（缸内直喷技术的研究与应用）

公司开发的方案采取这样的燃烧系统。

今后研究开发方向现在技术尚处于逐步成熟时期，各种问题的出现是必然的，但的研究定要在确保动力性能的基础上尽可能的节能减排。

而从当前的形式来看低碳问题又是重中之重。

降低排放的技术稀燃催化器稀燃催化器的开发将直接影响到汽油机排放问题的解决。

目前开发的有稀燃催化还原型催化器搜捕型等。

但这些催化器都不同程度的存在转化率低工作温度范围窄控制复杂性能不如传统的三元催化器等问题，还需深入研究。

日本三菱公司采用稀燃催化剂加三元催化剂的技术如图，可以达到美国加州排放标准。

废气再循环废气再循环是通过降低缸内最高燃烧温度及氧气的相对浓度从而降低排放的种有效方法。

在汽油机中，因稀燃使缸内富余氧气较多，可实用较高的比率而不会使燃烧恶化。

如果将再循环废气与可燃混合气进行分层，减少废气与可燃混合气的掺混，保证点火时刻火花塞附近有适于着火的混合气，避免废气靠近火花塞，能大大提高比率，从而大大降低排放。

采用电控可以精确控制比率，能较好地解决发动机的动力性和经济性与排放之间的协调问题。

图三菱汽车公司稀燃催化器和二次燃烧系统二次燃烧技术二次燃烧是指在进行正常分层燃烧的怠速运转时，除了在压缩行程后期喷油外，在膨胀行程后期再次喷入少量燃油，在缸内高温高压气体的作用下点火燃烧并使排气温度提高。

三菱汽车公司采用二次燃烧和反应式排气管技术，较好地降低和排放。

通常，起动后怠速状态下的排气温度为左右，使用二次燃烧可使排气温度上升到。

这样可大大加快催化剂开始工作的时间。

反应式排气管可使发动机的排气在排气管中滞留，激活与空气的反应，并使膨胀行程后期的二次燃烧反应在排气管中继续迸行，从而加速激活催化剂，使排放降低。

二次混合技术二次混合技术是指在进气行程中先喷入所需燃料的，形成极稀的匀质混合气。

在压缩行程后期再次喷人剩余燃料，形成分层混合气。

在火花塞点火前，缸内混合气形成超稀均质混合气和较浓的分层混合气。

火花塞点火时，首先在浓混合气处形成较强的火焰，迅速向稀混合气空间传播，因火焰较强，稀混合气易点燃。

稀混合气的燃烧又会反射，促进浓混合气再次燃烧，使燃料充分燃烧，减少了积炭的产生。

均质混合压燃技术分层稀燃发动机的混合气不均匀，会在燃料较稀的高温区产生，而在混合气较浓的区域易产生碳烟。

在均质混合稀薄燃烧过程中运动至火花塞间隙处，形成较浓混合气，实现分层稀薄燃烧。

发动机在大负荷工况下时，通过增加第次喷油量及减小第二次喷油量并调节喷油时刻，可在缸内形成较为均匀的混合气，实现均质燃烧。

两次喷油电控系统设计为实现发动机两次燃油喷射的要求，设计了套基于两次喷射的喷油电控系统。

所要控制的四个喷油参数分别是第次喷油时刻距进气上止点角度及喷油脉宽第二次喷油时刻距进气下止点角度及喷油脉宽。

电控系统硬件及软件设计介绍如下。

硬件设计喷油电控系统硬件主要元件包括旋转编码器喷油控制喷油驱动模块喷油器监控。

图为喷油电控系统构成示意图。

图发动机燃油喷射系统旋转编码器其连接轴与油泵轴相连，可产生三路脉冲信号。

路为油泵轴旋转周输出个脉冲的同步信号与上止点位置恒差固定角度，记为同步信号与上止点偏差，用来作为上止点基准信号。

另两路为油泵轴旋转周输出个脉冲的转角信号，用来确定曲轴转角位置。

喷油控制为系统的主要设计元件，包括转换器电压转化电路整形电路输入电路及输出电路，构成框图见图。

工作原理如下输入电路用于将给定的喷油时刻和喷油量转换成电压值，输出至转换器。

转换器中的路用来接收第次和第二次喷油时刻喷油脉宽转换成的电压值，第路接收同步信号与上止点偏差。

开启转换器，将模拟量电压值处理成数字信号输入，同时同步信号和转角信号经整形电路处理为方波信号，输入进行数据处理。

采用微控制器，将输入的同步信号和转角信号与经处理给定输入量喷油时刻和喷油脉宽进行计算比较，产生喷油信号并经输出电路转换成驱动模块所需信号驱动喷油器喷油。

喷油器及喷油驱动模块喷油器采用的是国外发动机上常用的高压旋流式喷油器，并采用了电流驱动型喷油驱动模块。

监测分上位机和下位机两部分，主要用来监控系统的正常运行，并采集发动机性能参数。

下位机采用数据采集卡采集稳态和瞬态信号。

在本系统中，其中五路稳态信号接口用来监测第二次喷油时刻喷油脉宽以及同步信号至上止点偏差信号，瞬态信号接口采集喷油信号缸压信号及其它需要采集的信号。

上位机则安装相应的软件来实现对信号的采集以及监测。

图电控系统结构图软件设计电控喷油系统的软件使用汇编语言开发，以产生输入喷油驱动模块的喷油信号。

程序包括主程序中断服务程序和定时器溢出程序。

中断引脚外接同步和转角信号，中断服务程序通过软件计数器累加转角信号脉冲个数来确定曲轴转角。

主程序其流程见图主要是对两次喷油时刻和喷油脉宽进行数据处理，并通过软件计数器与曲轴转角进行比较，逐次判断是否为二缸第二次喷油时刻，并控制喷油开启。

定时器溢出程序则用来控制喷油关闭。

图主程序流程图结论由于条件有限，未能进行实验验证，查阅相关资料可以得出以下结论论上是均匀混合气完全压燃自燃无火焰传播过程，这样可以阻止和微粒的生成，同时能够实现较高的燃油经济性。

