1.控制策略。 菱4G93型GD直喷式汽油机是以批量生产的4G93型进气道喷射汽油机为基础开发而成的,如图488所示,三菱GD直喷式汽油机为了在部分负荷时能获得比柴油机更好的燃油经济性,而在高负荷时又能达到比传统多点进气道喷射汽油机更好的动力性能,在混合气形成和燃烧过程组织方面采用了的控制策略如表4-2所示。
①直立式进气道产生强烈的反向滚流,即旋转滚流方向与传统的卧式(水平)进气道产生方向相反的滚流。
②活塞顶小型球形燃烧室凹坑。
③高压燃油泵和电控旋流式电磁喷油器。
2.主要技术。
(1)直立式进气道进气道喷射汽油机采用的是传统的水平进气道。而GDI直喷式汽油机采用的是从气缸盖顶部进气的具有独特形状的直立式进气道,如图4-91所示。在进气行程中吸人的空气通过直立式进气道被强制沿同侧的气缸壁面向下流动,形成与传统进气道汽油机反向的旋转气流,这样缸内气流就能将喷射的燃油束和燃油蒸气输送到位于气缸中央的火花塞周围,这是GDI直喷式汽油机成功的关键。由于直立式进气道的固有特性是具有较高的流量系数,因此能改善发动机在最高转速范围内的动力性能,并有助于在气缸盖上为布置喷油器提供空间。如果选择传统的水平进气道布置方案,则燃油束的方向要朝向活塞顶凹坑就会变得较困难,因为喷油器与活塞顶面之间的角度取决于水平进气道下方可利用的空间进气道喷射汽油机采用的是传统的水平进气道,而GDI直喷式汽油机采用的是从气缸盖顶部进气的具有独特形状的直立式进气道,如图4-91所示。在进气行程中吸入的空气通过直立式进气道被强制沿同侧的气缸壁面向下流动,形成与传统进气道汽油机反向的旋转气
流,这样缸内气流就能将喷射的燃油束和燃油蒸气输送到位于气缸中央的火花塞周围,这是GDI直喷式汽油机成功的关键。由于直立式进气道的固有特性是具有较高的流量系数,因此能改善发动机在最高转速范围内的动力性能,并有助于在气缸盖上为布置喷油器提供空间。如果选择传统的水平进气道布置方案,则燃油束的方向要朝向活塞顶凹坑就会变得较困难,因为喷油器与活塞顶面之间的角度取决于水平进气道下方可利用的空间。为了在流量系数与反向滚流强度之间寻找到最佳的折中,对直立式进气道进行了优化设计。如图4-92所示,在气门座的排气侧壁面上设计了一个凸起,而在气缸套侧的壁面上设计了一个凸台。前者削弱了通过气门座向排气侧的流动,而后者可使得气门座上游的气流层状化并向下引导流动,因此向排气侧的流动减弱,而同时增强了向气缸套侧的流动,从而使得滚流比(滚流旋转速度与发动机转速之比)能增加到1.8,而流量系数比传统进气道喷射汽油机的水平进气道高10%。高的流量系数是增加发动机最高转速范围内转矩所必需的,而强烈的反向滚流对分层充量燃烧的稳定性起着重要的作用。
(2)活塞顶形状及其球形燃烧室凹坑活塞顶小型球形燃烧室凹坑如图4-93所示,其形状设计得使油東撞击到其壁面后能转向火花塞,而球形凹坑排气侧的壁面形状使得沿气缸套壁向下运动的空气流在撞击到凹坑壁面后折转向上流动,因此这样的设计有助于增强反向流,同时也适合于将反向滚流的旋转动量一直保持到压缩行程终了。活塞顶面排气侧的形状使得在活塞向上运动到上止点附近时,活塞挤流从排气向进气侧流动,促进了凹坑内的燃烧,而燃烧后期活塞向下运动时活塞反向挤流使得火焰向排气侧扩散,有助于整个气缸中充量的完全燃烧。
3.高压燃油泵。
菱GDI直喷式汽油机采用具有较高容积效率的摆盘式轴向柱塞高压燃油泵,如图4-94所示。为了简化燃油系统,选用了无进油计量功能的柱塞泵,喷油压力由高压燃油的溢流来调节,这增加了燃油消耗的压缩功。为了减少压缩功,选用了相对较低的5MPa喷油压力。喷油压力的降低也有助于泵油装置的可靠性。这种燃油泵被安装在气缸盖上,并由根凸轮轴直接传动。发动机直接驱动燃油泵最主要的缺点是在发动机启动,即发动机转速最低时的燃油供应不足。为了补偿其不足,就像在传统的进气道喷射汽油机上的情况一样系统中还采用了供启动用的油箱内电动输油泵,并用高压调节器中的一个压力转换电磁阀来实现,如图4-95所示。在进气道喷射汽油机情况下,发动机的启动会受到因在进气道壁面上形成燃油薄膜而导致燃油输送滞后的影响;而在直喷式汽油机上,燃油是直接喷入气缸的,因此其启动性能极佳,在诸如发动机长时间运转后的热态再启动和低环境温度等较为严酷的条件下,发动机能够在1.5s内启动。
式运行时,燃油在进气行程期间喷入气缸,环境压力近似等于或略低于大气压;而以晚喷油模式运行时,燃油在压缩行程后期喷入已被压缩到0.3~1MPa压力的空气中,作用在油滴上的阻力随着周围空气密度的增加而增大。如图4-99所示为油束在不同环境压力空气中的扩展。在环境压力较低时,油束具有扩散较大的空心锥体结构;而在环境压力较高时,较高的阻力使得油束变成了扩散较小的实心锥体且贯穿度被抑制,正好满足了为早喷油均质混合气模式获得广泛扩散的油束,而为晩喷油分层混合气模式获得紧凑形状的油束的目标要求。
