MED有多种工作模式,发动机管理系统根据不同的工况采用最恰当的模式。MED常见的9种模式参见表2-1。
表2-1中的工况,参见图2-56。
(2)压缩行程。
1)形成湍流在气缸中,由于活塞顶的特殊形状,增加了进气的湍流运动效应,参见图2-58。
2)喷油。
喷油在压缩行程的后1/3阶段进行,参见图2-59。它在点火TDC前约60°开始,点火TDC前45°结束。为了使混合气在火花塞附近形成,必须精确控制喷油始点。
燃油喷射入燃油凹槽的方向。喷射的形状按空燃混合气的扩散要求而设计的,参见图2-60。
汽油/混合气通过三种方法送至火花塞附近经汽油凹室的特别设计形状、活塞的向上推力、进气湍流运动的辅助作图,参见图2-61。
3)混合气形成过程。
在分层充气模式的工况,生成混合气的时间只有40°~50°的曲轴转角。这是影响混合气可燃性的决定性因素。如果喷油和点火间隔过短,由于未经充分混合使可燃性变差;如果间隔时间过长,燃烧室就生成很多的均质混合气。这是必须在燃烧室中央围绕火花塞形成高可燃混合气的原因。它由稳定的新鲜空气和EGR包围在外层,参见图2-62。
全燃烧室总的λ=1.6~3。
4)点火燃烧。
当空燃混合气刚好位于火花塞区域时,开始点火过程,参见图2-63。
只点燃空燃混合气,其他气体作为绝热层。这样,可减少沿气缸壁的热损失,提高发动机热效率。允许点火的曲轴转角范围较窄,因为要考虑喷射的最后一滴油和压缩行程结束后混合气形成的可用时间。
在分层模式,发动机只靠喷油量控制转矩。进气量和点火提前角影响较小。
现在的汽油发动机,有可能在起动过程中采用分层模式,所需要的燃油量在压缩行程中喷射,在马上到点火点前结束喷射。与低压起动相比,由于可以利用压缩热来生成混合气,使起动更容易。但此时采用的λ>1。
2.均质加热三元催化器模式(两次喷射)。
均质加热三元催化器模式是均质分层模式的特例。它主要工作在起动后阶段,尽可能让三元催化器快速达到工作温度,并降低行驶噪声、减少排放和油耗,参见图2-64。
第一次喷油。在进气行程中,当曲轴转度为上止点前约300°时,开始第一次喷油。这有助于实现空气和燃油混合的均衡分布。
第二次喷油。在压缩行程中,当曲轴转度为上止点前约60°时,开始第二次喷油,但油量较少。此时对发动机有稳定作用,可将点火角极大地延迟到TDC后15°~30°。这部分混合气体很迟才进行燃烧,它不会增加转矩,但可使废气温度增加。炽热的废气加热了三元催化器,使它更快地达到最佳的工作温度,参见图2-65。
3.均质稀燃模式。
它的工作范围是分层模式和均质模式过渡工况的特性曲线。稀薄均质的混合气充满整个燃烧室。此时λ≈1.55,与分层模式相似。
(1)进气行程。
1)进气。
与分层模式类似,节气门尽可能打开,减少节气损失;湍流控制阀关闭,在气缸内产生强烈的湍流,参见图2-66。
2)喷油。
在进气行程,汽油在点火TDC前300°(进气TDC后60°)直接喷射入气缸,参见图2-67。
喷油量由发动机控制单元控制,使λ≈1.55。
(2)压缩行程。
1)混合气形成过程。
由于喷油点提前,有更多时间生成点火混合气,在燃烧室内形成均质的混合气,参见图2-68。
2)点火燃烧。
由于采用均质充气模式,燃烧室充满均质的混合气,点火提前角可选择的余地较大。燃烧过程发生在整个燃烧室,参见图2-69。
4.均质分层模式。
在均匀分层模式下,整个燃烧室充满了一个均匀且稀薄的可燃混合气。这样的混合气是通过在进气行程中喷入基本喷油量的燃油生成的。在压缩行程时进行二次喷射(两次喷射)这样可在火花塞周围形成较浓混合气。这种分层喷射的可燃混合气很容易点燃,火焰向外传播并点燃燃烧室其他部位的均匀稀薄混合气。
均匀分层模式一般在分层与均质模式切换之间进行几个工作循环。这使发动机管理系统可以史精确地控制转矩。第一次均质喷射的基本喷油量约为总喷油量的75%。
在低转速稳态工况进行均质分层模式的两次喷射,其优点是相对分层喷射可降低炭烟(颗粒物)的产生、相对均质喷射可降低油耗。
5.均质模式。
发动机在均质充气模式的工作与进气歧管喷射方式很相似。本质区别在于缸内直喷发动机将汽油直接喷射入气缸内。
发动机转矩由点火提前角(瞬时修正)和进气量(长期修正)确定。喷油量按λ=1喷油分层模式与均质模式的切换工况,参见图2-70。
(1)进气行程。
1)进气。
湍流控制阀根据以下工况确定打开还是关闭。
中负荷和中转速:关闭。此时的作用是让湍流的进气进入气缸,提高混合气的质量。
随着负荷和转速的增加:打开(参见图2-71)。因为只采用进气歧管上半部使进气量不足。
湍流控制阀打开,气流也可通过进气歧管下半部进入气缸。
2)喷油。
在进气行程,汽油在点火TDC前300°(进气TDC后60°)直接喷射入气缸,参见图2-72。
高压的汽油(最高可达100~150bar,根据系统的不同而不同)从喷油器喷射出来后在燃烧室雾化,并与进气混合并发生冷却。这样,相对于进气歧管喷射的机型可以提高压缩比。
3)混合气形成。
由于喷油在进气行程进行,所以有足够的时间进行混合气形成,参见图2-73。结果,在气缸内使喷入的汽油和吸入的空气形成均质(均匀分布)的混合气。燃烧室内λ=1。
(2)压缩行程终了的点火燃烧。
在均质模式,点火提前角是影响发动机转矩、油耗和排放的主要因素,参见图2-74。
6.均质防爆燃模式(两次喷射)。
对缸内直喷发动机来说,当转速低于3000rmin而节气门全开时,燃油与空气的混合不均匀必须为防止爆燃而将点火角延迟。如果采用两次喷油(参见图2-75),就可防止这种情况发生,并可将转矩增加1~3N·m。
第一次喷油。在进气行程中,当曲轴转度为TDC前约300°时,开始第一次喷油,喷油量约为总喷油量的2/3。
第二次喷油。在压缩行程开始时,喷油量约为总喷油量的1/3。这样气缸壁上就积聚了较少的燃油。燃油几乎完全蒸发,并且改善了混合气的分布。而且,与燃烧室的其他区域相比,火花塞区域的混合比较浓。这样就改善了燃烧并且降低了爆燃的风险。
9奥迪/大众对工作模式的优化。
奥迪/大众根据自身发动机的特点,对工作模式做了优化,见表2-2。
