GDI发动机及其稀燃优化技术.pdf

柴 油 机 Di e s e l En g i ne)2 0 0 3年 第 6期 G D I 发动机及其稀燃优化技术 木 陆展 华(上海工程技术大 学汽 车工程学院，上海 20 0 3 36)关键词：缸 内直喷；发动机；稀燃；排放 摘要：论述 了现代 G D I 发动机在 电子控制策略(包括混合气的制备，扭矩的调节，喷油正时的选择)、燃油喷 射 系统及燃烧 系统的设计、缸 内气流运动的组织以及燃烧排放等几个方面目前所取得的进展和存在的问题，并对 目前国外典型的采用缸 内直喷稀薄燃烧系统的发 动机进行 了分析，指 出了G D I 及其稀燃技术未来的发展趋 势。中图分类号：T K 4 1 1 2 5 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 1 4 3 5 7(2 0 0 3)0 6 0 0 3 6 0 6 GDI En g i n e an d t h e 0p t i m u m T ec h n i qu e o f L ea n M ix t u r e Co m b u s t i on LU Zh a n-h u a K e y wo r d s：F u e l d i r e c t i n j ect i o n i n c y l i n d e r；E n g i n e；L e a n mi x t u r e c o mb u s t i o n；E mi s s i o n Ab s t r a c t：A s u mma r y i s g i v e n t o d o me s ti c r e s e a r c h o f mo d e m GDI e n g i n e s o n t h e s t r a t e g y o f e l e c t r i c a l l y c o n tr o l(i n c l u d e the p r e p a r a ti o n o f mi x e d g a s，the a d j u s t me n t o f t o r q u e，the c h o i c e o f t h e t i mi n g o f f u e l i n j e c t i o n)，t h e d e s i g n o f fue l i n j ect i o n s y s t e m an d c o mb u s t i o n s y s t e m，the f o r m o fg as fl o w mo v e me n t i n c y l ind e r an d e mi s s i o n，r e g a r d ing t o t h e i r c u r r e n t s i t u a ti o n i n d e v e l o p me n t and p r o b l e m Me anwh i l e t h e ana l y s i s o f a b r o a d t y p i c a l e n g i n e u s i n g fue l d i r ect i n j e c t i o n and l e an mi x t u r e c o mb u s ti o n s y s t e m i s a l s o g i v e n At l a s t the a u tho r i n d i c a t e s the d e v e l o p me n t tre n d s o f GDI an d l e an mi x t u r e c o mb u s tio n t e c h n i q u e i n the fut u r e 1 引 言 自2 0 世纪 9 o 年代 以来，日益严格 的排放法规和 能源 危机促 使 GD I发动机 的研 究得 到 了快速 的发 展，国外 一些 著 名 的汽车 公 司 如丰 田、三 菱、福 特等都 已开发 了比较成 熟的 G D I 机 型和产 品。