GDI汽油机喷雾特性研究

汽油机稀薄燃烧控制技术李庆海【摘要】The vehicle gasoline engine rareness burning technology,can greatly improve the fuel economy of engine emission and improve performance,and has great potential of development,it is an inevitable trend in the development of internal combustion engine technology. The rareness burning technology based on the mixture stratified combustion, and on the basis of how to form in cylinders for mixture of concentration gradient distribution is the key to the rareness burning technology. This paper introduces the gasoline en- gine combustion mode,PFI thin combustion technology,GDI combustion technology and rareness burning gasoline engine control method.%车用汽油机采用稀薄燃烧技术，能大幅度地提高燃油的经济性并改善发动机排放性能，具有巨大的发展潜力，是内燃机技术发展的必然趋势。

稀薄燃烧技术建立在混合气分层燃烧的基础上，在气缸内如何形成适合的混合气浓度梯度分布是稀薄燃烧的关键技术。

介绍汽油机稀薄燃烧方式、PFI稀薄燃烧技术、GDI稀薄燃烧技术和汽油机稀薄燃烧控制方法。

4 周龙保 等 1 内燃机学 1 北京 :机械工业出版社 ,1999 5 林杰伦 1 内燃机工作过程数值计算 1 西安 :西安交通大学出版
社 ,1986
环变动率较小 , 在
5 %左右 , 发动机运
转十分平稳 。从图
中可以看出 ,随着负 荷的增加 ,循环变动
图 2 发动机循环变动率
率降低 。这是因为当负荷增加时 ,循环供油量增加 ,
混合气变浓 ,火焰传播速度加快 ,降低了循环变动 。
从图中还可以看出 ,随着转速的增加 ,循环变动出现
了先增加后降低的趋势 。当转速较低时 ,采用分层
(1) 缸内直喷式汽油机的最大燃烧压力要高于 传统化油器式汽油机 ,最大压力升高率与传统化油 器式汽油机相当 ,且最大压力升高率所在的曲轴转 角在 5～10°CA A TDC 之间 ,处于较为理想的位置 , 燃烧具有较好的定容度和较高的热效率 ,能实现低 噪声柔和运转 。 (2) 缸内直喷式汽油机的燃烧循环变动在 5 % 左右 ,发动机运转十分平稳 。
燃烧的方式 ,火焰能否快速稳定地传播依赖于混合
气的浓度分布 ;当转速增加时 ,缸内气流运动增强 ,
导致火花塞间隙附近混合气浓度和气流速度的变动
增加 ,使循环变动加大 ;当转速进一步增加时 ,发动
机采用均质混合气预混燃烧的方式 ,混合气在缸内
均匀分布 ,因此缸内气流运动的增强能加快火焰的
传播速度 ,可以降低循环变动 。
(3) 缸内直喷式汽油机采用均质预混合燃烧时 , 曲线的形状与传统的预混和汽油机的放热率曲线完 全一致 。
(4) 采用分层燃烧 ,当转速和负荷较高时 ,与传 统的预混和汽油机的放热率曲线相似 ,但是燃烧初 期速率明显要高于传统的预混和汽油机 ;当转速和 负荷较低时 ,瞬时燃烧率曲线存在类似柴油机燃烧 率曲线的双峰 ,存在比较明显的扩散燃烧 。

