汽车发动机电控技术 教学配套课件 廖发良 第7章 汽油机直喷技术.pdfVIP

汽车发动机电控技术 主编廖发良 第7章 汽油机直喷技术 7.1 概述 7.2 GDI发动机的特点 7.3 典型GDI发动机的结构及工作原理 7.1 概述 近几十年来，受能源日益枯竭、油价不断上涨、全球变暖等问题的 困扰，在满足发动机排放要求的前提下改善发动机燃油经济性显得 格外迫切。由于汽油机的燃油经济性比柴油机差，所以，降低汽油 机的消耗已经成为汽车界当前必须要解决的问题。开发具有汽油机 优点同时又具备柴油机部分负荷高燃油经济性优点的车用发动机成 为主要的研究目标。汽油直喷(Gasoline Direct Injection，GDI) 技术是提高汽油机燃油经济性的重要手段，近些年来，以直喷为代 表的新型混合气形成模式的研究与应用极大地提高了汽油机的燃油 经济性。　 7.2 GDI发动机的特点 1.GDI发动机与PFI发动机的技术比较 GDI发动机与PFI发动机的 主要区别是混合气形成方式不同。 2.GDI发动机的优点 3.GDI发动机存在的问题 1.GDI发动机与PFI发动机的技术比较 GDI发动机与PFI发动机的 主要区别是混合气形成方式不同。 GDI发动机与PFI发动机的主要区别是混合气形成方式不同。在PFI发 动机产品中，20%的发动机喷油器装在气缸盖上进气门的背面，80% 的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。因此，进气口处的油膜如同电容，具有积分的作 用，发动机瞬时的供油量不能通过喷油器实现精确控制。由于部分 蒸发现象导致油量控制延迟和计量偏差，冷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4～10个循环的不稳定燃烧，使未燃HC的排放显著增 加。GDI发动机可以避免进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，冷起动首循环不须加浓控制，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，须通过更 2.GDI发动机的优点 (1)提高了燃油经济性：其原因主要有如下几个：①部分负荷下采用 稀薄分层混合气，使循环热效率提高。 (2)提高了动力性：主要是因为充气效率和压缩比的提高。 (3)改善了冷起动时排放性能：冷起动时的未燃HC排放降低，温室效 应气体CO 减少，稀燃使发动机排出的NO 降低，并且允许采用更高 2 x 的EGR率来降低NO 排放。 x (4)改善了各缸工作的不均匀性：由于燃油直接喷入气缸，可以对各 缸的空燃比精确并相对独立控制。 (5)有良好的瞬态响应：GDI发动机不存在壁面油膜，燃油计量精 确，加速响应快，减速断油及时，冷起动迅速，冷起动加浓要求 低。 (6) 系统优化潜力大：这主要是因为GDI发动机在喷油控制方面有着 更大的灵活性。 3.GDI发动机存在的问题 (1)排放控制问题：分层混合气浓度非均匀分布，存在较浓的混合 气，在这些区域中局部燃烧温度仍然较高，导致NOx排放较多，然 而总体混合气较稀不能有效利用三元催化转化器；分层混合气外边 界较稀的部分易发生火焰熄灭现象，同时缸内喷油湿壁现象会使活 塞顶部和气缸壁混合气过浓的区域燃烧不好，使得小负荷时未燃HC 排放相对较高；分层燃烧工况由于混合气浓度分布不均匀，GDI发 动机增加了微粒排放。 (2)稳定燃烧控制问题：GDI发动机分层充气稀燃区域的稳定燃烧控 制难度较大，部分负荷分层稀燃和大负荷均质燃烧模式转变时的控 制也非常复杂；为了降低NOx排放GDI发动机采用较高的EGR率，且 喷油器沉积物增加，都增加了稳定燃烧控制的难度。 3.GDI发动机存在的问题 (3)燃油经济性问题：燃油直喷需要较高的供油压力，提高喷油压力 和油泵回流增加了发动机机械损失，喷油器、油泵驱动额外增加了