汽油機缸內(nèi)直噴技術發(fā)展趨勢分析Word版

1、汽油機缸內(nèi)直噴技術發(fā)展趨勢1.概述 汽油直接噴射發(fā)動機（Gasoline Direct Injection）簡稱為GDI 發(fā)動機，是近年來國內(nèi)燃機研究的熱點。專家認為，汽油機直噴技術的 出現(xiàn)，使汽車發(fā)動機進入了一個嶄新它在21 世紀有取代傳統(tǒng)汽油機和柴油機的趨勢，成為理想的轎車動力裝置。傳統(tǒng)的汽油發(fā)動機是將汽油噴射到進氣管中，與空氣混合后再進入氣缸內(nèi)燃燒，而GDI 發(fā)動機是將汽油直接噴入氣缸，利用缸內(nèi)氣流和活塞表面的燃料霧化與空氣形成混合氣進行燃燒。GDI 發(fā)動機具有良好的工作穩(wěn)定性和負荷性能，同時低溫啟動性能得到了明顯改善，能實現(xiàn)分層燃燒，燃油經(jīng)濟性大大提高，其油耗可達到渦輪增壓直噴（TDI

2、）柴油機的水平，且省略了渦輪增壓裝置，省卻了復雜的高壓噴射系統(tǒng)。GDI 發(fā)動機能采用稀薄燃燒技術，空燃比可高達40：1，最高甚至可達100：1，使的功率和轉(zhuǎn)矩均高于傳統(tǒng)汽油機，油耗、噪聲及CO2的排放量都較低。GDI 發(fā)動機工作的均勻性、瞬時反應性、啟動性等均比傳統(tǒng)汽油發(fā)動機有較大的改進。因此，各國汽車生產(chǎn)企業(yè)都在大力開發(fā)這種技術先進、性能優(yōu)異的GDI 發(fā)動機。2 .1GDI 發(fā)動機技術發(fā)展現(xiàn)狀對于汽油機缸內(nèi)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(tǒng) ,70 年代美國 Texaco 的 TCCS系統(tǒng)和 Ford 的PROCO 系統(tǒng)就曾經(jīng)

3、采用過 。這些早期技術大多基于每缸 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(xiàn)后噴。這些早期的 GDI 發(fā)動機在大部分負荷范圍實現(xiàn)了無節(jié)氣門控制并且燃油經(jīng)濟性接近非直噴柴油機。其主要缺點是由于采用機械式供油系統(tǒng) ,各負荷甚至全負荷時后噴時刻是固定的 ,燃燒煙度限制了空燃比不能超過 20 1。采用柴油機供油系統(tǒng)并利用渦輪增壓技術來增加功率輸出,使得汽油機性能與柴油機相似 ,且在部分負荷時有更差的 HC 排放?？諝饫眯实?,機械供油系統(tǒng)受到轉(zhuǎn)速范圍的限制 ,使得發(fā)動機的輸出功率非常低。因此 ,受當時內(nèi)燃機制造技術水平的限制 ,加之尚無電控噴射手段 ,開發(fā)出的 GDI 發(fā)動機性能

4、和排放并不理想 ,沒有得到實際應用。20 世紀 90 年代以后 ,由于發(fā)動機制造技術的迅速提高 ,制造精密、性能優(yōu)良的內(nèi)燃機部件的應用和精度高、響應快的電控汽油直噴系統(tǒng)的應用使得GDI發(fā)動機的研究與應用得到快速發(fā)展。GDI 發(fā)動機瞬態(tài)響應好 ,可以實現(xiàn)精確的空燃比控制 ,具有快速冷起動和減速斷油能力及潛在的系統(tǒng)優(yōu)化能力 ,這些都顯示了它比進氣道噴射汽油機更優(yōu)越 。采用先進的電子控制技術 ,解決了早期直噴發(fā)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(fā)展使得許多發(fā)動機制造企業(yè)重新考慮 GDI發(fā)動機的潛在優(yōu)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

