,10%～90%燃烧持续期最短且HC排放较低,从而使其具有最佳的燃油经济性与燃烧稳定性.而2 000r.min-1工况的最佳喷油开始时刻推迟了30°曲轴转角.喷油提前,壁面油膜量增加,混合气当量比下降及火花塞附近较低的湍动能使得燃烧速率降低,因此HC排放、燃油经济性及燃烧稳定性均会变差.同样的情况也出现在推迟喷油中,由于混合不充分使得点火时刻混合气均匀度下降,从而使发动机性能恶化.     

点火能量对157FMI汽油机缸内直喷燃烧性能影响研究

以157FMI汽油机由进气道喷射改为缸内直喷过程中的技改关键技术之点火能量为切入点,以火花塞关于气缸轴线对称的位置为喷油器喷射点,90°CA BTDC开始喷油,喷油持续期为20°CA,分别选取点火能量30,40,50,60和70 mJ展开点火能量对其燃烧特性的影响研究.结果表明:当点火能量由30 mJ增加至70 mJ时...     

汽油机缸内直喷技术的探索与研究

汽油机采用缸内直喷技术主要达到两个目标：一是大幅度改善汽油机的燃油经济性;二是控制排放,主要是NOx、未燃HC和少量的未燃颗粒物的排放。采用缸内直喷技术把汽油直接喷射到气缸中,可以精确控制空燃比,并在混合气形成的组织上具有更大的灵活性,可实现汽油机的燃油经济性和动力性能的大大提升。通过采用合适的燃烧模式和排放后处理技术,使排放特性也会得到大幅度改善。     

汽油机缸内直接喷射技术

由于能源枯竭和环境污染情况日益严重,即使是多点燃油喷射这样的技术也不能满足人们的要求了,于是更为精确的燃油喷射技术诞生了,那就是汽油机缸内直接喷射技术。本文将对汽油机缸内直接喷射技术的类型、结构原理、存在问题等进行简要的论述。     

可变气门升程对涡轮增压缸内直喷汽油机缸内流动特性的影响

采用数值模拟方法对不同最大进气门升程（MVL）下涡轮增压缸内直喷汽油机缸内气体的流动特性进行分析,以掌握变气门升程对缸内流动的影响规律．结果表明,MVL的减小使过进气门中心线的纵截面内的顺时针滚流增强。在120℃A时刻,MVL为7．7mm时截面内气体流动以逆时针滚流为主,而MVL为1．0mm时截面内气体流动以顺时针滚流为主;低MVL有利于进气初期缸内滚流比的提高,而在进气后期及压缩过程中,MVL为1．0mm时缸内滚流比明显低于MVL为7．7mm和4．0mm时的缸内滚流比;随着进气门升程的减小,湍流强度第一个峰值明显升高（MVL为7．7mm时峰值为0．54,而MVL为1．0mm时峰值达1．03）,但小MVL条件下湍流强度衰减较快,在压缩末期3种MVL下的湍流强度差别较小．     

缸内直喷灵活燃料发动机燃烧特性的研究

根据实测示功图,计算了发动机的燃烧放热规律,并系统分析了一台采用火花点火、缸内直喷、周向分层的燃烧系统灵活燃用甲醇、乙醇和汽油时发动机的燃烧特性.研究表明,缸内直喷灵活燃料发动机在燃烧过程中预混燃烧与扩散燃烧并存,燃烧循环变动小于6%;具有非常快的燃烧速率,上止点后曲轴转角为3°～6°时就可燃烧完50%的燃料,燃烧持续期在28°～37°曲轴转角范围内;甲醇的燃烧速率最快,汽油的燃烧速率在低负荷时比乙醇稍快,在高负荷时比乙醇慢.     

直喷汽油机起动过程多环芳烃排放的研究

通过采用3种含氧燃料:汽油、添加体积分数为10%乙醇的乙醇汽油燃料(E10)、添加体积分数为15%甲醇的甲醇汽油燃料(M15),对直喷汽油机起动过程的多环芳烃(PAHs)排放采用索式萃取法萃取后,再利用气相色谱-质谱联用仪进行了分析。结果表明,E10燃料在水温为20℃时冷起动和水温为80℃时热起动所排放的PAHs较纯汽油分别降低了39.03%和23.78%,M15燃料在水温为20℃时冷起动和水温为80℃时热起动所排放的PAHs较纯汽油分别降低了30.17%和66.06%。不同水温下由起动过程排放的PAHs毒性分析得出:水温为20℃冷起动时,E10、M15燃料排放的PAHs总苯并(a)芘毒性等效值较纯汽油分别降低了23.25%和21.47%;水温为80℃热起动时,E10、M15燃料排放的PAHs总苯并(a)芘毒性等效值较纯汽油分别降低了33.26%和50.46%,纯汽油、E10、M15这3种燃料在水温为80℃时热起动较20℃时冷起动分别降低了44.25%、50.80%和64.84%。