下面 就 G D I发动机 的燃油控 制技术、缸 内气 流控制技术 及 排放 控 制技 术等 作一 论述。2 G D I 的电子控制策略 G D I中最 关键 的是 要控 制好混合 气浓度在 空 间 的分布及其 随时间的变化，依靠采用高精度 的高压 喷 油嘴、缸 内气 流 控 制技 术、根 据 运转 区域 切 换 燃烧模式、使喷油嘴远离 火花塞 以保证可靠 点火等 措 施，可 达 到 高燃 油经 济 性 和 高性 能。2 1 按工况 区分控制模 式的控制策 略 现代 G D I通 常是 根据 大、小 负荷 区不 同 的要 求，采用不 同的混合 燃烧模式来 改善其燃油经济 性 的。在中小负荷区域，要求有 良好的燃油经济性，因而通 常采用压缩冲程 中喷 油实现 分层燃烧 的控 制 模 式，即在 压缩冲程后期 向缸 内喷油，并通过活塞 收 稿 日期：2 0 0 3 1 0 2 0 上海 市 教委 第 四期 重 点项 目支助 项 目。顶部形状和气流运动来限制其扩散，使喷射到气缸 内的燃 油所 形成 的可燃 混合气 集 中在火花 塞周 围，而在火花塞外周 部的极稀薄混合气 与层状空气则 形 成 了分层 混合气，使燃烧 在整体 空燃 比 3 0 4 0【2 J 的超稀 薄混合气 下进行，此时 尚有足够 的过量空气 可供 在 短 时间 内燃 尽燃 烧 生 成 的黑烟。由于此 时 G D I 放 弃使用节气 门节流，因而可 以减少发动 机 的 泵气 损 失，过 量 的空气还 会吸收 气缸 壁上 的热 量，降低 了热 损 失，从 而大 幅度 改善 燃油 耗。图 1为 丰 田2 0 L 双 顶置凸轮轴 G D I 发动机 的分层进气控 制 方法：在 活塞 顶 上有 渐 开线 形 的燃 烧 室 凹坑，位 于涡流 运动上游 较窄 的区域 a是混合气 形成 的主要 区域；较 宽 的 区域 b是主 要燃 烧 空 间，用 以促 进 混合气快 速扩散。设计成渐开线形 凹坑 的 c是 为便 于蒸发 的燃油流 向火花 塞。凹坑壁 的角度和 凹坑 深 度 也进 行 了优 化，以适 于混 合 气 形成，同时 防止 混合 气 扩 散 流 出 凹坑。在 高负荷 区域，要求 提 高发动机 扭矩 和功率，必须采取 略稀或 理论 当量 的混合气或浓混合 气。故 此 时发动机采用 进气冲程 喷油，实现 均质燃烧 的控 制模 式。即在进气冲 程早期 向气缸 内喷射燃油，使 一36 维普资讯 陆 展华：G D I发动 机 及其 稀燃 优 化 技术 其可 在 整个 燃烧 室 内均匀 扩 散，在 点 火 时刻 形 成 预 混燃烧 的均 质混合 气。此 时 由于燃油 汽化 时吸 收 了汽化潜 热，使得 缸 内充量得 到 了冷却，增大 了空 气 密度，在提 高体 积效 率(即增 大进气 量)的同时还 减 少 了爆 震 的倾 向，使 发 动机 的压缩 比可上 升 到 1 2 ，提 高 了热效 率，发动 机 以接 近 理论 空燃 比 1 4 7：1 或稍 浓 的空燃 比混 合气进 行均 质燃 烧，同 时实现高 功率 的输 出和 燃油 的低 消耗。缬 喷 射 开 始 扩 散 点 火 图 1 丰 田 D _ 4分层 混合 气 的控 制策 略 控 制模式 的切 换通 过喷 油定 时的变 换来 实现。切换 时要注 意切换前后扭矩 的一致，以防扭矩变 化 带来 振 动。为此，三 菱、丰 田等 公 司 在模 式 切换 时采用 了二段喷射 技术，即在进气行程 中喷射一 部 分燃 料，以便 在燃烧室全 空间 内形成稀 薄的预混合 气。