大四論文,求<發動機超稀薄燃燒技術研究>論文

淮 陰 工 學 院 畢業設計(論文)開題報告學 生 姓 名： 專 業： 劉洋 學 號： 1071507216 汽車服務工程 汽車超稀薄燃燒技術研究 設計(論文 題目 設計 論文)題目： 論文 指 導 教 師: 嚴桃平 2010 年 12 月 3 日 畢 業 設 計（論 文）開 題 報 告 1．結合畢業設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000 字左右的文獻綜述 文 獻 綜 述課題來源及研究 研究目的 壹、 課題來源及研究目的 盡管多年來，石油的開采局面大體保持穩定。但是，石油作為不可再生資源終究要 面臨枯竭之日，因此世界各國壹方面在提高內燃機的燃油經濟性，另壹方面積極開發內 燃機代用燃料及電動汽車。在我國，內燃機消耗了石油資源的 45%，柴油的 75%，汽油 的 60%以上。當前，提高燃油經濟性的意義是非常重大的。另外，發動機的有害排放物 和噪聲也危害著環境和人體健康。為了改善轎車發動機的經濟性，汽油機采用稀薄燃燒 甚至是采用超稀薄燃燒已經成為各個轎車發動機生產廠家的重要手段。 在傳統的汽車發動機上,為了保證發動機穩定可靠地運轉,汽油機正常工作時,其所 用混合氣成分的空燃比應在 12-18 範圍內調節。 超稀薄燃燒是空燃比大於 20∶1 的混合 氣的燃燒過程， 它可以使燃料的燃燒更加完全.燃用稀混合氣,由於其燃燒後最高溫度降 低,壹方面使通過氣缸壁的傳熱損失較小,另壹方面燃燒產物的離解現象減少,使熱效率 也得以提高.從另壹角度分析,采用稀混合氣,由於氣缸內壓力、溫度低,不易發生爆震, 則可以提高壓縮比,增大混合氣的膨脹比和溫度,減少燃燒室廢氣殘余留量,因而可以提 高燃油的能量利用效率.在采用稀混合氣的同時,輔以相應的排放控制措施,汽油機的有 害排放物 CO,HC,NOX,CO2 將大大地減少,且稀燃時燃燒室內的主要成分 O2 和 N2 的比熱 較小,多變指數 K 較高,因而發動機的熱效率高,燃油經濟性好. 二、國內外課題研究情況 國內外課題研究情況 課題 車用發動機稀薄燃燒包括缸外噴射稀燃系統(PFI)、直接噴射稀燃系統(GDI)和均 質混合氣壓燃系統(HCCI). 1 缸外噴射稀燃系統(PFI) 缸外噴射稀燃系統(PFI) 進氣道噴射稀燃系統根據進氣流在氣缸內的流動形式不同,可分為渦流分層和滾流 分層兩種 1.1 渦流分層稀燃系統 這種稀燃發動機的代表是豐田公司的進氣道噴射第三代稀燃系統,本田公司的 VTCE —E 以及馬自達公司的稀燃系統.豐田第三代稀燃系統和馬自達稀燃系統的***同特 畢 業 設 計（論 文）開 題 報 告點是都采用渦流控制閥(SCV)來調節渦流的強度,在低負荷時,SCV 關閉獲得強的渦流;在 高負荷時,SCV 打開獲得斜軸渦流,促進燃油與空氣的混合. 1.2 滾流分層稀燃系統 日本三菱汽車公司利用進氣道噴射燃油先後成功地在 3 氣門和 4 氣門發動機上實現 了缸內滾流分層稀燃(MVV)系統.後來,三菱公司研制出了適用於 4 氣門發動機的滾流分 層稀燃系統,在 4 氣門汽油機的進氣道內對稱布置兩個立式隔板,在兩個隔板之間噴油, 使混合氣在缸內滾流軸線方向上形成稀———濃———稀的夾層分布,這樣可以充分發 揮火花塞中心布置的優勢. PFI 發動機的限制是 20%噴嘴裝在氣缸蓋上進氣門的背面,80%安裝在進氣歧管上靠 近氣缸蓋位置,在發動機起動時,會在進氣門附近形成瞬時的液態油膜,這些燃油會在每 次進氣過程逐漸蒸發進入氣缸燃燒。冷機起動時由於燃油蒸發困難,使得實際供油量遠 大於需求空燃比的供油量,顯著加大發動機未燃 HC 排放。 PFI 發動機的另壹限制是中、小負荷時采用節氣門來控制負荷,存在節流損失,GDI 發動機在中、小負荷時采用分層充氣工作模式,通過控制噴入氣缸的油量來控制發動機 的負荷,不采用節氣門可以降低泵氣損失和熱損失。 2 直接噴射稀燃系統(GDI) 直接噴射稀燃系統(GDI) 進氣道噴射汽油機在不采用助燃方法組織稀燃時,其空燃比超過 27∶1 非常困難.