汽车检测与维修技术毕业论文1.doc
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1、毕 业 论 文 课题名称:燃油直喷燃烧技术研究姓 名:李俊 学 号:0901145589所在系 : 汽车工程系 专业年级: 汽车检测与维修技术2009-1班 指导教师:刘玲 职 称:导师 二O一二年四月二十八日燃油直喷燃烧技术研究【摘要】:目前,一些汽车制造商正在将GDI技术投入实际的制造应用过程。例如Mercury Marine公司就针对其大型发动机开发出了一个采用双重空燃直喷燃烧系统的发动机。从1996年起日本的三菱公司也开始了GDI发动机的开发工作,西门子和雷诺两公司也联手致力将GDI技术应用于雷诺的Megane汽车上。同时,Delphi也宣布将和Orbital发动机制造公司共同投资开发
2、一种火花塞和燃油直喷混合的发动机系统,这个系统只需要一个通往汽缸燃烧室的孔。开发直喷技术的最初想法是由于在大多数的情况下,发动机的空燃比可以调节到比用化学计算法得出的【关键词】:缸内直喷 火花 塞 燃气涡轮发动机燃烧室 发动机热量的运动情况 供油系统 稀薄燃烧技术的原理引言 :这一新技术的基础技术的应用起源于20世纪30年代,但长期以来没有得以发展,只是到了近些年,由于电子技术和其它系统性能的提高,才使这种新概念有所作为。 1. 分析:目前,一些汽车制造商正在将燃油直喷燃烧技术投入实际的制造应用过程汽油直喷燃烧技术(GDI)就能够将内燃机的燃料效率提高20。这一新技术的基础技术的应用起源于30
3、年代,但长期以来没有得以发展,只是到了近两年,由于电子技术和其它系统的性能的提高,才使这种新概念有所作为。目前,一些汽车制造商正在将GDI技术投入实际的制造应用过程。例如Mercury Marine公司就针对其大型发动机开发出了一个采用双重空燃直喷燃烧系统的发动机。从1996年起日本的三菱公司也开始了GDI发动机的开发工作,西门 子和雷诺两公司也联手致力将GDI技术应用于雷诺的Megane汽车上。同时,Delphi也宣布将和Orbital发动机制造公司共同投资开发一种火花 塞和燃油直喷混合的发动机系统,这个系统只需要一个通往汽缸燃烧室的孔。开发直喷技术的最初想法是由于在大多数的情况下,发动机的
4、空燃比可以调节到比用化学计算法得出的14.7:1更稀薄的状态,而不会对发动机性能造成负面的影响。然而其局限性却是这样的,稀薄混合气体很难点燃,而且还会随之产生相应的排放物,其主要成 分是氮氧化合物(NOX)。采用直喷技术后,燃油以细微滴状的薄雾方式进入汽缸,而不是以蒸汽的方式。这也就意味着当燃油雾滴吸收热量变为可燃蒸汽时,实际上对发动机的汽缸起到了冷却的作用。这种冷却作用降低了发动机对辛烷的需要,所以其压缩比可以有所增加。而且正如柴油一样, 采用较高的压缩比可以提高燃料的效率。采用GDI技术的另一个优点是它能够加快油气混合气体的燃烧速度,这使得GDI发动机和传统的化油 器喷射发动机相比,可以很
5、好地适应废气再循环工艺。例如,在三菱的发动机上,当怠速运转过程中如果发动机燃烧不稳定,则发动机可以以40:1的空燃比很平 稳地运行(如果采用了废气再循环EGR技术,那么发动机的空燃比可以提高到55:1)。决定一种非常稀薄的混合气体的关键是能否找到一种可靠的点燃它的途径。这就要求在火花塞间隙附近混合气的浓度足够大,以便能点燃。由于火焰的焰心要比火花塞的间隙尺寸大得多,一旦燃烧之后火焰就会向燃烧室内的稀薄气体区域扩散。早期的GDI的开发工作 着重于研究能够在炙热状态下,长时间工作点燃可燃物的兆点点火系统。虽然这个系统发出的炙热的、较大的火花能够很容易地将稀薄混合气体点燃,然而由火花塞 发出的热量却
