缸內直噴與稀薄燃燒技術

1、缸內直噴與稀薄燃燒技術第1頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二 1.什么叫稀燃？ 顧名思義就是發(fā)動機混合氣中的汽油含量低，汽油與空氣之比可達1：25以上。第2頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二2.稀燃發(fā)動機技術的發(fā)展 21世紀70年代初歐美國家的排放規(guī)定以及石油危機引起的降低油耗的需求，人們探索了由稀混合氣運行，用氧化催化劑凈化排氣的方法，采用了一種帶副燃燒室的發(fā)動機。這種由豐田及本田公司發(fā)明的燃燒方式由于從副燃燒室噴出火焰會造成熱能損失，稀混合氣發(fā)動機改進對油耗的效果不明顯。 第3頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二稀燃發(fā)動

2、機技術的發(fā)展隨著進氣口的改進，氣缸內旋渦生成技術的進步，由通用、福特、豐田、本田、日產等汽車公司先后搞成的開口式燃燒室可以形成比帶副燃燒室還好的稀薄混合氣燃燒，并且隨著進氣口燃料噴射技術的發(fā)展和稀混合氣傳感器技術的開發(fā)，精密控制空燃比已成為可能。 80年代中期，豐田正式使稀混合氣發(fā)動機（TLCS）產品化，三菱、本田也相繼將其產品實行產品化。 目前，各大公司都擁有自己的稀燃技術，其共同點都是利用缸內渦流運動，使聚集在火花塞附近的混合氣最濃，先被點燃后迅速向外層推進燃燒，并有較高的壓縮比。進入90年代，三菱汽車公司研制出來的缸內直噴技術使稀燃技術又進了一步。第4頁，共21頁，2022年，5月20日

3、，20點36分，星期二 采用立式吸氣口方式，從氣缸蓋的上方吸氣的獨特方式產生強大的下沉氣流。這種下沉氣流在彎曲頂面活塞附近得到加強并在氣缸內形成縱向渦旋轉流。在高壓旋轉噴注器的作用下，壓縮過程后期被直接噴注進氣缸內的燃料形成濃密的噴霧，噴霧在彎曲頂面活塞的頂面空間中不是擴散而是氣化。 這種混和氣被縱向渦旋轉流帶到火花塞附近，在火花塞四周形成較濃的層狀混和狀態(tài)。這種混合狀態(tài)雖從燃燒室整體來看十分稀薄，但由于呈現從濃厚到稀薄的層狀分布，因此能保證點火并實現穩(wěn)定燃燒?；旌媳冗_到40:1 三菱缸內噴注汽油機（GDI） 第5頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二采用緊湊型燃燒室，通過

4、進氣口位置改進使缸內形成較強的空氣運動旋流，提高氣流速度；將火花塞置于燃燒室中央，縮短點火距離；提高壓縮比至13：1左右，促使燃燒速度加快。提高壓縮比 汽車汽油發(fā)動機實現稀燃的關鍵技術 第6頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二如果稀燃技術的混合比達到25：1以上，按照常規(guī)是無法點燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內空氣的運動在火花塞周圍形成易于點火的濃混合氣，混合比達到12：1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點燃后，燃燒迅速波及外層。為了提高燃燒的穩(wěn)定性，降低氮氧化物，現在采用燃油噴射定時與分段噴射技術，即將噴油分成兩個階段，進氣初期噴油，燃油首先進入缸內下部隨

5、后在缸內均勻分布，進氣后期噴油，濃混合氣在缸內上部聚集在火花塞四周被點燃，實現分層燃燒。分層燃燒 汽車汽油發(fā)動機實現稀燃的關鍵技術 第7頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二高能點火和寬間隙火花塞有利于火核形成，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短，燃燒速度增快，稀燃極限大。有些稀燃發(fā)動機采用雙火花塞或者多極火花塞裝置來達到上述目的。高能點火 汽車汽油發(fā)動機實現稀燃的關鍵技術 第8頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二以上三點只是對整體汽油發(fā)動機稀燃技術而言，具體到某種機型會有所偏重。因為各種汽油發(fā)動機稀燃方式的技術措施不完全一樣，甚至同一部發(fā)動機在不同的工況下稀燃方式也會

