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1、School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University 现代轿车技术 汽油机稀薄燃烧 与缸内直喷技术 上海交通大学内燃机研究所 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University 稀薄燃烧的背景 目前世界各国均面临着温室效应引发的全球气候 变暖，以及石油资源渐趋枯竭的双重压力。 将过量空气系数从1左右提高到且远超过1.1 的水平，可以降低发动机油耗并改善CO2排放，这就 是稀薄燃烧。过稀的混合气会给燃烧带来麻烦。主要 的问题有点燃困难、燃烧不稳定、催化
2、转化器的NOx 转化效率下降等问题。 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University 稀薄燃烧只是在部分负荷工况范围实行稀薄燃烧， 启动、怠速、加速和全负荷都不能实行稀薄燃烧。 几种典型的稀薄燃烧系统： 均质稀混合气燃烧：这种燃烧方式主要是通过提高 压缩比、改进点火系统以及加强混合气的紊流等来 实现的。有代表性的几种均质稀混合气燃烧系统有 梅型火球燃烧室、射流燃烧室等。 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University MAN燃烧系统 射流燃
3、烧室 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University 分层稀混合气燃烧 这种燃烧方式主要是通过控 制混合气的浓度分布来实现的，其在火花塞附近 混合气比较浓，空燃比约 为1213，保证可靠的 点火，在其余大部分区域混合气较稀，空燃比在 20以上。分层充气燃烧系统主要有三种： 1. 直喷式分层燃烧系统，如Texaco公司的TCCS、Ford公 司的PROCO及日本Satoshi Kato等人提出的OSKA 2. 分隔式燃烧室分层燃烧系统，如本田公司的CVCC 3. 轴向分层燃烧系统，如美国M. R. Showalter首
4、先提出充 量轴向分层的概念，随后A. A. Quader等人对轴向分层 充气发动机进行了进一步的研究。三菱公司则推出了基 于这一概念的4气门滚流分层发动机。天津大学提出的 在5气门发动机上采用进气道二次喷射亦很好地实现了 该方式的稀燃，并取得了较好的效果。 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University TCCS燃烧系统 本田CVCC燃烧系统 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University 混合燃烧 混合燃烧方式是将发动机分为高 负荷和低负
5、荷区，在低负荷区使用分层燃烧， 在高负荷区仍然利用常规燃烧。1995年三菱公 司研制成功的GDI发动机首次实现了混合燃烧。 三菱公司GDI发动机在低负荷区的空燃比达到 3040，高负荷区的空燃比为1314。 三菱的GDI燃烧系统 丰田的GDI燃烧系统 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University GDI燃烧系统通常可按主宰混合气生成的机理分成三类 1. 油束控制 锥型油束直接将燃油送往火花塞，在油 束控制的燃烧系统中，喷油器安置在气缸中央，火 花塞必须布置在喷油器附近，油束的空气利用率依 靠油束的穿透深度保证。油束
6、和火花塞相距太近， 可供混合气生成利用的时间太短，液态燃料会润湿 火花塞，缩短火花塞寿命。该系统未能投入批量生 产。 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University 2. 壁面控制燃烧系统 在壁面控制的燃烧系统中， 喷油器和火花塞相隔较远，喷油器将油束喷到活 塞凹坑中，然后油气流将燃油送往火花塞。为了 避免温度过高，喷油器不应布置在排气侧而应在 进气侧，活塞凹坑的开口也指向进气侧。 Schoo
7、l of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University 滚流与涡流（Tumble and Swirl） Tumble Swirl School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University 3. 气流控制燃烧系统 在气流控制的燃烧系统中， 利用轮廓分明的缸内气流与油束相互作用，在发 动机的大部分工况范围内都能实行恰当的充量分 层。 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University GDI（产品）
8、目标 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University GDI的两种工作模式 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University GDI空气流动 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University GDI中油束的扩散 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University 燃料经济性的改善 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University 增加充气效率 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University 增加压缩比 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University 功率变化