6、大大降低了火花塞电极的使用寿命。采用计算机来模拟进出燃烧室的燃料和空气流的情况是一项突破性的技术。燃烧室和活塞的形状、喷油脉冲的能量和方向、活塞和发动机热量的运动情况都会影响油气混合物雾滴的位置。这项技术采用了关键性的计算机技术来确定空燃流的情况以及空燃喷射器的最佳位 置以及火花塞的相关参数。两个基本的系统当这项技术应用于GDI时会产生两个基本的系统,它们分别是HPDI 和 LPDI。HPDI系统依靠高压(100巴或100个大气压力)来迫使燃料进入已经充满空气的燃烧室。在雷诺的IDE发动机中,西门子采用了一个三活塞的 燃油泵来产生燃料喷射所需的高压。同时,由于采用了电磁控制的阀门,使得发动机的
7、控制系统能够根据发动机的运转需要确定进、排气门的正时时间。Orbital公司的低压直喷系统(LPDI)是对两冲程发动机应用于汽车制造的技术的进一步完善 和改进。采用LPDI系统后,一定量的燃油被喷射到位于油气混合气喷射装置顶部的气室内。一个皮带或凸轮传动的空气压缩机用来向空气喷射装置提供大约 6.5巴的压力。当空气喷射装置的线圈被启动后,空气压力就会使燃油和空气进入到燃烧室中。这个系统发生作用的关键是进入到燃烧室中的燃料流应该是呈现易 燃状态。该系统的一个很主要的特点是由于燃料没有处在非常高的压力下,所以也就不需要使用特殊的燃油泵,燃油供油装置产生开裂和泄漏的危险性也小得多。HPDI 和 LP
8、DI这两个系统都面临着挑战。一是燃油的喷射模式必须十分精确,以便能够以成层的方式正确地将燃料进行分配。在HPDI系统中,这意味着需要更高的喷 射压力和更快的喷射速度。西门子公司宣称它目前正在研究高达200巴压力的燃油喷射系统,该系统具有能够在半毫秒内点火的高精度的喷射装置。要获得较满意的燃空混合气分层就意味着燃烧室和活塞顶部的形状都是非常关键的。这需要对每台发动机使用计算机造型和广泛的测试来确定其最终的形状。这也即是说GDI技术并不能简单地捆绑于现有的发动机上。汽缸和活塞需要进行变动,发动机的电子控制系统 的硬件也需要改进。和传统的发动机燃油泵相比,HPDI系统所需的燃油泵有很大的区别。传统的
9、电动燃油泵需要让燃油流 经泵体来保持冷却和润滑。而另一方面,高压HPDI系统的燃油泵却采用了与燃油流隔离开的液压泵组件。为了降低在如此高的压力下运转时发生泄漏的可能性, 将这两部分的功能隔离开是很有必要的。PSA标致/雪铁龙公司和西门子公司已经组成了一个合资公司来专门为欧洲市场生产这种新型的燃油泵。让发动机燃烧非常稀薄的油气混合气体也就意味着其每个燃烧冲程燃烧的燃料量更少,因而产生的功率也就 更小。三菱公司的GDI发动机通过采用双重模式的燃烧系统突破了这个局限性。对于在正常情况下的诸如城市市区的低负载驾驶工况,燃油在压缩冲程延迟喷射, 这一点和柴油发动机一样。这种方式提供了一种极稀薄的油气混合
10、物分层,从而提高了发动机的燃油经济性。当来自不同的发动机传感器的信息探测到驾驶员希望在 高负载或高车速下操纵汽车时,喷射脉冲就会提前在进气冲程进行喷射。这种技术允许发动机使用正常的空燃比。其关键是发动机的电子系统能够实时确定燃油应在何时以何种方式喷射。GDI技术对发动机排放的影响GDI技术对发动机的排放具有很重要的影响。你可以想像得到,当较少的燃料在一个富氧的环境中燃烧 时,HC和CO的产生量肯定会大大减少。另一方面,氮氧化物NOX的产生则是个问题。为了避免这个问题的发生,三菱的GDI发动机采用了30的EGR比 率,并采用了一个新型的稀薄NOX气体催化器。这种催化器是一种储藏型的设备,它能够在
11、需要的情况下吸收多余的NOX,然后将HC排放物引入那部分的催化 转换器而重新起作用。由于这个装置位于三元催化器的前面,所需要的用于多余的NOX催化的HC的量在此处应该引起注意。这项新技术至少需要采用好几个传感器才能够起作用。人们开发出了一种新型的传感器来探测多余的 NOX的水平,这种传感器在很多方面与传统的氧传感器很相似,只不过它的固体电极采用了不同的材料,而且它采用了两室的设计结构。传统的氧传感器对于采用 非化学计量法得出混合汽体不起作用,所以在这里还需要一些其它的东西。一种被开发用于ULEV发动机的被称为UEGO分线性氧传感器在这种空燃比的情况下能够良好地工作,并被用于三菱公司的发动机系统