第 二 次在 即将 点火 之 前 向火 花塞 喷 射，以保 证稀混 合气的稳定着 火和分层燃烧。据报道 采用二 段喷射 技术 的 G D I发动机可实现 从 中小负荷 区 向大 功 率 区 的 平 稳过 渡，并 可 降 低 缸 内的气 体 温 度，从 而抑 制 了爆 震 的发 生，增 加 了功 率 的输 出。2 2 扭矩控制策略 对扭矩 的控制 实际上就 是对 发动 机喷油量 的控 制。通常情 况下，G D I 主要 是根据油 门踏板 的位移量 来确 定应有 的扭矩，并 由负荷 的高低来切换 对扭矩 的 调 节 方 式。从理论上讲 G D I可 以不使 用节气 门，但 实际上 它 还 是配 备 了电子控 制 的节流 系 统，即 电动 节气 门。这 其中最主要 的原因是 G D I在大负荷工况下工 作 时需要均匀 混合 气；其次 是在应 用 E G R降低 N O 排 放 时，需 要 有 节 流 阀 控 制 的进 气 歧 管 的 真 空 度；再 次，传 统 的制 动 系 统 制 动 时 也 需 要真 空 度；最 后，低 负荷 时 没有 节流 阀排 气温 度 会非 常 低，降 低 了催化 剂 的转 化 效 率。因此，当发动机 的扭矩和 转速对应于低 工况区 时，即 油 门踏 板 位 移量 较 小 时，电动 节 气 门就保 持 全开，发动机 在保 持进气 量基 本不变 的情况 下，通过 改变空燃 比来调节每循环 的喷油量，进 而对扭 矩 实行 控制。这 时发动机采用 的调节方式 是与柴 油 机 相 同 的“变 质 调 节”，此 时 进 气 量 和 点 火提 前 角 几 乎 不 影 响扭 矩。当发动 机的扭矩和转 速对应于高工 况区时，即 油门踏板位移量较大时，其空燃 比被稳定在 1 4 7 左右 n ，通过 改变 电动节气 门的开度来调节 进入气 缸 的空气量，进而 改变 喷油量 实现 对扭矩 的控制。这 时发 动机 采 用 的是“变 量 调节”方式。此时 点 火提 前角对扭矩有 很大影 响。表 1 为 G D I按工况区 分 控制 模 式，图 2为 不 同燃 烧 模 式 的控制 范 围。曩 表 1 G D I 按 工 况 区分控 制模 式 图 2不 同燃烧 模式 的控 制范 围 工况 主要 目标 空燃 比 电动节气门 冲 量 扭矩调节 喷油正时 喷油压力 油束穿透 燃油雾化 不节气 压缩行程 低 经济性 2 54 0 分层 变质调节 高 浅 好(全开)的晚期 进气行程 高 动力性 1 47 左右 节 气 均 质 变量 调节 低 深 差 的早期 分 工况区控制 的结果是，其燃油经济性 相对 以 往 的汽 油机可 以提 高 2 5 。左右，实现 并超过 了 目 前柴油机所 能达到 的低燃 料消耗水平；动力输 出也 比 目前 正在 广泛使用 的进 气道 喷射 的汽油 机增 加 了 近 1 0 ，保 证 了人 们对车 辆动 力性 的要 求。2 3 喷油定时控制 策略 G D I可根据 不 同的工况 区域来确 定不 同的混合 气 生成方式，而不同 的混合气 生成方式对油束 的要 一3 7 维普资讯 陆展 华：G D I发 动 机及 其 稀燃 优 化技 术 求也 不 相 同。如 图 3，发动 机 处于 低 工 况 时，采 用 的是变质调节 和分层充量，这就要求燃 油恰 好喷 在 活塞 顶部 凹坑 内，因而 油束 要 尽可 能 集 中，且 雾 化 质 量 要 高，可 燃 混 合 气 能 在 短 时 间 内 形成。故此时应将喷油推迟到压缩行程的后期进行(但必须 在喷油和 点火之 间 留下足够 的间隔时间，以便实现 混 合 气 的分 层)。因 为：a 此 时活塞 正处于 向上运 动，气 缸 内的压力 很 大，这就 迫 使燃 油 喷射 时 所需 的压 力 相 应地 增 大。