模 拟 ， 究 了 燃 烧 室 压 力 、 雾 液 滴 的 索 特 平 均 直 径 研 喷
的作 用 时间
为：
—ｉ ｍ ｎ
士
式 中 ： １ ０ （ 一 ０ １ ４３ ； 为 湍 流 脉 动 动 能 ； 为 ｃ 一 ． ；’ ． ２ ６ ｅ
湍 流能量 耗 散率 ； “ 为气 体 速度 ； 脉 动速 度 ； 为 “为 液滴 速度 。当计 算步 长大于 ． ． 川 时 液滴 要 经过不止 一
其 经 济 效 益 和 社 会 效 益 巨 大 ， 现 代 汽 油 机 的 前 沿 技 是
是蒸 发过 程 ， 而没有使 用 破碎模 型 ． 接给 出 了液滴 因 直 的粒径 分 布 ． 粒径 分布 为 Ｒ ｓ — ａ ｏ ｉ Ｒ ｍｍｌ ｎ ｅ ｒ分布 。
１ １ 蒸 发 方 程 ．
热 ， 交 换 过 程 的 计 算 是 根 据 Ｄ ｋ ｗｉ 质 ｕｏ ｃ ｚ所 开 发
摘 要 ： 三 维 计 算 流 体 力学 软 件 模 拟 了 汽 油 缸 内喷 射 的静 态 喷 雾 特 性 ． 究 了燃 烧 室 压 力 、 始 液 滴 直 用 研 初 径 和 喷 雾 锥 角 对 喷 雾 特 性 的影 响 ． 与 试 验 结 果 进 行 了 比较 研 究 结果 表 明 ： 烧 室 压 力、 始液 滴 直 径 并 燃 初
品 化 的 ＧＤ 发 动 机 之 后 ， 研 究 机 构 和 公 司也 纷 纷 投 Ｉ 各 入 大 量 的 人 力 、 力 和 财 力 开 展 这 一 领 域 的 研 究 开 发 物
工作 。 管缸 内喷射 汽油机有 着诱 人 的前景 ． 在实现 尽 但 技 术 上 仍存 在不 少难 点 ， 中如何 在 各种 工 况下 精 确 其 地 控 制 燃油 的 喷雾特 陛． 与空 气 混 合形 成 火 花 塞 附 并 近的 可燃 混 合气是 ＧＤＩ 的关键技 术 。 管多 年来 人们 尽

但是，随着世界工业化的发展，汽车成为不可或缺的主要交通工具，而作为汽车主要动力的这种化油器式汽油机废气中的有害成分(C O、H C和N O X等)对大气造成了污染，而燃烧产物二氧化碳又产生“温室效应”导致全球气候变暖。随着汽车数量的与日俱增，对人类生存环境的危害日趋加剧，因此汽车的节能减排已成为全球刻不容缓需要解决的重要问题。
2、汽车发动机新技术---缸内直喷式
近年来，当代汽车汽车飞速发展，汽车新技术不断涌现和应用，带动汽车性能不断改善。下面就现代缸内直喷式汽油机进行简单介绍。
汽油机的发展经历了100多年的漫长历史，其中具有里程碑意义的发展阶段无不是以油气混合方式和机理的变迁为标志的。
早期的化油器式汽油机依靠化油器喉口气流流速增加所产生的真空度将汽油吸出被高速进气空气流雾化以及汽油油滴本身的蒸发而与空气形成可燃混合汽。油气混合比(空燃比=进气空气质量/燃油质量)取决于化油器喉口的设计和量孔直径，负荷的调节是由节气门的开度来调节进入汽缸的油气混合汽量来实现的，因此属于混合汽外部形成的量调节方式，且没有任何反馈控制。由于汽油-空气混合汽能在相当宽的空燃比范围内点燃，这种不太精确的控制对早期汽油机的正常运行并不存在什么问题。
既然油气混合物能有如此惊人的杀伤力，那在汽车上引入显然也会获得更高的动力和更省油的表现。根据云爆弹原理，大众为高压泵设计了一个非常精巧的结构，通过进气阀的凸轮轴来为油泵提供动力，这样很好的解决了油泵和进气阀之间的正时问题，也提高了燃油效率；同时作为一个纯机械的结构，这个高压泵具备了非常高的可靠性，大众（博世）甚至还设计了一个内部保护回路防止油压过高。可惜的是，大众和博世的设计尽管确保了机械自身的可靠性，但高压燃油轨(Rail)里的高压燃料是无法保护的，为了保证发动机运转的顺畅性，燃油轨中必须保持一定的压力。这个在平时是没有问题的，问题就出在了碰撞上。当发动机受到巨大的外力撞击时，位于发动机前部的高压共轨喷射系统就成了发动机首先受到撞击的部分。