但 直接噴射稀燃系統超過這壹界限卻非常容易.與缸外進氣道噴射稀燃汽油機相比,缸內 噴射稀燃汽油機具有泵氣損失小、傳熱損失小、充氣效率高、抗爆性好及動態響應快等 特點. 早期的 GDI 汽油機是利用與柴油機壹樣的泵壹管壹嘴供油系統來達到遲噴的目 的，其燃油是在壓縮行程後期噴入氣缸，依靠進氣渦流或滾流實現混合氣分層。 對於汽油機缸內直噴的工作方式,20 世紀 50 年代德國的 Benz300SL 車型和 60 年代 MAN—FM 系統,70 年代美國 Texaco 的 TCCS 系統和 Ford 的 PROCO 系統就曾經采用過。 這 些早期技術大多基於每缸 2 氣門和碗形活塞燃燒室,利用柴油機的機械泵和噴油器實現 後噴。 這些早期的 GDI 發動機在大部分負荷範圍實現了無節氣門控制並且燃油經濟性接 近非直噴柴油機。其主要缺點是由於采用機械式供油系統,各負荷甚至全負荷時後噴時 刻是固定的,燃燒煙度限制了空燃比不能超過 20∶1。 20世紀90年代以後,由於發動機制造技術的迅速提高,采用先進的電子控制技術,解 畢 業 設 計（論 文）開 題 報 告決了早期直噴發動機的控制和排放等方面的許多問題。 新技術和電子控制策略的發展使 得許多發動機制造企業重新考慮 GDI 發動機的潛在優點。 1996 年日本三菱汽車公司率先 推出 1.8 L 頂置雙凸輪軸 16 氣門 4G93 壁面引導型直噴發動機;豐田公司開發出了同時 采用 GDI 和 PFI 兩套供油系統的 2GR—FSE V6 發動機;通用公司 2004 年開發出了采用可 變氣門定時(VVT)技術的分層稀燃直噴發動機;寶馬公司在低壓均質混合氣直噴 GDI V12 發動機的基礎上,2006 年又開發出了可以實現分層稀燃的 R6 直噴發動機;德國大眾公司 2000 年底利用電子控制系統把與 TDI 柴油機相似的原理用在汽油機上,開發了壁面引導 型燃油分層直噴(FSI)發動機, 並用於 Lupo 車上,其 100 km 的平均油耗只有 4.9 L,成為 世界上第壹輛 5 L 汽油機汽車;2004 年奧迪公司開始將其 2.0T—FSI 燃油分層直接噴射 增壓汽油機推向市場。 3 均質混合氣壓燃系統(HCCI) 均質混合氣壓燃系統(HCCI) HCCI 是壹種以往復式汽油機為基礎的壹種新型燃燒模式， 簡單來說就是汽油機的壹 種壓燃方式。這項技術在 90 年代初已經被提出並開始實驗，但是當時電子控制技術沒 有現在成熟，所以這項技術直到現在才被大眾所知。早在 20 世紀 30 年代，人們就認識 到均質混合氣壓縮自燃的燃燒方式在汽油機上存在， 但它壹直被認為是壹種異常燃燒現 象而被抑制。在二沖程發動機上真正有意識應用 HCCI 燃燒始於 1979 年 On-ishi 和 Nouchi 的研究。 近幾年， Aoyam 等人研究了汽油和代用燃料 HCCI 燃燒控制的方法， Mase 等人研究了柴油 HCCI 燃燒的控制方法。這些工作深化了對 HCCI 燃燒認識，為 HCCI 的 燃燒控制提供了經驗。 裝備 HCCI 技術的發動機的技術結構比壹般發動機要復雜，當汽油機的壓縮沖程快 結束時，汽油通過直噴油咀噴進汽缸，HCCI 發動機壓縮比比普通的汽油機高， ，可以采 用相當稀薄的混合氣， 因此可以按照變質調節的方式， 直接通過調節噴油量來調節扭矩， 不需要節氣門。HCCI 發動機的燃燒溫度低，對燃燒室壁的傳熱很低，能夠減少輻射熱的 傳遞，還能大幅降低氮氧化合物的形成。另壹個特點是燃燒周期很短。因為燃燒過程主 要是受化學反應而不是受混合過程的支配，能夠使得燃燒周期比傳統的柴油機短。而且 它采用的燃油辛烷值允許在壹個廣闊的範圍內變動。可以采用汽油、天然氣、二甲醚等 辛烷值較高的燃油作為主要燃料，也可以采用多種燃料混合燃燒。還可以將對高辛烷值 畢 業 設 計（論 文）開 題 報 告燃料和低辛烷值燃料配比的調整， 用作在 HCCI 燃燒中控制燃燒起點和負荷範圍的方法。 