12、中。正如你所知道的那样,GDI发动机与目前车辆上广泛装备的传统的进油口燃油喷射的发动机有很大的不 同,而且这种新型的发动机毫无疑问将在不远的将来得到应用。事实上,丰田公司的混合动力轿车Prius上已经装备了一台这样的发动机,而且福特、通用和克 莱斯勒公司都正在对这种新型发动机进行研制。一个积淀了70年的概念正在逐步变为实用的产品,这就是让人值得称道的地方。而所有这一切都要归功于车载的传感器和电子控制系统,以及最终使该项技术浮出水面的计算机建模系统。电喷汽车燃油喷射系统的基本组成之一。作用是把燃油从燃油箱中吸出、加压后输送到供油管中,和燃油压力调节器配合建立一定的燃油压力。 燃油泵向分油管输送高
13、压燃油,保证向喷油嘴供应持续的燃油。燃油泵在启动和发动机运转时工作,如果发动机停止而点火开关仍处于ON时,HFM-SFI控制模块关闭燃油泵的电源,以避免意外点火.燃油泵位于车辆底部 燃油泵由电动马达、压力限制器、检查阀构成,电动马达实际工作在油泵壳内的燃油中,不用担心,因为壳内没有任何可以点火的东西,燃油可以润滑并冷却燃油马达,出油口处装有检查阀,压力限制器位于油泵壳的压力侧,带有通向进油口的通道。 ZYB型点火增压燃油泵适用于输送柴油、重油、渣油、燃料油等介质,特别适用于路桥工程拌合站 中燃烧器的燃料用泵,是取代进口产品的理想产品。ZYB型增压燃油泵不适用输送高度挥发或闪点低的液体,如氨、苯
14、等。 缸内直喷工作原理当转子盘旋转时,滚子被离心力向外压,像旋转的油封一样,转子旋转,泵起作用,从进油口吸入燃油,并把燃油从出油口压入燃油系统,当关闭油泵时,出油口的检查阀关闭,防止燃油通过燃油泵流回油箱,检查阀维持的燃油管压力称为“残余压力”。 燃油泵最大泵油压力依赖于压力限制器的标准,如果燃油泵压力超过预定压力限制,压力限制器会打开旁路使燃油流回燃油泵进口处。缸内直喷又称FSI(Fuel Stratified Injection),即燃料分层喷射技术,代 表着传统汽油引擎的一个发展方向。传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮位置以及发动机各相关工况从而控制喷油嘴将汽油喷入进气歧管。但由于喷油嘴
15、离燃烧室有一定的距离,汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大,并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上,所以希望喷油嘴能够直接将燃油喷入汽缸。在近来各汽车厂商采用的发动机科技中,最炙手可热的技术非缸内直喷莫属。这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已经大量使用在包含大众(含奥迪)、宝马、梅赛德斯-奔驰、通用以及丰田车系上。 2 工作原理:这一技术是用来改善传统汽油发动机供油方式的不足而研制的缸内直接喷射技术,先进的直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术,通过一个活塞泵提供所需的100bar以上的压力,将汽油提供给位于汽缸内的电磁喷射器。然后通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入
16、燃烧室,其控制的精确度接近毫秒,其关键是考虑喷射器的安装,必须在汽缸上部留给其一定的空间。由于汽缸顶部已经布置了火花塞和多个气门,已经相当紧凑,所以将其布置在靠近进气门侧。由于喷射器的加入导致了对设计和制造的要求都相当的高,如果布置不合理、制造精度达不到要求导致刚度不足甚至漏气只能得不偿失。另外FSI引擎对燃油品质的要求也比较高,目前国内的油品状况可能很难达到FSI引擎的要求,所以部分装配了FSI的进口高尔夫出现了发动机的水土不服。 此外,FSI技术采用了两种不同的注油模式,即分层注油和均匀注油模式。 发动机低速或中速运转时采用分层注油模式。此时节气门为半开状态,空气由进气管进入汽缸撞在活塞顶
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