汽车电控燃油喷射新技术探讨讲解.docx

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汽车电控燃油喷射新技术探讨讲解

毕业论文

汽车电控燃油喷射新技术探讨

系另I」：

车辆工程系

专业：

汽车制造与装配技术

第一章GDI技术的发展3

1.1发展.3

1.2GDI开发目标4

第二章发动机微机控制及GDI原理5

2.1基本燃油喷射控制5

2.11喷油量控制.5

2.12喷油正时控制5

2.13喷油量控制.6

2.2开环与闭环控制7

2.21开环控制7

2.22闭环控制7

2.3GDI燃油喷射系统7

2.4燃油供给和喷射系统9

2.5喷射模式.11

2.6燃烧系统11

2.6.1“喷束引导法”（spray-guidedsystem）.11

2.6.2“壁面引导法”（wall．guidedsystem）.11

2.6.3“气流引导法”（flow-guidedsystem）.11

2.7缸内空气运动的组织12

第三章GDI发动机目前存在的问题13

3.1排放问题.13

3.2催化器问题13

3.3积炭问题13

3.4喷油器问题14

第四章今后GDI技术研究发展前景与开发方向•……15

4.1降低NO对非放的技术15

4.1.1稀燃催化器15

4.1.2废气再循环16

4.2二次燃烧技术16

4.3二次混合技术17

4.4均质混合压燃技术17

总结18

参考文献：

19

谢辞20

摘要

GDI发动机技术（GasolineDirectInjectionengine）,汽油发动机直喷技

术，缩写（GDI）

汽油机在近20年内发生了巨大的变化。

其中最显著的变化是可根据不同工

况精确控制空燃比。

这一结果使进气道喷射技术（PFI）从1983年开始迅速发展，从而促进了汽油机燃油经济性和排放特性的改善。

但是PFI需要节气门作为基

本的负荷控制方式，而且在进气道端口处不可避免要产生油膜，因此PFI无

论是在燃油经济性方面还是在排放方面都很难有一个显著的突破。

与之相比，缸

内直接喷射（GDI）方式从原理上无此限制，所以具有进一步的发展潜力。

目前，日本、美国和德国的汽车公司都已开展了GDI试验或样机试制工作，其中以三菱公司和丰田公司的开发最为成功。

我国在这方面的研究才刚刚开始，西安交通大学开发了缸内直接喷射周向分层燃烧系统，该系统的特点是利用具有

非均匀性周向分布的机械式喷嘴实现周向分层。

关键词：

汽油机，缸内直喷，新技术

Abstract

Fromgasolineenginemixedgasformingandadjustmentofcombustionsystem,fuelinjection,3aspectsofvehiclegasolinein-cylinderdirectinjectiontechnologyandthedevelopmentofnewtechniqueswereoutlined.Gasolineengineincylinderdirectinjectiontechnologyhasgreatpotentialfordevelopment,willbebiggerandreplacesitwithaninletportdirectfuelinjection.Basedontheemission,carbondeposition,catalyticreactorandfuelinjectionsystemtoanalyzeanddiscusstheproblem,putforwardindirectinjectiongasolineenginesandthedirectionoffurtherdevelopmentsuggestion.

Keywords:

gasolineengine,gasolinedirectinjection,newtechnique

第一章GDI技术的发展

1.1发展

上世纪50年代，德国研制出了二冲程直喷汽油机，限于当时机械制造技术和电控水平较低，其性能和排放并不理想。

90年代后，缸内直喷汽油机的研究有了较大的进展。

缸内直喷汽油机改变了预混合汽油机的混合机理，可采用稀薄分层燃烧技术，降低HC等有害排放。

直喷方式的油滴蒸发主要依靠空气吸热而非壁面吸热，降低了混合气温度和体积，可降低爆燃倾向，提高发动机压缩比。

此外，GDI汽油机还具有瞬态响应好，易于实现精确的空燃比控制，具有快速的冷起动和减速快速断油能力等特点。

这些方面GDI汽油机都明显优于进气道喷射汽油机。

为此许多外国汽车公司和研究机构都成功开发出了自己的GDI发动机机

型。

1996年，日本的三菱公司率先采用立式进气道与弯曲顶面活塞。

在进气行程中吸入的空气通过立式进气道被吸入气缸，形成强烈的滚流。

喷射的燃油经曲面形的燃烧室壁面引导被送到位于气缸中央的火花塞附近，形成稳定的燃烧。

开发的汽油直喷发动机应用于运动型轿车Galant上，其油耗和二氧化碳的排放比同功率的传统汽油车降低了30%随后，装备了GDI发动机的中级轿车Carisma投放到西欧市场。

2000年底，大众公司研发了稀燃直喷式汽油机LupoPSI，其高行驶功率下的百公里燃油消耗仅4.9L，是世界上第一辆5L汽油机汽车。

实验表明，LupoPSI的燃油消耗与同输出功率的进气道喷射汽油机相比，降低了34%。

2004年，奥迪

公司研发了2.0T-FSI燃油分层直接喷射增压汽油机。

随后为A级轿车研发了1.8T-FSI高性能发动机，2007年初装备到新款奥迪A3轿车上。

2005年配备在全新奥迪A42.0T上的TFSI涡轮增压汽油直喷发动机被权威杂志评为全球十大发动机第一名，代表了世界汽车发动机技术的顶尖水平。

日本丰田公司的GDI发动

机使用了可变涡流技术，通过缸内气流运动的组织，在火花塞周围形成可点燃的混合气。

为了降低NOx排放，在使用EGR勺同时采用了NOX吸附催化反应器。

试验结果表明，装有该发动机的汽车油耗为17.4Km/L，而相应的装有PFI发动机

的汽车油耗为13Km/L，节油达34%^右。

美国福特公司的GDI发动机采用均质的当量燃空比附近的混合气，利用传统的三元催化反应器，降低了排放处理方面的困难。

稳态试验表明，部分负荷下，汽油机的燃油经济性有5%勺提高，而怠速时能提高10%

1.2GDI开发目标

GDI开发两目标：

一是使现有汽油机燃料经济性有大幅度的改善，实现高功率输出；二是控制排放，主要是CO、HC和NOx的排放。

实现低的燃油消耗：

在超稀薄燃烧时，喷油时刻为压缩行程后点火前，此时气缸内空气密度高，燃油经高压喷嘴喷入后容易雾化；又由于活塞曲顶的作用，使得混合气形成涡流并呈层状分布，即混合涡流上行时靠近火花塞部分的混合气浓度高，而远离火花塞部分的浓度低。

靠近火花塞的混合气浓度高，便先着火，当着火后气缸内温度压力提高，混合气浓度低的部分也能连续稳定地燃烧。

实现高的功率输出：

发动机大负荷运转时要求发动机要具有较大的升功率。

GDI发动机采用直立

进气使得进气阻力减小，同时进气行程中燃油直接喷射使进气冷却，因而提高了进气效率，由于采用缸内直喷，燃油在燃烧室内气化，气化热冷却了吸入的空气，使空气密度增加；同时，汽油在气缸内气化也冷却了燃烧室，从而降低了发动机的爆震倾向，这样在设计发动机时便可提高压缩比。

目前第一个目标主要靠划分负荷区，实行不同的工作模式来实现。

通常划

分为小负荷区和大负荷区，按照不同负荷区的要求，制定不同的控制策略。

在小

负荷区要求能充分利用GDI在燃料经济性改善方面的潜力，因此在该区域通常采用压缩冲程中喷油实现分层燃烧的工作模式；大负荷区主要考虑的是动力性，要求GDI的功率输出应能与实际多点进气道喷射（MPFI）相当或更高，通常在该区域采用吸气冲程喷油，实现均质燃烧的工作模式。