5、門4G93 壁面引導型直噴發(fā)動機;豐田公司開發(fā)出了同時采用 GDI和 PFI兩套供油系統(tǒng)的 2GR FSE V6發(fā)動機;通用公司 2004 年開發(fā)出了采用可變氣門定時 VVT 技術的分層稀燃直噴發(fā)動機;寶馬公司在低壓均質(zhì)混合氣直噴 GDI V12 發(fā)動機的基礎上 ,2006 年又開發(fā)出了可以實現(xiàn)分層稀燃的 R6 直噴發(fā)動機;德國大眾公司 2000 年底利用電子控制系統(tǒng)把與 TDI柴油機相似的原理用在汽油機上 ,開發(fā)了壁面引導型燃油分層直噴 FSI 發(fā)動機 ,并用于 Lupo車上 ,其 100 km 的平均油耗只有 4. 9 L ,成為世界上第一輛 5 L 汽油機汽車;2004 年奧迪公司開始將

6、其 2.0T FSI燃油分層直接噴射增壓汽油機推向市場。目前 ,引進的大眾 FSI 發(fā)動機是我國唯一量產(chǎn)的 GDI發(fā)動機。缸內(nèi)直噴技術對汽油的油品質(zhì)量是個嚴格考驗 ,正是基于這個原因 ,大眾在中國的FSI發(fā)動機上取消了分層燃燒技術 ,只保留了均勻燃燒模式。由于排放、燃燒穩(wěn)定性、燃油品質(zhì)、性能及可靠性等方面的問題限制了 GDI 發(fā)動機普遍應用 ,GDI技術完全替代 PFI 技術目前仍然存在一些技術難題。國內(nèi)外的公司和研究機構(gòu)也都在積極地開發(fā)設計新型直噴發(fā)動機 ,如 AVL 公司正在開發(fā)基于噴射引導和激光點火系統(tǒng)的新一代分層稀燃直噴發(fā)動機技術。目前 ,國內(nèi)一汽集團、華晨、奇瑞、長安和吉利等汽車企業(yè)

7、聯(lián)合高校正在開發(fā)理論空燃比混合氣或多種燃燒模式相結(jié)合的 GDI發(fā)動機。 2.2 現(xiàn)代GDI 發(fā)動機20 世紀90 年代以后，以數(shù)值模擬和可視化為代表的內(nèi)燃機研究手段的應用加深了人們對缸內(nèi)氣流運動、混合氣形成和燃燒的認識，加之精度高、響應快的電控手段的開發(fā)，促使缸內(nèi)直噴汽油機的研究得到長足的發(fā)展。下面介紹幾種GDI 發(fā)動機：2.2.1 三菱公司的GDI 發(fā)動機據(jù)Kume、Ando、Kuwahara 和Iwamato 等人的報道， 三菱汽車公司開發(fā)的4G93 型GDI 發(fā)動機，燃燒系統(tǒng)的主要特點是利用進氣滾流配合優(yōu)化設計的活塞頂曲面形狀來實現(xiàn)合理的分層混合氣結(jié)構(gòu)，部分負荷及怠速工況下空燃比為204

8、0。采用了先進的電控高壓汽油泵和高壓旋流噴油器，以及較為復雜的多區(qū)控制策略。該發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性比同等排量的PFI 發(fā)動機改善35左右， 充氣效率平均提高了5，全負荷的功率輸出提高了10。2.2.2 豐田公司的D-4 發(fā)動機據(jù)Matsushita、Harada 和Tomoda 等人的報道，豐田公司開發(fā)的第一代D-4 發(fā)動機燃燒系統(tǒng)的特點主要有， 進氣道由帶渦流控制閥（SCV）的直進氣道和螺旋型進氣道組成，以形成不同強度的旋流，燃燒室的形狀設計采用了復雜的漸開線形曲面活塞凹坑，小負荷及怠速工況時的空燃比可達2540。除了采用電控高壓汽油泵和高壓旋流噴油器外，還采用了可變氣門定時（ VVT-i）技