喷油 压 力越 大，S MD(油滴 的索特 平 均直 径，表示 燃油 的雾 化程度)越 小，燃 油蒸发越 快，雾化 程 度 越 高，油 滴 喷 射 距 离 有 限，穿透 度 不 深；b 随着 缸 内压 力的增 大，充量被 强制 压缩，密 度 增 大，因 此油 束 中油 滴 所 受 的 阻力 也 增 大，油 滴运 动 很快 地 受到 衰减，使 油束 比较 集 中，并 且 喷射 出的燃 油 穿透距 离 也保持 适 中；C 活塞 的上 行运 动，减 少了喷 油与活 塞项部 凹坑之 间的距离，保 证 了燃油可更加准 确而又有效 地被 喷射 在活塞项部 凹坑 范围 内，通过 限制其在 凹 坑 内不 向外 扩 散，使得 它 能被 迅 速 地 加 热 汽 化，从而 在抵 达火花塞之前 的短暂 时间 内促进空气迅速 卷 入 汽化 的燃 油 中，形 成 可燃 混合 气。同 时结合 活塞 的 向上运动，由翻滚气流将 可燃混合气带往 火 花塞，并在火花塞 附近区域聚集形成浓 的可燃混合 气，而在 燃烧 室 的其 它 空 间形成 稀 薄 混合 气，从 而 实现 混合 气 的分层 和超 稀薄 燃烧。压 缩行 程 喷 射 进 气 行 程 喷射 迟喷 早嗳 油 柬 集 中且 雾 化 好 油 束 散 布 且 无 湿 壁 图3 两种工况下对喷油正时和油束特性的要求 当发动机 处于高工况 时，采用的是变量调节 和 均质充量。应尽 可能减 少油束沾湿活塞和 气缸壁面，否则会导致 H C 排放 增加，并且 活塞壁 面会 向燃 油提 供 汽化潜热，从而丧失利用汽化潜 热冷却缸 内充量 以提 高容积效率 的机 会。同时要求油束 的穿透 深度 应 当大一 些，以便扩 大油 束在气 缸 内的分布 范围，使其能有足够 的空间和 时间让燃油和空气进行混合，形成均质充量。故此 时应将 喷油提早 到吸气冲程 的 前 期。3 G D I 的燃油喷射 系统 现代 G D I发动机 的喷射系统主要 采用汽油 高压 喷射 模 式，使 用 由电磁 驱 动 的 高压 涡 流 喷 油 器。高压涡流喷 油器 的喷油压力一般 为5 8 M P a(最 高为 1 2 M P a)。这 种喷油器 的特 点是在其 喷油嘴 的头部 设有一个特殊 的涡流腔，通过该腔可产 生一股强涡 流，不 仅对 喷 油嘴 喷 孔 具有 自洁作 用，使 其可 靠 性得到提 高，而且 能使燃 油喷束 的一 部分动能直接 转化 为 水平 的旋转 动 能，从 而 降低 了油束 的穿透 度，避 免其 沾 湿 活塞 和 缸套 壁面。高 压涡 流 喷油 器 的另一个特 点就是它 的油束 喷角和射程主要依赖 于 喷油 压 力和 缸 内背 压，且 后 者 的影 响较 大，因 此它 能 根据 不 同负荷 区的 要求 提供 所 需 的喷 雾形 状。在部分 负荷 时，燃 油在压缩 行程 后期喷 射，缸 内喷射 背压 较大，喷出的燃料被 强制 压缩呈适 宜分 层燃 烧 的紧凑 型。而 在 高 负荷 时，由于是 在进 气 行程 早 期 喷射 燃 油，缸 内喷射 背压 较 小，喷雾 呈 现为 中空扩 散 的圆锥型，这样 不仅加 快 了喷雾在燃 烧室 内的扩 散，而 且使得它与周 边空气 的接触面积 进 一 步扩 大，即便 是在 比较低 的 喷射 压 力下，油 束仍 能保 持原有 的雾化 水平，与进入 气缸 的空气形 成 有 效 的 混合，满 足 均 质燃 烧 的要 求。在 喷射 系统 中，喷油器喷嘴 的结构形式对 喷雾 质量起着 重要 的影 响，它是保证 实现 混合气分层 与 稀燃 的关键部件。图 4为 G D I发动机所 采用 的各种 喷油器 喷嘴，a为 多孔 内开式 喷嘴，其 结构类似 于 柴油机 喷嘴，但 由于 G D I 发动机 的喷射压力远远低 于柴 油机，故 这 种 结构 易 于积 炭堵 塞，且雾 化分 层 效 果不 好，燃烧 时火 焰传 播 又 不很 稳 定，所 以 一般 很少在 G D I发动机 上使用。