淺析汽油缸內(nèi)直噴（GDI）的稀薄燃燒技術(shù)

方軍

摘要：汽車已經(jīng)成為了我們生活中必不可少的一部分，科學(xué)技術(shù)的提升和經(jīng)濟實力的提高，使汽車的使用價值從最開始的代步變成了一種生活的方式、一種興趣愛好、一種交往、溝通的方法。因此人們對汽車的使用價值及節(jié)能的效果又提出了更高的要求，并且隨著經(jīng)濟環(huán)境的提升，能源被大量的消耗，也迫使汽車向節(jié)能減排技術(shù)上努力發(fā)展。而在最小的消耗中實現(xiàn)最大的動力，一直是人們心中迫切渴望的，發(fā)動機汽油缸內(nèi)直噴稀薄燃燒技術(shù)的出現(xiàn)完美的解決了這一問題，它不僅能減少能源消耗，還能夠降低燃油費用。

關(guān)鍵字：稀薄燃燒；控制技術(shù)；排放控制

引言：

發(fā)動機的工作原理是依靠內(nèi)燃機燃燒汽油產(chǎn)生推動力，從而實現(xiàn)保障發(fā)動機的工作系統(tǒng)的正常運行。發(fā)動機是汽車的動力中心，而各個氣缸就是為發(fā)動機而服務(wù)的，每個氣缸的具體工作范圍及職責(zé)都是一樣的。并且他們的工作進程也是同步完成的。以確保汽車能夠持續(xù)不斷的獲得動力。這種動力的提供者，就是在缸內(nèi)不斷燃燒產(chǎn)生爆炸力的汽油。噴射方式的不同可以決定汽油在缸內(nèi)燃燒的效率。缸內(nèi)直噴稀薄燃燒技術(shù)可以有效提高汽車動力以及減少汽車燃油消耗率。

一、稀薄燃燒方式

根據(jù)氣缸內(nèi)渦流形式的不同，分為軸向分層稀薄燃燒和縱向分層稀薄燃燒；根據(jù)噴射方式不同，分為氣道噴射（PFI）稀薄燃燒和缸內(nèi)直噴（GDI）稀薄燃燒。GDI發(fā)動機的經(jīng)濟性和排放特性明顯優(yōu)于PFI發(fā)動機。

GDI稀薄燃燒技術(shù)包括缸內(nèi)氣流特性（滾流和渦流）控制、采用高壓旋流式噴油器的噴霧及噴射時間控制、噴射壓力（2-5 MPa）控制和稀薄燃燒等。GDI汽油機的噴油器安裝在燃燒室內(nèi)，在氣缸內(nèi)更容易形成不均勻的混合氣濃度梯度分布，消除了氣道油膜蒸發(fā)量對缸內(nèi)混合氣質(zhì)量的影響，減小泵氣損失，更容易實現(xiàn)稀薄燃燒，且混合氣A/F范圍變寬，有利于進一步改善發(fā)動機的經(jīng)濟性和排放特性。

GDI發(fā)動機壁面導(dǎo)向方式通過活塞頂部燃燒室的形狀將噴油器噴射的燃油導(dǎo)向氣缸上部流動，配合燃燒室內(nèi)形成的擠流，在火花塞附近形成濃混合氣。氣流導(dǎo)向方式通過燃燒室結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計，配合進氣道的導(dǎo)向作用，在氣缸內(nèi)形成渦流和滾流，配合噴射時間實現(xiàn)混合氣濃度分層分布，在適當(dāng)位置設(shè)置火花塞可靠點燃混合氣。

二、稀薄燃燒控制技術(shù)

缸內(nèi)直噴技術(shù)的使用不僅使燃油得到了良好的燃燒，還減少了不必要的浪費以及在燃燒過程中的爆燃影響。為了提高發(fā)動機整體的工作效率，我們的稀薄燃燒技術(shù)是在汽車電腦的精確控制下進行工作的，當(dāng)空氣傳感器接收到車輛進氣信號的同時會以最快的速度進行換算，使我們的發(fā)動機噴油系統(tǒng)得到信號進行噴油工作，使噴油器器噴出的燃油量與進氣量達到最佳空燃比16.7左右，提高燃燒的效率，使其維持在完全燃燒的狀態(tài).