9、術，結(jié)合SCV 技術，共同對不同工況混合氣進行調(diào)節(jié)。D-4 發(fā)動機與同排量PFI 發(fā)動機相比，燃油經(jīng)濟性改善30，動力性能和加速性能也提高10左右，可變氣門定時導致的內(nèi)部廢氣再循環(huán)（EGR）也可使NOx 排放降低95。1999 年，豐田汽車公司又開發(fā)了第二代D-4 發(fā)動機。主要變化是采用了一種具有狹長狀噴孔的噴嘴和殼狀的燃燒室。用這種噴油形成分散范圍更廣的扇形噴霧，噴霧直接噴向燃燒室凹坑底部，在氣流運動、燃燒凹坑壁面引導和噴霧反彈的作用下，火花塞周圍形成濃的混合氣。2.2.3 奔馳(Mercedes-Benz)公司的GDI 發(fā)動機奔馳汽車公司開發(fā)的GDI 發(fā)動機燃燒系統(tǒng)的主要特點是采用了比較簡

10、單的燃燒室形狀，噴油器和火花塞近距離布置，使得火花塞周圍容易形成濃的混合氣，其燃燒系統(tǒng)為半球形氣缸蓋，活塞頂有盆形凹坑，噴油器中心布置，火花塞位于噴射油束側(cè)面。奔馳GDI 發(fā)動機還采用了可變高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)，噴油壓力可在4MPa12MPa 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。這種GDI 發(fā)動機NOx 比同類型的PFI 發(fā)動機降低35，但UBHC 排放較高。此種形式的GDI 發(fā)動機在2000r/min 下獲得最佳的燃油經(jīng)濟性，但發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高或降低，燃油經(jīng)濟性都下降。2.2.4 FEV 公司的GDI 發(fā)動機FEV 公司開發(fā)的GDI 發(fā)動機， 其主要特點是以一定形式和優(yōu)化的滾流和渦流運動為主來控制混合氣分層的結(jié)構(gòu)，并

11、使火花塞周圍形成濃的混合氣。據(jù)Hupperich 等人的報道，這種燃燒系統(tǒng)的放熱速率比壁面引導或者噴霧引導的都快，熱功轉(zhuǎn)化效率較高。但該燃燒系統(tǒng)性能受氣流運動的影響較大， 不容易實現(xiàn)穩(wěn)定的分層混合氣和燃燒，在過渡工況發(fā)動機循環(huán)波動大，難以實際應用和推廣。3 GDI 技術與 PFI 氣門口噴射技術的比較混合氣形成策略不同是 PFI 發(fā)動機與 GDI 發(fā)動機的主要區(qū)別。PFI 發(fā)動機產(chǎn)品中 ,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(fā)動機起動時 ,會在進氣門附近形成瞬時的液態(tài)油膜 ,這些燃油會在每次進氣過程逐漸蒸發(fā)進入氣缸燃燒。因此 ,進氣口處的油膜如同

12、電容 ,具有積分的作用 ,發(fā)動機瞬時的供油量不能通過噴油器實現(xiàn)精確控制。由于部分蒸發(fā)現(xiàn)象導致油量控制延遲和計量偏差 ,冷機起動時由于燃油蒸發(fā)困難 ,使得實際供油量遠大于需求空燃比的供油量 ,這樣會導致冷起動時發(fā)動機有 4 個10 個循環(huán)的不穩(wěn)定燃燒 ,顯著加大發(fā)動機未燃 HC 排放。GDI技術可以避免氣門口燃油濕壁現(xiàn)象 ,實現(xiàn)燃燒各階段準確供油 ,能夠?qū)崿F(xiàn)更稀薄燃燒并且降低缸與缸之間、循環(huán)與循環(huán)之間的變動 ,冷起動首循環(huán)不需加濃控制 ,降低瞬態(tài)工況 HC 的排放 。然而GDI發(fā)動機對燃油蒸發(fā)和混合物形成有更嚴格的要求 ,需要通過更高的噴油壓力提高燃油的霧化率。PFI發(fā)動機的另一限制是中、小負荷

