缸内直喷电喷控制策略


缸内直喷技术介绍

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,所以理想状态就是喷油嘴能够直接将燃油喷入汽缸燃烧室——即缸内直喷。

缸内直喷就是将燃油喷嘴安装于气缸内,直接将燃油喷入气缸内与进气混合的一种燃油供给方式。同时缸内直喷的喷射压力也进一步提高,使燃油雾化更加细致,真正实现了精准地按比例控制喷油并与进气混合,并且消除了缸外喷射的缺点。同时,喷嘴位置、喷雾形状、进气气流控制,以及活塞顶形状等特别的设计,使油气能够在整个气缸内充分、均匀的混合,从而使燃油充分燃烧,能量转化效率更高。

缸内直喷

缸内直喷系统要求与特点

1.直立式进气管——产生下降大进气流,流速快,充气效果好。

2.顶面弯曲活塞——引导空气产生进气涡流和挤压高速旋转涡流,形成分层燃烧的可燃混合气。

3.高压燃油供给系统——缸内直喷系统需要高压力的燃油供给系统。高压油泵多为往复柱塞式,由凸轮轴驱动,使燃油轨道的油压不断堆积,产生5~5.5Mpa的喷射油压,经喷油器高速喷入气缸,提高了雾化质量,形成旋转的燃气涡流。

4.高压旋流式喷油器—电流驱动型的高压喷油器,由ECU控制脉冲电流的宽度,控制喷油量的多少,特殊的喷孔形状,向气缸内喷射出旋转的喷雾燃油,以便快速燃烧。完全摒弃了进气管沉积油膜的缺点。

5.压缩比提高至高达12~13:1;与同排量的普通发动机相比功率与扭矩均可提高10%。

6.空燃比 A/F达到30~40:1(一般汽油发动机的空燃比是14.7:1);也就是人们所说的“稀燃”状态,节油高达40%,极大的改善燃油经济性。

7.启动性能好——因为燃油直接喷入气缸内,无粘结损耗,又因火花塞处为高浓度混合气,发动机在1~2个循环,即可启动运转。

8.但是缸内直喷技术也有缺点,结构设计复杂,成本价格较贵是缸内直喷技术不可忽视的劣势所在。

低压空气辅助缸内直喷技术

低压空气辅助缸内直喷系统,也称作空气夹喷系统。主要包括空气压缩机、燃油供给系统、燃油喷嘴、空气喷嘴等。空气夹喷喷油系统的结构与喷射过程都比纯汽油喷射要复杂,不仅需要低压油轨为喷油器提供燃油,还需要空气压缩机通过一套空气管路源源不断地为喷油器提供压缩空气。
如图所示,空气喷嘴内部有一个混合腔,始终与压缩空气相通,使得腔内压力保持在 6.5bar左右。在进行缸内喷射之前,由燃油喷油嘴将定量的汽油喷入空气喷嘴内部的混合腔内,当需要将汽油喷入缸内时,开启空气喷嘴末端的电磁阀,此时压缩空气夹带汽油一起冲入气缸,从空气喷嘴喷出的高速气流的冲刷扰动作用使燃油破碎成细小的油滴,同时由高速气流与周围空气之间的速度差产生的涡旋加速燃油与空气的混合,从而达到良好的燃油雾化效果,油滴的平均粒径可达 7μm,满足缸内直喷汽油机对喷油雾化特性的要求。此外,实现了燃油计量与燃油喷射分开进行,有利于保证喷油器的流量特性和燃油计量的准确性,但增加了控制系统的复杂性。

低压空气辅助缸内直喷技术

缸内直喷技术发展现状

缸内直喷技术代表着传统汽油发动机的一个发展方向。鉴于汽油机缸内直喷技术的诸多优点,目前国外许多大型汽车公司以开展汽油机缸内直喷技术的开发工作。以达到两个目标:一是大幅度改善车用汽油机的燃油经济性;二是控制尾气污染物排放。国内也有一些科研机构已经开始的汽油机更内直喷技术的研究与开发工作。

缸内直喷发动机的技术现状:

1、燃油供给

当前缸内直喷发动机燃油供给系统的设计,为了达到分层稀薄燃烧所要求的喷雾质量和混合气效果,均采用了精度高、响应快的柔性电控方案。低压油泵把燃油从油箱输送到高压油泵,高压油泵将燃油增压到8Mpa左右,送至高压喷油器。

2、燃油喷射

缸内直喷发动机的燃油喷射模式可以分为两种,单阶段喷油模式和多阶段喷油模式。

单阶段喷油模式是指在中小负荷时,燃油在压缩行程后期喷入,实现混合气分层稀燃;多阶段喷射模式是指大负荷和全负荷时,。在进气行程中预先喷入所需要燃油的1/4,形成极稀的均质混合气,实现均质预燃和燃烧;其余燃油在压缩行程后期再次喷入,形成分层混合气。火花塞点火时,首先在浓混合气处形成较强的火焰,然后向稀混合气空间迅速传播。应用该技术可实现发动机从从小负荷到大负荷的平稳过渡,降低气缸内的气体温度,抑制爆燃的产生。

3、燃烧方式

要成功实现中小负荷时的分层稀燃和大负荷的均质预混,就需要进行燃油喷束、气流运动和燃烧室形状的优化合理匹配。已经开发的缸内直喷发动机燃烧方式,按照喷嘴、进气门和火花塞的相对位置以及混合气的组织形式有下面三种类型:

1)喷束引导法。喷油嘴靠近火花塞布置,火花塞位于燃油喷束的边缘,保证火花塞周围始终存在可供点燃的高浓度混合气。

2)壁面引导法。喷油嘴远离火花塞布置,利用特殊形状的活塞表面配合气流运动,将燃油蒸汽导向火花塞,并在火花塞间隙形成适度的混合气。

3)气流引导法。喷油嘴远离火花塞,利用缸内有组织的气流运动来达到上述目的。