稀薄燃燒控制

1、南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-31稀薄燃燒控制安秋南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-32稀薄燃燒的背景 目前世界各國均面臨著溫室效應(yīng)引發(fā)的全球氣候變暖，以及石油資源漸趨枯竭的雙重壓力。 普遍采用閉環(huán)燃油噴射電子控制系統(tǒng)加三元催化裝置來解決排放污染問題，但這種方式是以犧牲燃油經(jīng)濟(jì)性為前提的。 將過量空氣系數(shù)從1左右提高到且遠(yuǎn)超過1.1的水平，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗并改善CO2排放，這就是稀薄燃燒稀薄燃燒。 過稀的混合氣會(huì)給燃燒帶來麻煩。主要的問題有點(diǎn)燃困難、燃燒不穩(wěn)定、催化轉(zhuǎn)化器的NOx轉(zhuǎn)化效率下降等問題。南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-33稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)熱效率隨空燃比增加而增加，與一般當(dāng)量比的發(fā)動(dòng)機(jī)相比

2、，熱效率能提高8%以上?？捎行Ы档团欧胖械腃O和HC，可有效抑制NOx產(chǎn)生所需的高溫條件。有利于改善發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷特性。南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-34稀薄燃燒的關(guān)鍵技術(shù)一、提高壓縮比 采用緊湊型燃燒室，通過進(jìn)氣口位置改進(jìn)使缸內(nèi)形成較強(qiáng)的空氣運(yùn)動(dòng)旋流，提高氣流速度；將火花塞置于燃燒室中央，縮短點(diǎn)火距離；提高壓縮比至13：1左右，促使燃燒速度加快。二、分層燃燒 采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內(nèi)空氣的運(yùn)動(dòng)在火花塞周圍形成易于點(diǎn)火的濃混合氣，混合比達(dá)到12：1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點(diǎn)燃后，燃燒迅速波及外層。三、高能點(diǎn)火 高能點(diǎn)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，

3、稀燃極限大。有些稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙火花塞或者多極火花塞裝置來達(dá)到上述目的。南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-35分層稀薄燃燒的分類分層燃燒系統(tǒng)從組織混合氣化層位置來看，v 進(jìn)氣管分層燃燒q渦流分層燃燒：軸向分層（縱向渦流）q滾流分層燃燒：繞垂直于軸線方向旋轉(zhuǎn)的旋流 （橫向渦流）v 缸內(nèi)直噴分層燃燒SwirlTumble南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-36渦流分層燃燒南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-37滾流分層燃燒南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-38進(jìn)氣管分層稀薄燃燒的電子控制稀薄燃燒只是在部分負(fù)荷工況范圍實(shí)行稀薄燃燒，啟動(dòng)、怠速、加速和全負(fù)荷都不能實(shí)行稀薄燃燒。與稀薄燃燒相關(guān)的控制包括v 進(jìn)氣渦流比的控制q切向進(jìn)

4、氣道與中性進(jìn)氣道q渦流控制閥（控制渦流比）v 噴油正時(shí)的控制q在穩(wěn)定燃燒的稀薄極限前提下，應(yīng)適當(dāng)增加噴油正時(shí)v 點(diǎn)火正時(shí)的控制q混合氣變稀，增加點(diǎn)火正時(shí)q空氣擾流增加，減小點(diǎn)火正時(shí)v 閉環(huán)控制q為0.8-2.5v 稀燃極限控制(壓力波動(dòng)值)南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-39缸內(nèi)直噴分層稀薄燃燒的電子控制缸內(nèi)直噴技術(shù)v 優(yōu)點(diǎn)：有效提高缸內(nèi)充氣系數(shù)，降低爆震極限，提高壓縮比，改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能，使其燃油經(jīng)濟(jì)性提高25%左右，動(dòng)力輸出也比進(jìn)氣管噴射的汽油機(jī)增加了將近10%。v 關(guān)鍵技術(shù)：產(chǎn)生與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)不同的缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過技術(shù)手段使噴射入氣缸的汽油與空氣形成一種多層次的旋轉(zhuǎn)渦流。v 技術(shù)手段：立式

