【现代缸内直喷式汽油机(十二)】汽油机缸内直喷

（接上期）4燃烧特性4.1部分负荷特性根据图97所示出的直喷式和进气道喷射汽油机的示功图，可以分析出这两种机型的燃烧特性，两者的燃烧过程分别在空燃比为27和14.7（化学计量比）下进行。从图97可以看出，虽然前者的空燃比是后者的大约2倍，但前者的燃烧速度快且运行稳定，而且由于直喷式汽油机具有较高的充气效率，因而在压缩行程初期就具有较高的汽缸压力，燃烧开始后的放热率也明显较高，继而达到更高的峰值压力，所以它具有较低的泵吸损失和较高的燃烧效率。

图98示出了用高速摄影机通过特制的石英活塞从汽缸底部向上拍摄到的这种新型直喷式汽油机汽缸内的火焰传播过程，照片分别是在燃烧质量百分率为10％、50％和90％时拍摄的。从这3张采用晚喷射模式空燃比为40的分层混合汽燃烧时拍摄的照片可以看出，火焰主要在燃烧区的涡流下游扩散。在燃烧早期，可看到蓝色火焰（图中较暗的火焰区域）包围着光亮火焰，这表明火焰扩散比较稳定。火焰根据活塞的形状（燃烧空间比混合汽形成区更大）通过与周围空气的混合而加速扩散。为了进行比较，将早喷射模式的化学计量比均质混合汽燃烧的火焰扩散相对应地示于图98下部分。此时，燃油在进气行程就融入，其火焰起初也主要在燃烧区内加速扩散。继而很快就扩散到整个汽缸内，其蓝色火焰充满了大部分汽缸，这表明成功地形成了均质混合汽，虽然其喷油量几乎是分层混合汽燃烧时的2.5倍。

此外，丰田公司还试验研究了分层混合汽燃烧的稀燃极限和nox排放，如图99所示。试验条件是发动机转速1200r／min，喷油量12mm3／循环，空燃比随节气门开度和egr率（图中带圈的数字）而变化。图中斜体表示分层混合汽燃烧时相对于用化学计量比均质混合汽运行的基本型发动机的燃油耗降低率。阴影区是扭矩波动极限（由于混合汽过浓而引起缺火）。该图说明发动机在节气门全开和空燃比高达55的条件下仍能稳定运行，且燃油耗降低了30.3％，nox排放也大大降低，当然效果并不如预混合稀燃发动机明显。在如此高的空燃比下稳定运行的事实表明，这种直喷式汽油机在部分负荷工况下确实能很好地在火花塞周围维持易点燃的分层的浓混合汽，较为理想地实现了稀燃分层燃烧过程。

4.2中等负荷特性