6、不完全一樣。有些著重缸內氣流運動及燃油分布的配合，重點在分層燃燒。有些著重加大點火能量、增快火焰?zhèn)鞑ニ俣群涂s短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，重點在高能點火。汽車汽油發(fā)動機實現稀燃的關鍵技術第9頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二是Honda第一款實現了65：1超稀薄燃燒的直噴式汽油發(fā)動機 ；OHC i-VTEC融合了Honda獨創(chuàng)的直噴技術新一代環(huán)保、運動型發(fā)動機 ；所謂直噴發(fā)動機是指向氣缸內直接噴射燃油的發(fā)動機。一般情況下，發(fā)動機是在進氣管內噴出燃料，將空氣和燃油的混合氣體吸入氣缸內。直噴發(fā)動機則是先吸入空氣，然后將燃油直接噴射進壓縮后的空氣中，進行燃燒。直噴發(fā)動機使稀薄燃燒成為可能，

7、為降低油耗做出了貢獻。 汽油發(fā)動機2.0L i-VTEC I發(fā)動機Honda本田的缸內直噴汽油機介紹第10頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二2.0L DOHC i-VTEC I 激動人心的爽快行駛與低油耗、清潔等高環(huán)保性能并存。Honda通過獨創(chuàng)的“VTEC”（可變氣門正時和升程）系統(tǒng)，以及“VTC”（連續(xù)可變氣門正時控制）系統(tǒng)與“VTEC”相配合而成的高智能“i-VTEC”系統(tǒng)等先進的發(fā)動機技術，不斷向運動性能和環(huán)保性能的并存發(fā)起挑戰(zhàn)。 第11頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二i-VTEC ICG 2003年，通過融合動力性能優(yōu)異的DOHC i

8、-VTEC發(fā)動機所獨有的中心噴射系統(tǒng)，Honda開發(fā)出了首個汽油直噴發(fā)動機“2.0L DOHC i-VTEC I發(fā)動機”，實現了低油耗、清潔尾氣排放，以及高功率性能的高度結合，新一代清潔運動型發(fā)動機面世。 第12頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二 模槽活塞部 新開發(fā)的氣缸內直噴式汽油發(fā)動機“DOHC i-VTEC I”，采用了VTEC發(fā)動機的高度智能化版本，可停止氣門動作，并通過VTC對氣門進行最佳控制的“i-VTEC”系統(tǒng)，另外還采用了 Honda獨創(chuàng)的中心噴射式的氣缸內直噴系統(tǒng)，更融合了活塞上具有獨特凹槽的模槽活塞等新技術。通過這些技術，實現了空燃比（空氣/燃料的重

9、量比率）65：1的超稀薄燃燒，這遠遠高于以往包括EGR（廢氣再循環(huán)）直噴發(fā)動機在內的40:1的空燃比，在實現動感行駛的同時達到了低油耗。同時這款超稀薄燃燒直噴發(fā)動機通過高精度EGR氣門的燃燒控制系統(tǒng)，及新開發(fā)的高性能觸媒的應用，達到了“比2010年尾氣排放標準降低50%”的排放水平。 第13頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二DOHC i-VTEC I采用的主要技術從直觀上看，該系統(tǒng)與以往的汽油直噴發(fā)動機的區(qū)別就在于，以往的發(fā)動機是從氣缸斜上方噴射，該系統(tǒng)是在氣缸中央安裝一個噴射器，垂直向活塞噴射燃料。為了預防燃料粘在氣缸側壁，同時不改變活塞位置，使燃料能經常朝著活塞上面

