涡轮增压汽油直喷发动机的燃烧新概念

近年来，通过对直喷汽油机燃油消耗率的不断改进、输出功率的不断提升以及爆震的发生倾向不断降低，使直喷汽油机的应用越来越普遍。由于在高负荷条件下安装涡轮增压器的发动机爆震倾向大幅降低，因此，直喷技术与涡轮增压技术被认为是高度兼容的。此外，通过使用涡轮增压器，可以减小发动机的尺寸、提高扭矩并增加发动机负荷能力，使车辆保持动力性的同时，协同改进发动机的燃油消耗率。

直喷技术的另一个优点是气体分层混合。发动机起动后，直喷技术允许更大程度的喷射灵活性，以形成分层混合。利用直喷技术的高燃烧稳定性，可以延缓点火，实现催化剂起燃，该技术也是一种非常有效的解决尾气排放问题的技术。因此，提出了混合燃烧新概念，即在稳定的分层混合燃烧前提下，改善直喷发动机的输出功率。将常规的壳型浅腔活塞换成盘式弯曲活塞，同时，在活塞上增加一个小唇以促进分层。另外，优化了喷射角和进气口，以最小化流动扰动，加强缸内气体的流动。此外，对这种新概念燃烧进行测试，通过测量发动机输出功率以及观测发动机在催化热起动模式下的燃烧情况得到以下几点结论。①全新燃烧概念设计是在确保与传统概念燃烧具有相同稳定性的前提下，强化缸内紊流，提高输出功率。通过优化进气口，进一步加剧缸内气体的流动，相对于传统的概念燃烧，新概念燃烧功率提高4.7%。②在催化剂预热模式下，增加稳定滚流比、缸内湍流强度与发动机输出功率并没有直接的关联。但调整进气口与具有加强气缸内流动的唇口位置相匹配是非常重要的。③在催化热起动模式下，布置在活塞排气一侧的唇口可以提高燃烧稳定性，并减少废气排放。在这种情况下，一个有效措施是选择一种端口形状使主进气气流朝进气侧的唇缘方向旋转。

Shinichi Mitani et al. SAE 2014-01-1210.

编译：郭明超