b是外 开式单 孔针 式 喷嘴，据 报 道 它 能取 消 压力 室 容积，并且 在 设 计 上更 灵 活，可 同时兼 顾 喷雾 锥度、贯 穿距 离和 燃 油 粒 度 的不 同要 求，但 它 的 密封 性 要 差 一 些，曾用 于早期 的 G D I发 动机 中。C为 内开式旋流 型喷 嘴，在 其 内部 设 有燃 油 旋 流腔，燃 油 通 过在 其 中 产生 的旋转涡流可实现较 好的喷雾形态和 合适 的贯 穿度 的配 合。此 外，由它 喷射 出的 油束 方 向便 于 调 整，方 便 了其 在 气缸 顶 上 的布 置，再 加它 不 易 积炭 的特 点，使其 成为 目前 G D I发动机喷嘴所 采用 的主要 形式，在 G D I发动 机 上得到 广泛 使 用。一38 维普资讯 维普资讯 陆展 华：G DI发 动机 及 其稀 燃 优化 技 术 5 G DI 气 流运 动 的组织 对进气行程和压缩行程 中缸 内瞬时流场 的控制 是 G D I发动机研 制 中又一关键 问题。原则上必须要 满足 以下两 点要 求：(1)从微观上要求 在气缸 内具有 高强度 的紊流，以促进燃 料与空气 的混合；(2)在宏 观上要求有控制 的平均气流流动，以适合生成稳定 分层混合气。发动 机 中常采 用 的空气运 动形式 主要有 挤流、涡流和滚流三种，根据 已发表 的计算和试 验资料显 示，它们 的运动变 化对于混合气 的形成和 发展有着 很大的影 响。a 挤流 增大挤 流强度可 以明显提 高燃 烧期 火焰的传播速度，缩短燃烧 时间，而且挤 流不会引 起 充气效率的降低，受发动机负荷和转速 的影响也 较 小，曾一度是形成紊流 的主要途径。b 涡流其特点是在压缩过程 中持续时 间长，在缸 内的径 向发散少，对保 持混合气 的相对 集中和 分层有利；缺 点是 不利于油气 的混合，必须靠 活塞 顶部燃烧室束 口或活塞顶上 的特殊形状，在上止 点 附近利用挤流 与涡流相交，从而在燃 烧室 内形成较 强 的紊流来促进燃 油的蒸发混合，而且过强 的涡流 会把大油滴甩 向气 缸壁，形 成湿壁效应，不利 于燃 烧。涡流经常是被 用在 由喷油 引导的燃烧 系统 中。C 滚流其特 点是存在着较大 的速度梯度，便 于油束 的纵 向引导，在上止 点附近有 助于加强紊流 强度，容易转 变为 小规 模 的紊 流来 促进油气 混合。在压缩冲程 中滚流具有加速 旋转 的特性，能提高近 壁 面气流速度，从而促进壁面 油膜 的蒸发。但 由于 燃烧 室的 曲面导 向作用，滚 流往往容易衰减成 大尺 度 的二次流结构，使得保 持稳定 的混合气 分层变得 困难，同时设计不 当也会 造成火花塞 间隙的平均流 速过 高而引起 较大 的循环变动。因而采用滚 流为主 的 G D I发动机要 比采用 涡流为主 的 G D I发动机循 环 变动大。上述流场结构各有其优缺点，在实际的G D I 发 动机 中都被采 用或综合利用。如三菱采用 反滚流 结 构，丰 田采 用涡流结构，Y a m a d a 提 出斜涡流，即涡 流和滚流 的综合 结构。6 G D I 的排放特性 G D I 面 临的主要排放 问题是 U B H C和 N 0 x。6 1 中小负荷下未燃碳氢化合物(U B H C)的排放 由于 G D I油气 的混合 主要是依靠 喷雾和缸 内的 空气运动，与冷起动 时的低温关系不大，所 以冷起 动 时无需过 量供 油，有效 地解 决 了 P FI冷起 动 时 U B H C排放 过多的 问题。但是 G D I 在 中小 负荷 的情况 下，其未燃 碳 氢 化合 物 的排 放 仍然 较 多。主要 原 因是：(1)G D I 在 此工况采用 的是分层稀薄燃烧，燃 油在压缩 行程后 期被 喷射入气缸 内，所需 的雾化 时 间不足，油气 不 能充 分 混合，在燃 烧 室 内产 生局 部混合气 过浓。