10、的凹槽噴射，將噴射時間設定為自由噴射，實現了最佳噴射。模槽活塞的中心具有獨自的凹槽，通過在中心噴射器正下方開設凹槽來產生高濃度的混合氣體。進而與i-VTEC獨有的VTEC一氣門休止所帶來的強渦流（旋回流動）效果相呼應，使各種行駛狀況下都可在氣缸內產生理想的混合氣體，實現了空燃比65：1的超級稀薄燃燒，遠遠超出了以往直噴發(fā)動機40：1的空燃比。 第14頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二Honda獨創(chuàng)的高智能氣門控制技術“i-VTEC” “VTEC（可変氣門正時和升程系統(tǒng)）”與根據行駛狀況連續(xù)調整進氣門開閉時機的最佳控制系統(tǒng)“VTC（連續(xù)可變氣門正時控制系統(tǒng)）”相配合。實現

11、了高效進氣及快速燃燒，使輸出扭矩、節(jié)能、清潔性達到高度統(tǒng)一。造就了新一代清潔運動型發(fā)動機，令人體驗到以往直噴發(fā)動機所無法帶來的行駛樂趣。 第15頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二2次平衡器結構 配合DOHC i-VTEC I 發(fā)動機的特性，采用專用鏈條的2次平衡器，并對發(fā)動機支架橡膠進行了專門改良。從空轉到高速運行，均能給人帶來舒適愉快的駕馭心情，實現了高度的靜音性能。 第16頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二汽油發(fā)動機1.8L i-VTEC發(fā)動機Honda進一步改進其獨創(chuàng)的VTEC(可變氣門正時和升程)系統(tǒng)，這款新開發(fā)的i-VTEC發(fā)動機，當車

12、輛處于低負荷運轉狀態(tài)時，能夠延緩進氣門的關閉時機。在控制氣門的同時，利用DBW（電子線控系統(tǒng)）對節(jié)流閥進行最佳控制的可變進氣量控制功能可以大幅度地降低由于進氣阻力所產生的能量損失(泵氣損失)，提高能效，并大幅度提升了車輛巡航行駛時的節(jié)油性能。進氣效率和壓縮比的提高，使發(fā)動機的輸出功率達103kW（140PS），扭矩達174Nm（17.7kgm），徹底降低摩擦和高精度的空燃比控制，使油耗水平達到17.0km/L（5AT款，10.15工況），這比日本國內2010年度油耗標準還要低5%。尾氣排放水平比日本國內2005年度排放標準還要低75%，并取得了日本國土交通省的認定。 第17頁，共21頁，202

13、2年，5月20日，20點36分，星期二1.8L i-VTEC發(fā)動機第18頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二1.8L i-VTEC發(fā)動機定速巡航行駛時氣門開關時機的切換條件：車速: 10 km/h以上 發(fā)動機轉速:1000-3500轉 檔位:3檔以上 新款1.8L i-VTEC發(fā)動機，同時具備強勁行駛性能及巡航行駛時無與倫比的低燃耗性能，以及卓越的清潔環(huán)保性能，通過切換進氣門的關閉時機，全方位地實現了高能效。 第19頁，共21頁，2022年，5月20日，20點36分，星期二1.8L i-VTEC發(fā)動機控制方案系統(tǒng)根據車輛所處的不同行駛狀況，利用DBW電子線控系統(tǒng)對節(jié)流閥進

14、行控制，對兩個進氣門其中一個的關閉時機進行管理，當車輛處于巡航行駛等低負荷狀態(tài)時，控制減少泵氣損失，當車輛處于起步、加速等需要高輸出功率和大扭矩時，通過控制使進氣效率最大化。這樣，當車輛在低負荷行駛時，由于泵氣損失導致能效惡化的情況得到大幅度改善，由此實現了高扭矩的強勁行駛，同時達到了1.8升汽油發(fā)動機全球最低的油耗水平。特別是在定速巡航行駛時，其燃油經濟性能與1.5升汽油發(fā)動機基本相同。通過延緩進氣門的關閉時機，降低泵氣損失，降低定速巡航行駛時的油耗。 延緩進氣門的關閉時機，使其在壓縮行程開始一段時間之后關閉，讓吸入氣缸內的一部分混合氣體重新返回進氣管中。這樣，即使不關小節(jié)流閥，也可以限制進氣量。進氣阻力的降低，最高可以減少16%的泵氣損耗，從而