13、時采用節(jié)氣門來控制負荷 ,存在節(jié)流損失 ,GDI 發(fā)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(fā)動機的負荷 ,不采用節(jié)氣門可以降低泵氣損失和熱損失。GDI發(fā)動機理論上不存在上述兩方面的限制。除了具有消除油膜濕壁現(xiàn)象和無節(jié)氣門節(jié)流損失的優(yōu)點外 ,GDI發(fā)動機具有優(yōu)于 PFI發(fā)動機的熱力學特性。GDI共軌供油系統(tǒng)可以顯著提高供油壓力 ,提高霧化質(zhì)量和霧化率 ,這使發(fā)動機起動時前兩個循環(huán)無需額外供油就能實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒 ,這樣 GDI發(fā)動機冷起動時的 HC排放具有降低到穩(wěn)態(tài)工況的潛力。另外 ,潛在的優(yōu)點是可以實現(xiàn)減速斷油 ,提高燃油經(jīng)濟性和降低 HC排放 ,對 PFI發(fā)動機而

14、言 ,減速斷油不是可行的選擇 ,因為這樣會減少或消除氣門口附近的油膜 ,而在氣門口附近建立穩(wěn)定的油膜是一個需要幾個循環(huán)的瞬態(tài)過程 ,這個過程能夠使燃燒室內(nèi)形成很稀的混合氣,導致失火或回火。另一個潛在的優(yōu)點是 ,缸內(nèi)直噴能夠降低進氣溫度 ,提高充氣效率 ,燃油的蒸發(fā)能夠冷卻進氣 ,汽化潛熱主要來自新鮮充氣 ,而不是燃燒室壁面 ,在燃油早噴和后噴階段均能冷卻進氣 ,故在進氣過程噴油能夠提高充氣效率。GDI 發(fā)動機燃油經(jīng)濟性能夠得到顯著改善 ,對于不同的測試循環(huán) ,最大可以提高 20 %30 % 。PFI系統(tǒng)相比 GDI系統(tǒng)也仍具有一定的優(yōu)點如 PFI發(fā)動機的進氣管相當于預蒸發(fā)室 ,能夠增加燃油蒸發(fā)

15、的時間 ,而 GDI 發(fā)動機燃油直接噴入氣缸 ,混合氣形成的時間少 ,燃油噴霧微粒必須足夠小以保證燃油在噴油與點火之間的有限時間內(nèi)能夠蒸發(fā) ,如果燃油液滴沒能蒸發(fā)就會形成微粒和未燃的HC排放。此外 ,燃油直接噴到缸內(nèi) ,可能導致燃油沖擊到活塞頂部和缸壁表面 ,這些因素可能導致微粒和 HC 排放的增加 ,并加大了發(fā)動機的磨損PFI發(fā)動機的其他優(yōu)點 ,如低壓噴射系統(tǒng)、可以采用三效催化器、更高的排溫提高三效催化器的效率 ,這些都對 GDI發(fā)動機的發(fā)展提出了挑戰(zhàn)。4GDI 發(fā)動機應用中存在的問題GDI發(fā)動機具有柴油機的經(jīng)濟性并保持了汽油機的特點 ,相對于技術成熟的 PFI發(fā)動機具有顯著優(yōu)點,但是排放、