(2)大 量的浓混合气集 中在火花塞 附 近，使得 火焰 在 向周 围稀 混 合 气传 播 时，因混 合 气 过稀而熄 灭。(3)稀 薄燃烧造 成气缸 内温度 偏低，不 利 于未燃 碳 氢 化合 物 随后 的继续 氧 化。(4)由于 G D I发动机 压缩 比较 高，使得残 留在狭缝容积 中的 H c增 加。(5)使用 高 E G R率 导致燃烧 变 差。(6)目前 G DI产 品的燃烧 系统 主要采 用“壁面 引导法”，该 系统喷雾容 易与活塞顶和缸 壁发生碰撞，而缸壁的 温度又较低，从而导致燃 油在着火前来 不及完 全蒸 发，引起 较 多 的 U B HC排 放。三菱公 司采取二 次燃 烧早期激活催化 剂及采 用 反应式排 气管 等措施 来减 少 H c排 放。两 次燃 烧 是 指在发动机冷 车怠速 运转 时，除 了在压缩行程后 期 喷射燃 油外，在 做 功行 程后 期 再 次 喷射 少量 的燃 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。当排 气 门打开后这 一燃 烧过程可 以移 至 反应 式 排气 歧 管 中，补充 空气，加 速燃 烧。采 用 两次燃烧 技 术，可很 快达 到催 化器 的起 燃温 度，并通过 反应式排气管可 大幅度 降低 H c、N 0 的排放，降幅达到 日本现行法规的 8 0 E 3 。图9为催化器 的催 化温度 比较。时 间，S 图 9 催化 温度 比较 6 2 N O X的排放 和后处理 虽然 G D I 采用 了稀薄燃烧技术 而使气缸 内反应 区的温度 下 降(从 N 0 的生成原理上来说 可减少 N O 一4 0一 p gd d已 看 期*维普资讯 陆 展华：G D I发动 机 及其 稀燃 优 化 技术 的生 成量)，但 由于 G D I的混合气 由浓到 稀呈分 层 状态，不可避免地会 出现空燃 比为 l附近的偏浓 区 域，使这些 区域 的 N 0 排 放增加，而较高 的压缩 比 和较 快的反应放 热率也 是引起 N 0 排放升 高的一个 原 因。此外，由于 G DI本质 上 仍是 稀薄 燃烧 的 一 种 实现 方式，所 以它仍受到 稀薄燃烧 N 0 催 化转化 问题 的 困扰。一般 来说，G D I大部分工况 都处于 部 分负荷，它的 N 0 排放量 约 占总排 量的一半，发动 机长期 处于稀空燃 比的工作 条件下，导致废气排气 中含氧较 多而且排放温度也 较低，致 使传统 的三 元 催化器 的转化 效率不 高并且起燃 困难，限制 了它在 G D I发动机上 的应用。所 以，如 何解决稀燃 条件下 N 0 排放 的后处理 也是 G D I的一大难题。目前，G D I对 N O 排放 的控制 主要依 靠 E G R和 稀燃 N 0 催化转 化器，其 中后者 的发展有着 深远 的 影 响。部分 负荷不 使用 E G R时，G D I的 N 0 的排 放水 平与 P F I 相 差不 多。但 由于 G D I可实现超稀 薄分层 燃烧，较 稀 的 空燃 比使 得 缸 内 的富 裕 氧 气 较 多，从而允许使用高的E G R率，充分降低 N O 排放量，并且燃烧 特性 不会 因为 E G R而 恶化。据试验 表 明，在燃油经 济性 改善保持 不变 的情 况下，G D I的 E G R 可 高达 4 0 f 4 。虽然 如此，但 E G R始 终还是 不能在 整个发动机转 速负荷 范 围内减 少 N 0 排放量，所 以 单靠 E G R是不能满足 更为严格 的 E u r o I I I 和 E u r o I V 排放 法规 的，进一步 降低 N 0 排放就必 需开发在 稀 燃 条件 下的 N O 催化转 化技 术。目前在稀薄燃烧 N 0 催 化转化技术领域 内，N 0 的吸藏 还原技术 使用 较多。