5、吸氣口、彎曲頂面活塞、高壓旋轉(zhuǎn)噴射器南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-310GDI的兩種燃燒模式分層稀燃模式v 在中小負(fù)荷時(shí)，通過在壓縮行程后期壓縮行程后期噴油和燃燒系統(tǒng)的合理配合實(shí)現(xiàn)分層燃燒，并采用質(zhì)調(diào)節(jié)以避免節(jié)流閥的節(jié)流損失，以達(dá)到與柴油機(jī)相當(dāng)?shù)娜加徒?jīng)濟(jì)性。v 分段噴油：在進(jìn)氣早期開始噴油，使燃油在氣缸內(nèi)均勻分布，在進(jìn)氣后期再次噴油，最終在火花塞附近形成較濃的可燃混合氣。均質(zhì)稀燃模式v 在大負(fù)荷和全負(fù)荷工況下，通過較早地把燃油在進(jìn)氣行程中進(jìn)氣行程中噴入氣缸，以此保證點(diǎn)火時(shí)刻形成預(yù)混燃燒的均質(zhì)混合氣，以保持汽油機(jī)升功率高的優(yōu)點(diǎn)。南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-311豐田D-4缸內(nèi)直噴系統(tǒng)采用電控渦流閥

6、（ESCV），形成斜向進(jìn)氣渦流。半球屋頂形的燃燒室、彎曲頂面的活塞與進(jìn)氣渦流旋向及高精度的噴油正時(shí)，在火花塞形成易于點(diǎn)燃的混合氣。噴油器為高壓旋流式（8MPa13MPa），霧化性能好，霧滴直徑小于5m，抑制燃燒可能產(chǎn)生的黑煙。采用電控EGR系統(tǒng)，有利于排氣中有NOx進(jìn)行轉(zhuǎn)化?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)不同的工況范圍采用不同的燃燒方式。v 低速和部分負(fù)荷：分層燃燒模式v 高速和大負(fù)荷或全負(fù)荷：均質(zhì)燃燒模式v 其他：組合南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-312豐田D-4缸內(nèi)直噴系統(tǒng)D-4稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-313三菱4G系列缸內(nèi)直噴系統(tǒng)比較著名的三菱缸內(nèi)噴注汽油機(jī)（GDI），可令混合比達(dá)到40:

7、1。它采用立式吸氣口立式吸氣口方式，從氣缸蓋的上方吸氣的獨(dú)特方式產(chǎn)生強(qiáng)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(qiáng)并在氣缸內(nèi)形成縱向渦旋轉(zhuǎn)流。在高壓旋轉(zhuǎn)噴注高壓旋轉(zhuǎn)噴注器器的作用下，壓縮過程后期壓縮過程后期被直接噴注進(jìn)氣缸內(nèi)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(kuò)散而是氣化。這種混和氣被縱向渦旋轉(zhuǎn)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(xiàn)從濃厚到稀薄的層狀分布層狀分布，因此能保證點(diǎn)火并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-314三菱4G系列缸內(nèi)直噴系統(tǒng)三菱公司GDI發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-315BOSCH的汽油直接噴射系統(tǒng)MED-7南農(nóng)大工學(xué)院 2022-3-316主要控制內(nèi)容GDI的電子控制模式：根據(jù)不同工況采取不同的控制模式v 在低速、低負(fù)荷工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)采用推遲點(diǎn)火、分層燃燒的控制模式v 在高速、大負(fù)荷工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)采用提前噴油，均質(zhì)燃燒的控制模式轉(zhuǎn)矩的控制v 在低工況區(qū)域，分層燃燒模式，節(jié)氣門全開，質(zhì)調(diào)節(jié)方式控制轉(zhuǎn)矩v 在高工況區(qū)域，均質(zhì)燃燒模式，通過調(diào)整節(jié)氣門開度的量調(diào)節(jié)方式控制轉(zhuǎn)矩噴油正時(shí)的控制v 低工況時(shí)，分層燃燒，油束集中，霧化