16、燃燒穩(wěn)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 技術仍然存在一些技術挑戰(zhàn) :a)排放控制分層混合氣濃度非均勻分布 ,存在較濃的混合氣 ,在這些區(qū)域中局部燃燒溫度仍然較高,導致NO x排放較多 ,然而總體混合氣較稀不能有效利用三效催化器;分層混合氣外邊界較稀的部分易發(fā)生火焰熄滅現(xiàn)象 ,同時缸內(nèi)噴油濕壁現(xiàn)象會使活塞頂部和氣缸壁混合氣過濃的區(qū)域燃燒不好 ,使得小負荷時 HC排放相對較高;分層燃燒工況由于混合氣濃度分布不均勻 ,GDI發(fā)動機增加了微粒排放;b)穩(wěn)定燃燒控制GDI發(fā)動機分層充氣稀燃區(qū)域的穩(wěn)定燃燒控制難度較大 ,部分負荷分層稀燃和大負荷均質(zhì)燃燒模式轉(zhuǎn)變時的控

17、制也非常復雜;為了降低 NO x排放GDI發(fā)動機采用較高的 EGR 率 ,且噴油嘴沉積物增加 ,都增加了穩(wěn)定燃燒控制的難度;c)燃油經(jīng)濟性燃油缸內(nèi)直噴需要較高的供油壓力 ,提高噴油壓力和油泵回流增加了發(fā)動機機械損失 ,噴嘴、油泵驅(qū)動額外增加了電能消耗,催化器快速起燃和再生補償也增加了燃油消耗;d)性能和可靠性相對 PFI發(fā)動機 ,GDI 發(fā)動機噴嘴沉積物和積炭增多 ,并且由于提高了系統(tǒng)壓力 ,降低了燃油的潤滑性 ,增加了供油系統(tǒng)的磨損;由于使用較稀的混合氣 ,缸套的磨損增加 ,進氣門和燃燒室的沉積物也增加;e)控制復雜性GDI發(fā)動機從冷起動到全負荷各種工況需要復雜的供油和燃燒控制 ,并需要復雜

18、的排放控制系統(tǒng)和控制策略 ,同時也增加了系統(tǒng)優(yōu)化的標定參數(shù)。GDI發(fā)動機要求復雜的供油系統(tǒng)硬件 ,需要高壓油泵和更復雜的控制系統(tǒng) ,由于三效催化器在GDI發(fā)動機上不能有效地使用 ,目前 ,GDI 發(fā)動機面臨的重要問題是 NO x排放控制。雖然 GDI發(fā)動機稀燃能夠降低 NO x的排放 ,但是達不到三效催化器降低 NO x排放 90 %的水平。世界范圍內(nèi)正在開發(fā)稀燃催化器 ,但目前在整個發(fā)動機工作區(qū)域的NO x轉(zhuǎn)化效率仍低于三效催化器 ,小負荷時 HC 排放增加仍待解決。5 GDI 發(fā)動機燃燒系統(tǒng)分析燃燒系統(tǒng)設計是 GDI 發(fā)動機開發(fā)的關鍵技術之一 ,由于要兼顧大負荷均質(zhì)預混和中小負荷分層稀薄的

19、不同要求 ,增加了設計難度。GDI 發(fā)動機的燃燒系統(tǒng)設計 ,需要進行燃油噴束、氣流運動和燃燒室形狀等的優(yōu)化合理配合 ,這其中還涉及到噴油器和火花塞的相對位置和方位的選取、進氣道的設計與布置、噴油定時和點火時間的優(yōu)化等細節(jié)的問題 。按照層流充氣方式 ,GDI 發(fā)動機燃燒系統(tǒng)可以分為 3 種:噴束引導型 ,即分層混合氣形成主要依賴于噴束動態(tài)特性;壁面引導型 ,即分層混合氣的形成主要依賴于油束和活塞表面形狀及相互作用;氣流引導型 ,依賴于缸內(nèi)的流場形成分層混合氣。按照噴油嘴和火花塞之間的距離 ,GDI 發(fā)動機燃燒系統(tǒng)可以分為窄間距和寬間距兩種。壁面引導型和氣流引導型燃燒系統(tǒng)屬于寬間距設計 ,其優(yōu)點為

