GDI分層燃燒模式

缸內直噴（GDI）分層燃燒模式是缸內直噴發動機的一種燃燒模式，在部分負荷工況時，GDI 發動機在壓縮行程後期噴油，利用缸內氣流場以及燃燒室的形狀，形成靠近火花塞附近濃度較高，遠離火花塞濃度稍低的分層混合氣。這種分層混合氣的空燃比可達 20-25 ，甚至更大。GDI 分層混合氣的形成依賴於缸內燃燒室形狀、氣流運動與噴油參數的精確配合，對控制系統要求嚴格。

基本介紹

• 中文名：GDI分層燃燒模式
• 領域：汽車

簡介

在能源與環境的雙重壓力下，GDI 汽油機應運而生，其借鑑柴油機噴油方式，將燃油直接噴入燃燒室，避免燃油在進氣道內不能完全蒸發的問題，從而能夠準確控制每個循環噴射燃油量。由於燃油直接噴入燃燒室，在變工況尤其是冷啟動工況下，不需噴入過多的燃油，未燃 HC 量會明顯下降，並且發動機的瞬態回響性明顯提高。同時，燃油直接噴入燃燒室，燃油在燃燒室內的蒸發能夠降低燃燒室溫度，在增加發動機進氣效率與壓縮比的同時降低了發動機爆震的傾向。隨著 GDI 汽油機的發展，其逐漸也演變為兩種燃燒方式：GDI 均質燃燒模式、GDI 分層燃燒模式。

實現方式

目前實現分層燃燒的方式有三種：壁面引導方式、氣流引導方式、噴霧引導方式，見圖 1所示。

圖1 GDI 燃燒過程分類

壁面引導方式

在該種引導方式下，火花塞安裝在燃燒室中央，而噴油器與火花塞相距較遠，燃油油束朝活塞頂部噴射，藉助活塞頂部與燃燒室的結構加上缸內的氣流的相互作用，可燃混合氣被傳送到火花塞附近。由於此種情況下燃油首先被噴入活塞頂部經過氣流運動再到達火花塞，因此在活塞頂部會有油膜的存在，在冷啟動工況下，該部分油膜不能全部蒸發燃燒，從而會導致未燃 HC 量有所增加。同時該種方式對發動機的噴油正時、點火正時以及缸內的氣流運動要求較高。

氣流引導方式

採用該種方式的直噴汽油機與壁面引導型汽油機不同的是，氣流引導式是將燃油油束直接朝火花塞的方向噴射但不直接噴到火花塞，利用缸內的氣流運動將混合氣送到火花塞附近，因此該種引導方式對缸內氣流運動具有強烈的依賴性。理論上講該種燃油噴射方式不存在活塞頂部的油膜以及燃油著壁現象，可提高汽油機的燃油經濟性與減少污染物的生成。要成功運用該種噴油方式需準確控制好燃油噴射與氣流的匹配，因此該種方式的實現具有一定的難度，目前套用比較少。

噴霧引導方式

與前面兩種引導方式不同的是該種燃油噴射方式中，火花塞與噴油器的位置相對較近，在噴油器附近很容易產生較濃混合氣，同時缸內易形成分層混合氣。該種方式形成的混合氣受燃燒室與缸內氣流運動的影響較小，因而實現相對容易一些，這種噴霧引導方式也被專家認為最具實現分層燃燒模式的潛力。但是由於火花塞與噴油器位置較近，會導致火花塞積碳，降低火花塞的使用壽命。

優點

缸內直噴發動機在中、小負荷工況時採用分層燃燒模式，燃油濃度梯度呈現梯度分布，即在缸壁附近分布的大部分是空氣，有效地防止了熱量傳遞給缸體水套，提高了燃燒的熱效率。

進氣道噴射發動機在冷起動過程中，缸內溫度低，油氣蒸發不完全，致使實際噴油量遠遠超過了按理論空燃比計算得到的噴油量，而且在冷起動時易出現失火或不完全燃燒現象，使HC排放增加。相反，缸內直噴技術發動機可以精確的控制每個循環的空氣與燃油比例，結合分層燃燒直接起動技術，可以降低冷起動時的 HC 排放，瞬態回響好。