缸内直喷式汽油机 系统、原理、研发与前景

本书由2013年德国Springer Vieweg出版社出版的《Ottomotor mit Direkteinspritzung》德文原版第3版翻译而成，它是由世界知名的汽车和发动机技术杂志ATZ和MTZ主编Richard van Basshuysen博士领衔,与德国博世、奥迪、马勒等14家公司以及德国卡尔斯鲁厄工业大学和奥地利格拉茨理工大学等7家知名大学与研究机构各相关专业领域的26位富有实践经验的专家共同撰写而成的专业书籍。 

我们怎样才能迅速有效地减少汽车的资源消耗和有害物排放呢？在我们这个过于嘈杂的世界上能采取哪些降噪措施呢？本书将要讨论这些和其它方面的问题，并对汽油机的发展提出具有指导性的建议，后还将尝试将汽油机与替代动力装置进行比较。本书首先针对汽车制造和配件供应行业的产品开发人员和生产管理人员及其相关的服务提供商，也可作为科学研究和教学的重要指南。

译者的话第3版前言第2版前言第1版前言主编简介第1章简述1第2章汽油直接喷射发展史3参考文献22第3章混合气形成和燃烧过程2431混合气形成的基本原理26311燃油准备27312缸内流动特性3032均质混合直接喷射3533分层混合直接喷射43331壁面导向型燃烧过程45332空气导向型燃烧过程49333喷束导向型燃烧过程5134点火与燃烧61341稀薄混合气的点火特点62342缸内直喷式汽油机的不正常点火65343缸内直接喷射均质运行时的燃烧66344分层充量运行时的火焰传播66345爆燃7035均质压燃汽油直接喷射73351热力学73352汽油自着火的方案和运行策略76353干预缸内直接喷射的可能性79354降低燃油耗和有害物排放的潜力79355声学特性8136Diesel/Otto组合式燃烧过程89参考文献90第4章喷油系统概论9741空气辅助低压直接喷射9842高压共轨直接喷射100421高压燃油泵102422燃油共轨106423高压喷油器及其喷嘴108424喷油策略118参考文献122第5章功率和转矩124参考文献131第6章增压技术13261机械增压134611机械增压的结构形式136612旋转活塞式增压器136613螺杆式增压器137614叶片式增压器137615螺旋式增压器13862废气涡轮增压139621废气涡轮增压器的功能和结构141622可变涡轮几何截面14263汽油机废气涡轮增压与缸内直喷的协同配合14464采用电动增压器实现高增压146641电动辅助废气涡轮增压器147642电动增压器14765复合增压系统149651并联转换式增压149652两级串联可调式增压150653组合增压——机械增压与废气涡轮增压相结合151参考文献153目录●●●●●●●●●●缸内直喷式汽油机系统、原理、研发与前景第7章燃油耗15471效率和燃油耗潜力的评估15872现有发动机的燃油耗159参考文献166第8章发动机小型化和低速化16881小型化16882低速化171参考文献173第9章废气排放和减少有害物17491发动机工作过程中有害物的形成17492废气排放法规178921欧洲废气排放法规179922美国联邦/加利福尼亚州废气排放法规181923日本废气排放法规184924降低燃油耗法规18593降低包括颗粒物在内的有害物排放186931机内措施187932废气再循环187933化学计量比运行时的废气后处理188934缸内直接喷射稀薄混合气运行的废气后处理191935废气催化转化器的加热策略194936颗粒捕集器19694降低有害物排放的新途径198参考文献202第10章噪声排放204101法规要求204102燃烧噪声2061021均质GDI与分层GDI的比较2061022涡流和滚流水平对燃烧激振的影响2081023废气再循环（EGR）对燃烧噪声的影响2081024运行模式变换的影响2091025分层运行时怠速运转的优化209103机械噪声2101031爆燃调节系统的优化2111032高压燃油分配系统的影响212104GDI小型化方案的声学性能2141041功率相同机型的比较2141042缸内直喷式汽油机小型化噪声的比较2141043增压系统的噪声2171044燃油品质对声学性能的影响2181045噪声品质的主动设计219参考文献220第11章汽油直接喷射对发动机其他系统的影响222111点火系统2221111火花点火系统2221112激光点火系统2301113微波点火系统234112活塞2351121材料2361122制造工艺2381123结构设计和零件强度239113气门、气门座圈和气门导管2431131气门及气门座圈2431132直喷式汽油机的进气门积炭2451133气门导管2461134轻型气门246114现代汽油机的进气系统2471141进气系统热力学2481142自然吸气式汽油机的进气歧管2501143增压汽油机的进气歧管2521144增压直喷式汽油机的进气歧管252115曲轴箱通风254116空气脉冲阀2591161技术描述2601162结构原理和边界条件2601163热力学潜力262117燃油箱通风269118车内辅助加热系统2721181简介2721182辅助加热器的种类2721183PTC电辅助空气加热器2721184冷却液电辅助加热器2751185燃油辅助加热器2761186黏液辅助加热器2771187废气辅助加热器2781188小结和未来展望279参考文献280第12章油电混合动力系统中的缸内直喷式汽油机283121简介283122乘用车混合动力装置284参考文献291第13章燃料和润滑油292131汽油燃料2921311简介2921312一般原理2921313汽油燃料成分和汽油混合燃料2941314对汽油燃料的要求及其实际意义2951315燃料对废气排放的影响3011316汽油含有的生物燃料成分：生物乙醇和乙基叔丁基醚（ETBE）302132汽油机润滑剂3041321润滑剂类型3041322发动机机油的功能3041323对发动机机油的要求3041324发动机机油的成分3051325黏度3051326基础油3071327添加剂3081328发动机机油的功能等级3101329乘用车制造商的燃油和润滑油规范31413210未来展望314参考文献315第14章发动机方案316141量产方案3161411历史3161412分层充量方案：壁面和空气导向型燃烧过程3181413分层充量方案：喷束导向型燃烧过程3241414非增压均质混合气方案3281415增压均质混合气方案332142用于汽车运动的方案及其对量产车开发的促进3411421简介3411422赛车运动中的汽油缸内直接喷射3421423用于勒芒24小时耐力赛的V8双涡轮增压直喷式汽油机3421424转换成量产的2L增压直喷式汽油机3471425赛车运动型与量产型直喷式汽油机的比较3481426小结和未来展望349143二冲程缸内直喷式汽油机3491431简介3491432历史3501433量产方案3541434应用和未来展望356参考文献361第15章直喷式汽油机的市场发展364151简介364152美国、欧洲和日本市场的发展364153金砖国家（BRIC）市场的发展366第16章未来展望368参考文献372