均质压燃汽油机解决了汽油机指示热效率低的问题，空燃比不再受混合气点燃和火焰传播的限制，同时，压缩比也不受到爆燃的限制，因而，热效率大幅度提高。

由于均质压燃汽油机可以在稀薄混合气中进行燃烧，的生成得到抑制，减轻了尾气处理的压力。

理论上燃烧可以不需要任何后处理装置即可达到欧Ⅵ或更加严格的排放法规。

但是，燃烧的实现需要解决两个问题，是在各种变动的工况和环境条件下可靠地工作，二是整个运行工况的平均热效率必须足够高，以弥补采用均质压燃造成的汽油机成本提高的补偿。

二次喷射控制系统设计为节能和减少排放，采用分层稀薄燃烧技术的缸内直喷汽油机简称引起了广泛关注。

与传统的进气道喷射式汽油机相比，缸内直喷汽油机在改善燃油经济性方面具有明显的优势，而且动力性也可超过发动机。

缸内直喷汽油机直接将燃油喷射到气缸中，通过改变喷入气缸的油量来控制发动机负荷。

这种质调节方式使得发动机在中小负荷工况时不需使用节气门来限制油量，大大减少了发动机在换气过程中的泵气损失。

研究表明，般部分负荷采用分层稀薄燃烧模式的发动机在动力输出比进气道喷射的汽油机增加将近的基础上，燃油经济性可改善左右。

目前国外开发较完善的产品，均采用远距离输送方式，即火花塞布置离喷油器较远，油束直接喷向具有定形状凹坑的活塞顶部，通过气流和燃烧室壁面的引导作用形成分层混合气。

这种燃烧系统不仅要利用进气滚流配合，并且需要采用优化设计的活塞顶曲面形状来实现合理的分层结构。

本次设计的缸内直喷汽油机采用两次燃油喷射技术来控制缸内混合气的形成分层混合气。

这种燃烧系统不仅要利用进气滚流配合，并且需要采用优化设计的活塞顶曲面形状来实现合理分层结构。

设计的缸内直喷汽油机采用两次燃油喷射技术控制缸内混合气的形成和燃烧，以达到简化燃烧室设计的目的。

基于两次喷射的燃烧控制策略缸内两次燃油喷射是将每循环所需燃油分别在进气冲程和压缩冲程喷入气缸，比单进气冲程较早喷射或压缩冲程较晚喷射能更好地实现不同工况下对混合气的要求，可简化燃烧室设计，减低对气流运动的要求，且在工况过渡时能避免控制逻辑复杂的燃烧模式切换。

燃烧室活塞顶部设计为圆柱形凹坑，采用双侧置式结构布置喷油器和火花塞，通过精确计算，设计火花塞间隙与喷油嘴间距，避免火花塞沾湿和积碳问题。

利用两次燃油喷射系统，通过对两次喷油时刻及喷油脉宽的精确控制，在气缸内形成均质或分层稀薄混合气，以实现缸内直喷汽油机在各工况下对混合气的要求。

中小负荷工况下，调节第次喷油时刻控制喷油器在进气冲程进行喷油，由于采用高压旋流式喷嘴，燃油雾化较好，并且喷入时间较长，油雾在缸内气流运动作用下能更好的蒸发混合，形成均质稀薄的混合气。

压缩冲程进行第二次喷油，燃油主要集中在浅圆柱形活塞凹坑内，在进气涡流作用下泵散热器凤扇分水管和气缸体以及气缸盖里的水套。

其功用是把高热机件的热量散发到大气中去，以保证发动机正常工作。

润滑系统包括机油泵限压阀润滑油道集滤器机油滤清器和机油散热器等。

其功用是将润滑油供给摩擦件，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件，清洗摩擦表面。

起动系统包括使发动机的起动机构及其附属装置。

缸内直喷技术简介简介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，所以希望喷油嘴能够直接将燃油喷入汽缸。

在年到年各汽车厂商采用的发动机科技中，最炙手可热的技术非缸内直喷莫属。

这技术是用来改善传统汽油发动机供油方式的不足而研制的缸内直接喷射技术，先进的直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过个活塞泵提供所需的以上的压力，将汽油提供给位于汽缸内的电磁喷射器。

然后通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室，其控制的精确度接近毫秒，其关键是考虑喷射器的安装，必须在汽缸上部留给其定的空间。

由于汽缸顶部已经布置了火花塞和多个气门，已经相当紧凑，所以将其布置在靠近进气门侧。

由于喷射器的加入导致了对设计和制造的要求都相当的高，如果布置不合理制造精度达不到要求导致刚度不足甚至漏气只能得不偿失。

应用上世纪年代，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。

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，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发动机机型。

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。

随后，装备了发动机的中级轿车投放到西欧市场。

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

实验表明，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。

年，奥迪公司研发了轴驱动，将低压油泵送来的压力约的燃油压力增高到，并送往蓄压燃油轨，充满各缸喷油器的油腔。

当令喷油器的电磁线圈通电使针阀打开时，汽油就通过喷嘴喷人气缸。

直喷式汽油机供油系统油路见图。

图直喷式汽油机供油系统油