20、可降低燃燒室?guī)缀纬叽绾蜔崃W的設計約束 ,增加燃油由噴嘴到火花塞的傳輸時間 ,增強混合氣的形成 ,其缺點是混合氣形成時間相對窄間距系統(tǒng)長且循環(huán)波動使形成的滾流不穩(wěn)定 ,不容實現(xiàn)更稀薄的燃燒 ,故不適合更稀薄的燃燒系統(tǒng)。噴束引導型燃燒系統(tǒng)屬于窄間距設計;其優(yōu)點為具有實現(xiàn)超稀薄燃燒、擴大稀燃區(qū)域的潛力 ,其缺點為混合氣的形成時間短 ,增加了火花塞積炭的傾向 ,并且對噴束的幾何參數(shù)、噴嘴的安裝誤差以及霧化程度等非常敏感。基于窄間距設計的噴束引導燃燒系統(tǒng)由于具有實現(xiàn)更稀薄燃燒并擴大稀燃區(qū)域的潛力 ,因此 ,成為目前發(fā)動機生產(chǎn)廠和科研機構(gòu)開發(fā)的下一代燃燒系統(tǒng)。6 GDI 發(fā)動機燃燒技術發(fā)展趨勢由上述分析

21、可知 , GDI 發(fā)動機的發(fā)展面臨排放、穩(wěn)定燃燒控制、燃油經(jīng)濟性提高、性能可靠性以及控制復雜性等方面的挑戰(zhàn)。GDI 發(fā)動機的燃燒技術將按照圖 1 所示的方向發(fā)展。6.1采用均質(zhì)混合燃燒方式采用a =1 的均質(zhì)混合燃燒方式的主要優(yōu)點是能夠采用目前 PFI 發(fā)動機上廣泛使用的三效催化器 ,可以避免采用稀燃 NO x 催化轉(zhuǎn)化器 ,使其排放能夠達到越來越嚴格的排放法規(guī)。同 PFI 發(fā)動機和分層稀燃 GDI發(fā)動機相比 , a =1 的均質(zhì)混合燃燒發(fā)動機具有較多優(yōu)點 :a)發(fā)動機起動過程具有更快速的起動,較少的起動加濃和降低起動 HC排放的潛力;b)瞬變工況能夠提高瞬態(tài)響應 ,減少加速加濃 ,實現(xiàn)更精確

22、的空燃比控制 ,并能夠最大限度地實現(xiàn)減速斷油;c)燃燒過程不需要分層充氣和均質(zhì)充氣的模式轉(zhuǎn)換;缸內(nèi)燃油蒸發(fā)冷卻充氣,壓縮行程可以減少熱損失 ,有利于提高燃燒穩(wěn)定性和 EGR 率 ,并能夠提高受爆震限制的壓縮比;若改為稀燃均質(zhì)充氣模式工作時系統(tǒng)不需要修改;d)燃油經(jīng)濟性燃油經(jīng)濟性能夠提高 5 %,容積效率也能夠提高 5 %;能夠最大限度地實現(xiàn)減速斷油 ,并能應用直接起 停技術 ,取消怠速 ,實現(xiàn)進一步節(jié)油;e)動力性能由于容積效率提高 5 %,能夠提高峰值扭矩和功率 7 %左右 ,可以在保持發(fā)動機扭矩和功率不變的前提下減小發(fā)動機的尺寸;f)系統(tǒng)的靈活性和復雜性控制系統(tǒng)比分層稀燃簡化 ,增加了系統(tǒng)

23、優(yōu)化的靈活性;g)與其他技術的匹配更容易實現(xiàn)其他技術 ,如增壓、取消發(fā)動機怠速、采用直接起 停技術、采用無級變速器 CVT和采用混合動力技術;h)排放不需要稀燃 NO x后處理系統(tǒng) ,可以使用三效催化器 ,同分層稀燃 GDI 發(fā)動機相比具有更低的排放 ,并能夠降低瞬態(tài)工況的排放。因此 ,均質(zhì)理論空燃比 GDI發(fā)動機具有達到未來超低排放法規(guī)的潛力 ,是 GDI發(fā)動機的一個重要發(fā)展方向。6.2 采用分層充氣或均質(zhì)充氣渦輪增壓技術通過提高進氣壓力、提高空氣利用效率來減小發(fā)動機的尺寸是提高發(fā)動機經(jīng)濟性的有效途徑 ,傳統(tǒng)的 PFI 發(fā)動機由于受到爆震限制和渦輪增壓器響應滯后等因素的影響 ,使得汽油機渦輪