这项 技术主要是 利用一 些化 学物质可在 富氧 的条件下，通过催化剂 的作用 与 NO 产生 反应，以硝 酸盐 的形 式将其 存储起 来，而 在贫 氧 的条件 下又 可将 其释放 还 原。它是 以 P t 作 为储存还 原 N 0 的主要催 化剂，以碱 金属、碱土 金 属或稀 土金属作 为储存 N 0 的成分(以 M表 示)。它 的工作原理 如 图 1 0所 示。当发动机 以稀混 合 气工作时，其排 气中 0。含量迅 速增加，存储 器通 过催化 剂 P t 将 N 0氧化成 N 0 ，随后 生成的 N 0 被碱 土金属氧化物 表面吸 收，形成硝酸 盐，存储在 以M 表 示 的存储 元素 中。实验证 明，存储 元素的金属碱性 越 强，其所 能存 储 的 N 0 量越 多，并且越 稳定。当 发动机 工况 发生变化，改用浓 混合气工作 时，排气 中 0。含量减少，生成的硝酸盐就会在超过 1 0 0 的 温度 下 开始分解，在催化 剂 P t的作用 下，与排 气 中 H C、C O及 H等 反应，再 次还原成 N 。其 具体的 化 学 反应 方 程 式如 下：在 富氧 的气氛下，通过下列反应用吸 附剂M 0 将 N 0 储存起 来：N O+O 5 02一 NO2 N O2+MO M NO 3 在 贫氧 的还 原气氛 下进行分解 和还原，其 可 能 的 反 应如 下：M NO3 一 NO+O 5 02+M O N O+C O H C一 0 5 N。+C O。H。0 稀 卒燃 比 当 量 空燃 比 No+oz 以 硝 酸 盐 的 形 式 储存M：储 存 NO x 的 组 兀 还 原 成 氮 图 1 0 N O x吸藏还 原机 理 N 0 储存还原催化 技术有很高 的转 化效 率，在 稀 薄 燃烧 的条件 下，其对 N 0 的转 化效率可达 到 9 0 以 上，同时可 对 H C和 C 0进行很好地转 化。它 的缺 点就是受燃油 中的硫 含量影 响很 大，随着硫 含量 的 增 加，其 净 化性 能 会 急速 下 降。主要 是 因 为，与 N 0 一样，S 0。也 会在贵金属表 面氧 化形成 比硝酸 盐 更 为稳 定的硫 酸盐，从 而减少 了存 储 N O 的 能力。但 是 N 0 的硫 中毒现 象是可逆 的，只要 在还原性气 氛 中加热 到 6 0 0。C便 可使硫 酸盐分解，恢复 N 0 的 存储 能力。也可 在 N 0 存储还 原催化器 前安装硫 捕 集器，在 稀薄状 态下吸 收 S 0 ，在混合 气加浓 时 以 S O 的形式 将硫释 放。7 结 论 现代 G D I 借助 于先进的 电子控制 技术能准确地 调节燃 油的供给，可根据需要 改变 喷油定 时和喷 油 次 数，能 自由控 制 气缸 内的混 合状 态、燃 烧 室 内 的燃 油分 布，使 混合 气 实现 分层 分 布，完 成稀 薄 燃烧，从而在完成 高输 出功率 的同时达 到在传统发 动机 中不可能达到 的空燃 L 15 4 0：1 的超 稀薄混合气稳 定燃烧，在实现 高燃 油经济性 的同时大 大地降低 了 排 放污 染。可 以预 见的 是，随着 稀 燃 催化 剂 的进 一步 开发研制，G D I以其突 出的性能和在 减少油耗 以及 降低排放 上 的突 出表 现，必 将在 2 1世纪 的轿 车发 动 机 中 占据 主 导地 位。(下转第5 1 页)一4l一 维普资讯 李爱 东，张 卫 国：1 6 V 2 4 0 Z J B气 缸套 常 见质 量 问题 的 原 因分析 及 处理 以前，我们 压装工序 的装密封 圈工 艺为在上 圈 前 在胶 圈上涂 少 许 黄 油，然 后放 入槽 内压 装。由 于胶 圈靠 近 缸 套 的高 压 区，因此 当缸 套 工 作 时，胶 圈就 处在 高温振动 的工况之下。