目前，我国乘用车发动机几乎全是传统的火花点火式汽油机，并且可以预计在今后很长一段时间内，火花点火式汽油机仍将是我国乘用车的主要动力装置。无论是从节能和减排，还是从动力性能的角度来讲，现代汽油缸内直接喷射技术是汽油机技术的一次重大革新，它在进气道喷射式汽油机基础上，又将汽油机技术向前推进了一大步，从而成为汽油机发展历史上又一个重要的里程碑。汽油缸内直接喷射是现代汽油机节油潜力的措施，因此是当今车用汽油机节能减排有效也是现实的途径，符合我国节能减排的大政方针，不言而喻是我国车用汽油机的重要发展方向。虽然几乎一个世纪以来，汽油缸内直接喷射的试验研究始终在进行，但是只是在近约20年以来，从三菱公司在欧洲推出缸内直喷式汽油机开始，首次提供了可实际应用的汽油缸内直接喷射技术，缸内直喷式汽油机才成功地进入市场。它经历了壁面导向型、空气导向型和喷束导向型燃烧过程，以及分层和均质充量运行模式的变化历程。与直喷式柴油机相比，缸内直喷式汽油机需解决的难题明显要复杂得多，特别是分层充量运行模式的实现，在混合气形成、燃烧过程以及废气排放等方面的控制都非常复杂，在技术上有较大的难度，因此至目前为止，现代汽油缸内直接喷射的潜力尚未得到充分的发挥，必须对汽油缸内直接喷射技术进行更进一步的试验研究，但是缸内直喷式汽油机在功率和转矩方面所能取得的效益以及在降低燃油耗和有害物排放方面所存在的巨大潜力，使汽油缸内直接喷射技术成为汽油机发展的必经之路。本书由2013年德国Springer Vieweg出版社出版的《Ottomotor mit Direkteinspritzung》德文原版第3版翻译而成，它是由世界著名的汽车和发动机技术权威杂志ATZ和MTZ主编Richard van Basshuysen博士领衔,与德国博世、奥迪、马勒等14家著名公司以及德国卡尔斯鲁厄工业大学和奥地利格拉茨理工大学等7家著名大学与研究机构各相关专业领域的26位富有实践经验的资深专家共同撰写而成的具有权威性的专业书籍。该书德文原版于2007年和2008年先后出版过第1版和第2版。国内曾根据第1版的英译版（2009年）再翻译成中文，书名为《汽油机直喷技术》。由于其是根据英译版翻译而成的，而德文原版又已经历了第2版和第3版的增订和修订，而且正是在此期间现代缸内直喷式汽油机技术有了长足的进步，并取得了许多革新成果。为了更确切地反映德文原著的原貌和目前现代缸内直喷式汽油机技术发展的真实现状，应读者要求，机械工业出版社邀请译者根据2013年的第3版德文原版重新翻译，并按原著命名为《缸内直喷式汽油机》出版。缸内直喷式汽油机系统、原理、研发与前景本书主要由范明强教授级高级工程师和范毅峰工程师翻译，参加翻译工作的还有全逸敏、范明琦、刘斌和刘荣权等。由于译者水平有限，敬请业内专家和广大读者对本书翻译的不当之处给予指正。值得向广大读者推荐的是译者已翻译即将出版的《汽油机管理系统》，汽油机管理系统堪称是现代缸内直喷式汽油机的心脏和大脑，它是《缸内直喷式汽油机》一书不可分割的续篇，这两本书的内容构成了现代缸内直喷式汽油机完整的技术体系。《汽油机管理系统》又是译者已翻译出版的《柴油机管理系统》一书的姊妹篇，这两本书集现代内燃机管理系统之大成，称得上是该领域内不可或缺的经典之作。今年恰逢范明强教授级高级工程师75岁暨从事内燃机事业50周年，谨以这套科技专业书籍作为一点有意义的纪念奉献给广大读者。《汽油机管理系统》《柴油机管理系统》和《缸内直喷式汽油机》三部译作是机械工业出版社“内燃机先进技术译丛”系列图书的重要组成部分，也可算是范明强从事内燃机事业的人生中为我国内燃机行业所做的一点绵薄贡献。译者本书为第3版，增添了有关均质运行时的预点火和火焰传播方面的内容，反映了现代直喷式汽油机的技术状况。 Richard van Basshuysen（德国工程师协会会员）于德国巴登符腾堡州巴特温普芬2013年4月