但是裝備 HCCI 技術的發動機也存在這明顯的缺點， 比如在然燒時刻的控制上， HCCI 發動機靠汽缸的壓力和溫度自燃，油氣混合氣的密度，汽缸的溫度和壓力都需要進行精 確的檢測和控制，所以發動機的 ECU 管理程序也要進行相應的加強。由於 HCCI 的同時 壓燃和放熱，瞬時間汽缸和活塞會受到強大的壓力，有可能會產生爆震的現象，另外， 低排氣溫度對催化轉化器來說也是壹個問題，因為需要相當高的溫度才能起動氧化/還 原反應。 我國對於稀薄燃燒系統的研究旱在 20 世紀 50 年代末 60 年代初就已開始，但由於 我國電控技術落後，以至於該系統僅僅停留於理論研究階段。到了 20 世紀 80 年代初， 天津大學汽油機射流技術首次在化油器式汽油機上應用， 但該技術也僅僅使空燃比最高 控制到 18. 5,目_該技術由於鑄造精度要求較高，在國內很難得到推廣。 目前,引進的大眾 FSI 發動機是我國唯壹量產的 GDI 發動機。缸內直噴技術對汽油 的油品質量是個嚴格考驗,正是基於這個原因,大眾在中國的 FSI 發動機上取消了分層燃 燒技術,只保留了均勻燃燒模式。 國內外的公司和研究機構也都在積極地開發設計新型直噴發動機,如 AVL 公司正在 開發基於噴射引導和激光點火系統的新壹代分層稀燃直噴發動機技術。目前,國內壹汽 集團、華晨、奇瑞、長安和吉利等汽車企業聯合高校正在開發理論空燃比混合氣或多種 燃燒模式相結合的 GDI 發動機。 發動機具有柴油機的經濟性並保持了汽油機的特點, GDI 相對於技術成熟的 PFI 發動機具有顯著優點,但是排放、燃燒穩定性等方面的問題限制 了其普遍應用,目前,GDI 技術完全替代 PFI 技術仍然存在壹些技術挑戰，如排放控制、 穩定燃燒控制、燃油經濟性、性能和可靠性、控制復雜性。 畢 業 設 計（論 文）開 題 報 告參考文獻 1 2 顧如龍譯.低燃油耗高性能/氣門稀燃汽油機的研制.國外內燃機，1995（1） 陸 展 華 .GDI 發 動 機 及 其 稀 燃 優 化 技 術 . 柴 油 機 · Diesel Engine,2003,(6):36-41. 3 王燕軍,王建昕,首藤登誌夫,等.汽油機稀薄燃燒研究的新進展———從 gdi 到 hcci.汽車技術,2002,(8):1-5. 4 蔣堅,高希彥.汽油缸內直噴式技術的研究與應用.內燃機工程,2003,(5):39-44. 5 王誌,張誌福,楊俊偉,等.均質壓燃發動機研究開發新進展.車用發動機, 2007(3):1-7. 6 高宗英,袁銀南,劉勝吉等·缸內直接噴射———未來車用汽油機的發展方向·國 外內燃機,2000,(1):24-36. 7 哀守利,杜傳進,顏伏伍,侯獻軍.車用汽油機實現稀薄燃燒的技術措施.車用發動 機, 2004.6(154) :1~4. 8 解茂昭.壹種新概念內燃機———基於多孔介質燃燒技術的超絕熱發動機.熱科 學與技術,2003 .9 (2):189~194. 9 鄭勝敏.汽油機稀薄燃燒技術發展分析.城市車輛,2007-6 :46~55. 10 孫 慶 , 秦 松 濤 , 張 勇 . 汽 油 機 均 質 混 合 氣 壓 燃 燃 燒 (HCCI) 技 術 . 山 東 內 燃 機,2006 .1(91 ) :14~17. 畢 業 設 計（論 文）開 題 報 告 2．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑） 研究的問題： 研究的問題： （1） 分析國內汽車超稀薄燃燒的發展現狀及發展趨勢； （2） 闡述國內車用稀薄燃燒發動機技術發展對社會和經濟發展意義和作用； （3） 闡述超稀薄燃燒技術研究的必要性和意義； （4） 分析各種稀薄燃燒技術存在的問題； 研究手段： 研究手段：在老師的指導下，通過網上查閱資料以及圖書館借閱資料，分析思考，理清 思路，寫出論文提綱並完成論文。 畢 業 設 計（論 文）開 題 報 告指導教師意見： 指導教師意見 指導教師： 2010 年 12 月 3 日 所在專業審查意見： 負責人： 2010 年 12 月 3 日