改善排放方面则要采用EGR（排气再循环）和废气后处理技术GDI发动机的技术现状。

第二章发动机微机控制及GDI原理

柴油机上采用GDI方法在提高热效率方面取得了良好的效果，但要将该方法应用于汽油机却会遇到很多困难。

柴油是自燃着火，初始着火总是发生于混合气中最适宜着火的地方；汽油需点燃着火，火花塞的固定使初始着火位置也随之固定。

故在汽油机上要达到类似于柴油机那样的工作方式就必须考虑用附加方法控制混合气的制备。

混合气的制备质量是由燃油喷射系统、缸内流场结构以及他们之间的相互作用决定的，下面就从这几个方面加以论述。

2.1基本燃油喷射控制

2.11喷油量控制

电子控制单元（ECU把发动机的转速和负荷信号作为主要控制信号，以确定喷油脉冲宽度（即基本喷油量），并根据其他信号加以修正，如冷却液温度信号等，最后确定总喷油量。

2.12喷油正时控制

汽油机有多种普通喷射方式，当发动机采用多点顺序燃油喷射系统时，ECU除了控制喷油量以外，还要根据发动机的各缸点火顺序，将喷油时间控制在最佳时刻，以使汽油充分燃烧。

多点喷射分为同时喷射，即各缸喷油时刻相同；分组喷射，即多缸发动机分为若干组进行喷射，同一组各缸同时喷油，不同组间顺序喷油；顺序喷射，即按点火顺序要求逐缸喷油。

喷油正时就是喷油器什么时候开始喷油的问题。

对于多点间歇喷射发动机，喷油正时分为同步喷射和异步喷射。

同步喷射指在既定的曲轴转角进行喷射，在发动机稳定工况的大部分运转时间里，喷油系统以同步方式工作。

发动机在启动和加速时，为了保证启动迅速、加速响应快，ECU会根据水温、节气门变化程度适当地增加供油量，此时应采用与曲轴的旋转角度无关的异步喷射。

另外，采用卡门旋涡式流量计的发动机，其喷油器的开启时间与其涡流频率同步。

异步喷射正时控制，发动机在启动加速时，为了保证启动加速、加速相应快，ECU会根据水温，油门变化程度适当地增加供油量，此时应采取与曲轴转角无关的异步喷射。

我们主要介绍同步喷射发动机中的顺序喷射。

顺序喷射也叫独立喷射。

曲轴每转两转，各缸喷油器都轮流喷射一次，且像点火系统一样，按照特定的顺序依次进行喷射。

各缸喷油器分别由微机进行控制，驱动回路数与气缸数目相等，如图1-1所示。

顺序喷射方式由于要知道向哪一缸喷射，因此应具备气缸判别信号，常叫判缸信号。

采用顺序喷射控制时，应具有正时和缸序两个功能，微机工作时，通过曲轴位置传感器输入的信号，可以知道活塞在上止点前的位置，再与判缸信号相配合，可以确定向上止点运行的是哪一缸，同时应分清该缸是压缩行程还是排气行程。

图1-1顺序喷射的控制电路

因此当微机根据判缸信号、曲轴位置信号，确定该缸是排气行程且活塞行至上止点前某一喷油位置时，微机输出喷油控制信号，接通喷油器电磁线圈电路，该缸即开始喷射。

顺序喷射可以设立在最佳时间喷油，对混合气的形成十分有利，因此它对提高燃油经济性和降低有害物的排放等有一定好处。

尽管顺序喷射方式的控制系统的电路结构及软件都较复杂，但这对日益发展的先进电子技术来讲，是比较容易得到解决的。

顺序喷射方式既适合进气歧管喷射，也适用于气缸内喷射。

2.13喷油量控制

喷油量的控制的目的是使发动机在各种运行工况下，都能获得最佳的喷油时间的控制来实现的。

启动时间的同步喷油量控制：

在发动机转速低于规定