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大众EA111和EA112系列1.4L燃油分层直喷式汽油机(三)
来源:本站整理  作者:佚名  2013-01-14 09:02:09

3.燃烧过程

    1.4 L-TSI汽油机缸径为76.5 mm,行程为75.6 mm,具有一个十分紧凑的燃烧=室,汽缸盖一侧呈屋顶形,火花塞中央布置、活塞顶上有一个浅而宽大的凹坑。这种燃烧室的基本几何形状具有最佳抗爆性,即使增压压力高达0.25MPa也能采用10:1的压缩比,从而获得超群的发动机性能指标:①平均有效压力为2.16 MPa;②比扭矩为172.6 Nm/L;③比功率为90 kW/L。

 

    1 .4L-TSI汽油机采用充量运动滚流阀。该阀位于进气道下部,工作时将进气道流通截面关闭50%,其产生的充量运动滚流强度适合于在发动机整个万有特性场范围内获得最佳的燃烧速度。从大约2800r/min转速起滚流阀完全打开,进气道获得全部的流通横截面,两个进气道设计成能随转速的升高不断优化流动而得到高的汽缸充气量,从而实现125kW的目标功率。

 

    1.4L-TSI汽油机为了加热催化转化器,采用了两次喷油策略,即在进气行程期间第一次较早的喷油和在点火上止点前(大约50°曲轴转角)第二次较晚的喷油。在确保发动机具有良好的运转平稳性的情况下,为了获得尽可能大的废气热流所必需的极其晚的点火角,对空气运动参数、活塞顶燃烧室凹坑几何形状和高压喷油器油束形状进行精确地匹配是+分重要的(见图50)。同时,在发动机均质运行时,对活塞顶燃烧室凹坑设计提出了彼此相互矛盾的要求,即为了减少全负荷时活塞的热侵入和避免形成HC温床而要求活塞顶面积尽可能小,从而产生很多可能的活塞顶几何形状。根据计算流体动力学(CFD)模拟结果,从中挑选出几种最有希望的方案,并在发动机试验台架上进行比较,这样就能大大减少燃烧过程开发中发动机试验的工作量。

 

    1.4L-TSI汽油机第一次采用了具有6个喷孔的多孔式喷油器(见图51)。与自然吸气的FSI汽油机一样,该喷油器布置在进气道与汽缸盖密封平面之间的进气道一侧。这种6孔高压喷油器的单个油束几乎可以自由选择布置形式,能够形成不同于传统旋流式喷油器的油束形状,并避免了进气行程早期喷油沾湿已打开的进气门,有利于空气一燃油混合汽更好地均质化,从而减少日C的排放和循环波动。

 

    从大众公司自制的压力罐拍摄的雾化油束照片可以清楚地看出,无论在侧视图还是正视图上,这种6孔高压喷油器形成的是单个油束。由于喷孔独特的几何形状,成功地减小了油束的贯穿度,能够有效地避免燃油沾湿燃烧室表面,有利于降低发动机冷态时的原始排放。

 

    此外,在使用加热催化转化器时,应用激光感应荧光测试技术(LIF)拍摄到在燃油束激光截面(距离喷油器顶端30mm处)上的液态和汽态燃油的分布状况(见图52),可以清楚地看出在6个分支油束中燃油浓度较高,而在整个油束中间不断地进行着燃油一空气混合汽的均质化。对于活塞顶壁面导向的第二次喷油加热催化转化器而言,单个油束良好的局部均质化和合适的贯穿度组合,为发动机平稳运转并降低原始排放提供了前提条件。

 

    从怠速运转到升功率达到90kW/L的全负荷工况,形成了从最小到最大喷油量很大的跨度,为了使怠速运转时的最短喷油持续时间大于喷油器容许的最短喷油时间,并保证足够的雾化油束,从而形成良好的混合汽,要求以 6MPa的喷油压力进行喷射。

 

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