1.GDl分層稀薄燃燒

缸內(nèi)直噴汽油機的啟噴壓力為2 MPa，采用螺旋氣道在缸內(nèi)產(chǎn)生一定強度的進氣渦流，沿氣流方向火花塞布置在噴油器下游的油束下方。噴油器順氣流噴射時在缸內(nèi)氣流的作用下噴霧偏向火花塞方向擴散，形成火花塞附近為濃混合氣的分層分布。對應(yīng)噴射時間控制點火時刻實現(xiàn)可靠著火并向稀薄混合氣擴散燃燒；已燃氣體被氣流帶離火花塞區(qū)，新鮮氣體帶入噴油區(qū)，依次循環(huán)工作。

2.GDI滾流分層稀薄燃燒

（1）對應(yīng)切向進氣道利用燃燒室結(jié)構(gòu)形狀，在壓縮過程中缸內(nèi)形成壓縮滾流，隨壓縮過程的進行滾流越來越強，配合噴射時間在缸內(nèi)形成不同的混合氣濃度分層分布，空燃比可達到40，燃油經(jīng)濟性提高30%，采用40%的EGR率可降低NOx排放達90%。根據(jù)發(fā)動機不同工況控制噴油器的早噴射和晚噴射，可實現(xiàn)均質(zhì)燃燒和分層燃燒，也可從小負荷到大負荷實現(xiàn)分層稀薄燃燒。

（2）采用直立式進氣道，進氣過程中在氣缸內(nèi)直接產(chǎn)生進氣滾流，結(jié)合壓縮過程中不斷加強的滾流強度控制最佳噴射時間，在缸內(nèi)形成混合氣濃度的分層分布，空燃比可達到50，能有效改善發(fā)動機的經(jīng)濟性和排放特性。

三、GDI的排放

1.中小負荷下UBHC的排放

GDI油氣的混合主要是依靠噴霧和缸內(nèi)的空氣運動，冷起動時無需過量供油，有效地解決，PF玲起動時uBHC排放過多的問題。但是GDI在中小負荷的情況下，其UBHC的排放仍然較多。主要原因是：

（1）jDl在此工況燃油在壓縮行程后期被噴射入氣缸內(nèi)，霧化時間不足，油氣不能充分混合，在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生局部混合氣過濃。

（2）大量的濃混合氣集中在火花塞附近，使得火焰在向周圍稀混合氣傳播時，因混合氣過稀而熄滅。

（3）由于GDl發(fā)動機壓縮比較高，使得殘留在狹縫容積中的Hc增加。

（4）EGR率過高會導(dǎo)致進氣中新鮮空氣過少，即再循環(huán)廢氣會導(dǎo)致燃燒變差。

2.NOx的排放和后處理

目前，GDI對N（）X排放的控制主要依靠F（求和稀燃N（）x催化轉(zhuǎn)化器。當(dāng)前的稀燃NOx催化轉(zhuǎn)化器包括富氧條件下的沸石和貴金屬催化轉(zhuǎn)化器，NOx捕集器，選擇性de-NOx催化轉(zhuǎn)化器以及等離子系統(tǒng)。N0x儲存還原催化技術(shù)有很高的轉(zhuǎn)化效率，在稀薄燃燒的條件下，其對NOx的轉(zhuǎn)化效率可達到90%以上，同時可對Hc和NO進行很好地轉(zhuǎn)化。它的缺點就是受燃油中的硫含量影響很大，隨著硫含鼉的增加，其凈化性能會急速下降。

四、空燃比反饋控制式稀薄燃燒技術(shù)

利用空燃比傳感器測出排氣中的氧濃度，由此求出該循環(huán)空燃比的大小，進行下一循環(huán)空燃比的反饋控制?？杖急葌鞲衅鬏敵龅男盘枮槟M信號，對該信號進行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)調(diào)幅等前處理后，再輸入到ECU中進行排氣中氧濃度的測量，并利用儲存在ROM中由發(fā)動機工況確定的目標(biāo)空燃比的脈譜圖，算出該工況下排氣中的目標(biāo)氧濃度。然后將目標(biāo)值與實測值進行比較，求出偏差量，并對偏差量進行修正，確定最終的噴射持續(xù)時間。

結(jié)語：

汽車的應(yīng)用是世界發(fā)展趨勢的必然選擇，在人類的生產(chǎn)生活過程當(dāng)中，汽車的應(yīng)用價值已經(jīng)遠遠的超出了人們的想象。但是隨著世界能源消耗的日益嚴(yán)重只有不斷的改善汽車在能源方面的使用效率才是長遠之計。而缸內(nèi)直噴稀薄燃燒技術(shù)不僅解決了缸外直噴所帶來的燃油消耗，還解決了缸內(nèi)燃燒中汽油燃燒不完全的問題，使其達到了在稀薄程度中汽油燃燒的最佳空燃比。有效的促進了我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為我國汽車稀薄燃燒技術(shù)在以后的應(yīng)用發(fā)展過程當(dāng)中打下了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]高淑彥.汽油機稀薄燃燒與缸內(nèi)直噴技術(shù)[J].民營科技，2016（8）：36-36；

[2]趙寶平，董旻.淺析汽油機稀薄燃燒控制技術(shù)[J].汽車與駕駛維修：維修版，2016（9）：32-35.