淺析汽油缸內直噴（GDI）的稀薄燃燒技術

方軍

摘要：汽車已經成為了我們生活中必不可少的一部分，科學技術的提升和經濟實力的提高，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能的效果又提出了更高的要求，并且隨著經濟環境的提升，能源被大量的消耗，也迫使汽車向節能減排技術上努力發展。而在最小的消耗中實現最大的動力，一直是人們心中迫切渴望的，發動機汽油缸內直噴稀薄燃燒技術的出現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。

關鍵字：稀薄燃燒；控制技術；排放控制

引言：

發動機的工作原理是依靠內燃機燃燒汽油產生推動力，從而實現保障發動機的工作系統的正常運行。發動機是汽車的動力中心，而各個氣缸就是為發動機而服務的，每個氣缸的具體工作范圍及職責都是一樣的。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不斷的獲得動力。這種動力的提供者，就是在缸內不斷燃燒產生爆炸力的汽油。噴射方式的不同可以決定汽油在缸內燃燒的效率。缸內直噴稀薄燃燒技術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

根據氣缸內渦流形式的不同，分為軸向分層稀薄燃燒和縱向分層稀薄燃燒；根據噴射方式不同，分為氣道噴射（PFI）稀薄燃燒和缸內直噴（GDI）稀薄燃燒。GDI發動機的經濟性和排放特性明顯優于PFI發動機。

GDI稀薄燃燒技術包括缸內氣流特性（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，在氣缸內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量對缸內混合氣質量的影響，減小泵氣損失，更容易實現稀薄燃燒，且混合氣A/F范圍變寬，有利于進一步改善發動機的經濟性和排放特性。

GDI發動機壁面導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向氣缸上部流動，配合燃燒室內形成的擠流，在火花塞附近形成濃混合氣。氣流導向方式通過燃燒室結構形狀設計，配合進氣道的導向作用，在氣缸內形成渦流和滾流，配合噴射時間實現混合氣濃度分層分布，在適當位置設置火花塞可靠點燃混合氣。

二、稀薄燃燒控制技術

缸內直噴技術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。為了提高發動機整體的工作效率，我們的稀薄燃燒技術是在汽車電腦的精確控制下進行工作的，當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，使我們的發動機噴油系統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.

1.GDl分層稀薄燃燒

缸內直噴汽油機的啟噴壓力為2 MPa，采用螺旋氣道在缸內產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。對應噴射時間控制點火時刻實現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，新鮮氣體帶入噴油區，依次循環工作。

2.GDI滾流分層稀薄燃燒

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

（2）采用直立式進氣道，進氣過程中在氣缸內直接產生進氣滾流，結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，能有效改善發動機的經濟性和排放特性。

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，霧化時間不足，油氣不能充分混合，在燃燒室內產生局部混合氣過濃。

（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率過高會導致進氣中新鮮空氣過少，即再循環廢氣會導致燃燒變差。

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催化轉化器。當前的稀燃NOx催化轉化器包括富氧條件下的沸石和貴金屬催化轉化器，NOx捕集器，選擇性de-NOx催化轉化器以及等離子系統。N0x儲存還原催化技術有很高的轉化效率，在稀薄燃燒的條件下，其對NOx的轉化效率可達到90%以上，同時可對Hc和NO進行很好地轉化。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

利用空燃比傳感器測出排氣中的氧濃度，由此求出該循環空燃比的大小，進行下一循環空燃比的反饋控制。空燃比傳感器輸出的信號為模擬信號，對該信號進行A/D轉換，經調幅等前處理后，再輸入到ECU中進行排氣中氧濃度的測量，并利用儲存在ROM中由發動機工況確定的目標空燃比的脈譜圖，算出該工況下排氣中的目標氧濃度。然后將目標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時間。

結語：

汽車的應用是世界發展趨勢的必然選擇，在人類的生產生活過程當中，汽車的應用價值已經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。而缸內直噴稀薄燃燒技術不僅解決了缸外直噴所帶來的燃油消耗，還解決了缸內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業的發展，為我國汽車稀薄燃燒技術在以后的應用發展過程當中打下了堅實的基礎。

參考文獻：

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