如果涂抹 在胶 圈 上 的黄油 不均 匀，有集 结 现象，则集 结 的黄 油 就 会液 化而产 生油泡从缸 体和水套 的贴合面渗 出。表 面 上看 似 漏水，但 是 据 我们 观 察，这 是 一种 淡黄 色 气泡，与水 泡 是有 区 别 的。这种 情 况 一般 发 生 在柴油机试验 站机 车水 阻及 正线试运过程 中。我厂 大修 的杭州机 务段 7 0 5 0#机 车在水 阻及 正线时，曾 出现 这 种情 况。经 与验 收室 和段 方 协 商，我 们对 该车进行跟踪，结果表 明黄 油液化完后 就不再产 生 油泡 了。后 来，我 们采 用 机 油涂 抹，这 种 漏水 假 象 就 再也 没 有 出现 过。3 2 2 贴合面 间隙过大 缸体 与水 套贴合面 间隙局部大于0 0 5 m m 是产生 漏 水 的主 要 原 因。3 3 2 1 水套端面 与水套 内孔轴线不垂 直 水套 内孔与缸 体配合 面加工 时工装与水套 定位 压 紧示意 图见 图 4。由于水 套与 工装定位 块是端面 接 触，工装在 使 用 过程 中必然 会 产 生 磨损，导致 定位块平 面度超差。这样加 工出 的水套 内端面 的垂 直度就会超 差，压装造成缸 体端面与水套 贴合面产 生 间 隙，压 不 紧胶 圈 而 漏 水。图 4 3 3 2 2 缸体法 兰下端面平面 度超差 缸 体端面 结构如 图 5所 示：A 区 B 区 图 5 由图 5可见，靠磨缸 体端 面时，A区 工件与砂 轮接触面 比 B区 小，砂 轮 自身的变形使其 在 A区 的 磨 削量 大，在 B区 的磨 削量 小，造 成 缸体 端面 平 面度超 差。压 紧后 缸体 与水套 贴合面 处产 生间 隙，最 大可达 0 0 8 m m。因此，只有延 长光 刀时 间，消 除砂 轮 自身弹性 变形所 造成 的影响，才能提 高缸 体 端 面 平 面度，消 除 压装 后 产 生 间 隙的 隐 患。3 3 2 3因焊 接气孔补焊点 引起贴合 面局部 间隙 由于我 厂水套上座与水 套下体是采取焊接方 式 联 接。焊 接过 程 中，受 各种 客 观 因素 的影响，容 易产 生焊接 气孔。比较 大 的气孔在粗 加工阶段发现 后 即进行补 焊，但有 一些 比较 小的气 孔直到缸套外 圆精 加 工后 检 查才 能发现。对 于这 种 气孔，我 们 以前 是在 气 孔 处直 接 补焊，但 效 果较 差，有 时 要 进 行 二 次或 三 次补 焊，才 能 消 除气孔。不仅 费 工 费时，且 使补 焊 变 形加 重。针 对 这种 情 况，我们 除了提 高水套 的焊接 质量外，对补焊 电流作 了适 当 调 整。并 先 除去 气孔 处 的油污 和质 量，再用 锐物 轻 碰 使其 略 陷，然 后再 补焊，使补 焊 成 功率 有 了 很 大 的提 高，且 变 形量 减少，很 少 出现 因补焊 变 形 而 产 生 间 隙。4结 束语 缸 套在生产 和使用过程 中，还有很 多其 它质量 问题，如 焊缝 漏 水，缸 套进 水 口漏水 等，因所 占 比例 较 小，限 于 篇 幅，在 此 不 一 一 详 述。(上接 第4 1 页)参考文献 1 钱人一 现代汽车发动机 电子控制 M 上海：交通大学出 版 社，1 9 9 9 1 2 2 日 山本茂雄 直接喷射汽油机的现状与将来 J 国外 内燃机，2 0 0 2(5)3 孙勇等 缸内直喷式汽油机的研究进展及技术难点 J 内燃机，2 0 0 2(1)4 蒋德明 内燃机燃烧与排放学 M 西安：交通大学出版社，20 01 7 5 王建昕等 汽车排气污染治理及催化转化器 M 北京：化 学 工业 出版 社，2 0 0 0 5 6 日 H a r a d a J 丰田直接喷射汽油机 的开发 J 国外 内 燃机，2 0 0 0(2)7 三菱直接喷射汽油机的新技术 J 国外 内燃机，2 0 0 0(1)一51 维普资讯