24、增壓技術未能迅速發(fā)展。GDI 發(fā)動機由于缸內(nèi)形成混合氣 ,燃料蒸發(fā)能夠降低混合氣溫度 ,同時混合氣在缸內(nèi)停留的時間相對較短 ,相同壓縮比條件下 ,GDI 發(fā)動機要比 PFI發(fā)動機爆震傾向小 ,對燃料辛烷值的要求低。GDI發(fā)動機小負荷時不使用節(jié)氣門 ,進氣量相對較大 ,渦輪增壓器轉(zhuǎn)速高 ,使得 GDI 發(fā)動機在瞬態(tài)工況能夠?qū)崿F(xiàn)快速響應隨負荷變化引起的渦輪增壓變化。GDI 發(fā)動機應用渦輪增壓技術具有下面優(yōu)勢 :a)缸內(nèi)充氣冷卻由于燃油在氣缸內(nèi)蒸發(fā)能夠顯著冷卻缸內(nèi)充氣 ,結(jié)合多階段噴油可以有效地降低爆震傾向 ,因此 ,可以實現(xiàn)比常規(guī) PFI更高的壓縮比;b)分層充氣由于增加了發(fā)動機的充氣量 ,所以

25、,可以擴大發(fā)動機稀燃區(qū)域的轉(zhuǎn)速和負荷范圍;c)提高渦輪增壓發(fā)動機瞬態(tài)響應小負荷時不采用節(jié)氣門 ,發(fā)動機的進氣量大 ,渦輪增壓器轉(zhuǎn)速高 ,因此 ,即使在部分負荷稀燃區(qū)域時渦輪增壓的響應延遲也較小。6.3 優(yōu)化燃燒系統(tǒng)擴大分層稀燃區(qū)域燃油經(jīng)濟性的提高是影響未來 GDI 發(fā)動機和小型高壓共軌柴油機在市場所占比率的重要因素。GDI發(fā)動機在分層稀燃區(qū)域可以實現(xiàn)節(jié)油 20 %25 %,可以優(yōu)化 GDI 發(fā)動機燃燒技術 ,采用新一代噴射引導型燃燒系統(tǒng) ,擴大分層稀燃范圍 ,進一步提高 GDI發(fā)動機經(jīng)濟性 。表 1 列出 GDI發(fā)動機各部分的效率提高與 <a 之間的關系 ,由表可看出 ,提高 < a能夠大幅提高發(fā)動機的熱效率 ,擴大直噴發(fā)動機分層充氣稀燃區(qū)域是新一代直噴供油系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。因此 ,基于窄間距設計的噴束引導燃燒系統(tǒng)具有實現(xiàn)更稀薄燃燒并擴大稀燃區(qū)域的潛力 ,將成為下一代 GDI發(fā)動機的首選燃燒系統(tǒng) 。6.4 實現(xiàn) GDI發(fā)動機的 HCCI燃燒分層稀燃 GDI發(fā)動機的混合氣不均勻 ,NO x會在燃料較稀的高溫區(qū)產(chǎn)生,而在混合氣較濃的區(qū)域易產(chǎn)生碳煙。在 HCCI的燃燒過程中 ,理論上是均勻混合氣完全壓燃、自燃、無火焰?zhèn)鞑ミ^程 ,這樣可以阻止 NO x和微粒的生成,同時能夠?qū)崿F(xiàn)較高的燃油經(jīng)濟性。若實現(xiàn) HCCI燃燒可以不需要任何后處理裝置即可達到歐或更加嚴格的排放法規(guī) ,但是