文档介绍：现代缸内直喷式汽油机第一篇概论 1 缸内直接喷射是现代汽油机的发展方向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。由于汽油一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。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(CO、HC和NOx等)对大气造成了污染,而燃烧产物CO2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。从20世纪70年代末80年代初开始,化油器逐渐被电控喷油系统所替代,其主要原因就是使用三元催化转化器对废气进行净化的需要。为了同时降低汽油机废气中CO、HC和NOx三种有害气体的排放,空燃比必须精确地控制在化学计量比(:1)上。而电控喷油系统可利用氧传感器对空燃比进行精确的反馈控制。提高三元催化转化器的废气净化效率。汽车废气排放标准对有害物排放限值的加严也促使电控喷油技术的不断改进。电控喷油系统早期的设计是在进气总管中的节气门处用一个喷油器进行单点喷射,到各个汽缸之间有相当的距离,大量的汽油附着在这段进气管的壁面上,不能均匀及时地进入汽缸与空气混合。为了提高各汽缸之间供油的均匀程度,并改善在变工况时对空燃比的控制,单点喷射逐渐被每缸一个喷油器在进气门口附近的进气道中的多点喷射所替代。早期的多点喷射采用各个喷油器“同时喷射”或两缸一组的“分组喷射”方案,喷油时一些汽缸的进气门处于开启状态,而另一些汽缸的进气门则处于关闭状态。为了使得各个汽缸间的油气混合过程相同,以减少一些汽缸的HC排放,“同时喷射”和“分组喷射”又被更完善的按点火顺序各缸进行“顺序喷射”所替代。但是,现代汽油机的这种“进气道喷射喷射”系统仍没有从根本上完全摆脱传统的混合汽外部形成方式,并依然存在冷启动时和暖机期间HC排放高的问题。~(直径=150~300um)喷向进气门的背部和进气口附近的壁面上,只有少量的汽油能够在油滴到达壁面形成油膜之前直接在空气中蒸发。汽油的蒸发和与空气的混合主要依靠进气门和进气道壁面的高温以及进气门打开时灼热的废气倒流和冲击。这种混合汽形成方式在发动机稳定工况下尚可满足要求,但在变工况(如车辆加速时)和发动机冷启动时汽油的蒸发和油气混合严重不足。不得不过量喷油,然而这将造成大量未燃HC经排气门进入三元催化转化器。特别是在冷启动时,三元催化转化器正处于低温状态而尚未达到起燃温度,这样就会造成很高的有害物排放,成为车辆达到废气排放标准限值的主要障碍之一。尤其是从国3排放标准开始,取消了最初的40s暖机阶段,而是从冷机一启动就开始进行排放测试,那么冷启动的排放问题将变得更为突出。据,有关统计资料表明,在与我国汽车排放标准测试循环相似的新欧洲行驶循环(NEFZ)以及美国城市标准测试循环(FTP-75)中,冷启动排放量占总排放量的份额最多可高达90%,可见发动机冷启动排放的影响之大。汽油缸内直接喷射从油气混合机理上可以解决上述变工况(如车辆加速时)和冷启动时油气混合不足的问题。早期的缸内直喷式汽油机因喷射技术水平的限制,喷雾油滴的直径约为80um。计算表明,一滴这样大小的油滴在200℃空气中需要大约55ms才能完全蒸发。如果发动机的转速为1500r/min的话,这段时间相当于495°CA(曲轴转角)。显然,蒸发时间过长。在这种情况下油气混合不能主要依靠喷雾来实现。随着汽油喷射技术的进步,现代缸内直喷式汽油机应用的汽油泵的供油压力已达到5~12MPa。又采用带旋流的喷油嘴,雾化性能得以提高,喷雾的油滴直径约为20um,喷雾锥角可达50~100°,常压下的贯穿度约为100mm。°CA就能完全蒸发,因而汽油的蒸发和与空气的混合可主要依靠喷雾来实现,再加上缸内空气运动的辅助,变工况(如车辆加速时)和冷启动时不再需要过量喷油,冷启动喷油量得以大大减少(图1),有害物排放也将大为降低。同时,由于汽油直接喷入汽缸内,消除了进气道喷射时形成壁面油膜的弊病。特别是在发动机尚未暖机的状态下,因而能改善变工况时对空燃比