(接上期)

　　10.4　燃烧

　　◆热力学优越性

　　与进气道喷射或壁面引导缸内直接喷射燃烧过程相比，梅塞德斯一奔驰公司开发的油束引导燃烧过程在热力学上具有明显的优越性。

　　与λ=1运行的进气道喷射汽油机相比，缸内直喷式汽油机在充量分层运行时具有明显大的潜力。这主要是由于充量稀释大大降低了气体温度，这样在快速燃烧和减少壁面热损失的情况下能够提高热效率。而不像在量调节运转的汽油机上那样主要是会导致废气损失的增大。除了实际的气体效应和换气损失降低之外，还由于良好的一次雾化改善了燃油的转化效率，并且在喷油策略和点火时刻方面具有较大的自由度，汽缸壁面和活塞顶的润湿现象减少，燃烧也更快速更完全，因此能够获得有利的热力学燃烧重心位置，低的HC排放，同时发动机还能在更大的特性曲线场范围内实现充量分层运行。

　　◆多次喷射策略

　　首先，压电喷油器的开闭十分迅速，能够在发动机一个工作循环内以非常小的间隔时间实现多次喷射，因此为各种喷射策略的转换提供了全新的可能性(图125)。

　　◆充量分层运行

　　在直喷式汽油机燃烧过程开发中应用了三维流动模拟计算。在图126左图上的纵剖面示出了在火花塞范围内的油束油滴、用过量空气系数表示出的混合汽油雾和用温度描述的点火后形成的燃烧火焰。由于在点火部位的混合汽成分最易着火的时刻点火，因此在多次喷射情况下火焰传播得比单次喷射时快。

　　对多次喷射进行的着火和燃烧模拟计算所表明的这种有利的效应已在试验中得到了证实。图126右图示出了喷油结束和点火时刻之间时间间隔对不着火频率的影响。在无断火范围内，在保持喷油结束时刻不变的情况下可以改变点火时刻。采用三次喷射的无断火范围要比采用双次喷射时明显大。喷油终了时的喷油量越多，三次喷射对混合汽形成的有利作用就越大。在大负荷工况分层运行时，与双次喷射相比，借助于三次喷射能够明显地改善发动机运转的粗暴度，而且采用三次喷射还能改善混合汽油雾的均质化，加快燃烧速度，从而提高燃烧效率。由于在三次喷射情况下主燃烧结束得较快。因此在燃烧重心位置相同的情况下能够采用较晚的喷油终了和点火。

　　◆均质运行

　　在均质运行时。在高达4000r／min的空负荷转速范围和需要65％以上的负荷范围内采用进气行程期间的双次喷射，如图125中的第①喷油策略情况。借助于这种双次喷射易于达到较高的充气效率和较低的噪声。在其余的特性曲线场范围内，则采用进气行程期间的单次喷射来实现均质运行。

　　◆启动和暖机

　　启动阶段对发动机满足废气排放限值要求具有十分重要的意义。为此，在启动时采用在压缩行程喷油的方式，能够获得相对较低的排放，并附带开发出了一种对催化器迅速加热特别有效的喷油策略。在直喷式汽油机上所应用的催化器加热策略被称之为“均质分段运行”，即一部分喷油量在进气行程期间喷射，而另一部分喷油量在压缩行程期间喷射，即采用图125所示出的第③种喷油策略，能使混合汽的着火性得到了明显的改善。此时，喷油量分成3次喷射：第一次喷射在进气行程期间进行，第二次喷射在压缩行程期间进行，而第三次喷射只有非常小的燃油量，直接送到火花塞附近，因而能够采用极其晚的点火时刻，并再次改善了噪声。采用这种喷油策略能够用较少的燃油量，在降低HC排放的同时获得较高的排气歧管和催化器温度(图127)。因此，开发成功了一种用于直喷式汽油机催化器加热的方法，使得直喷式汽油机能够满足目前所有的排放标准限值，并提供了达到未来废气排放限值的潜力。

　　10.5　排气后处理方案

　　这里所介绍的直喷式汽油机机型，由于具有较高的效率，在无节流充量分层运转和接近怠速运转工况点时的废气温度有可能低于200℃，另一方面对全负荷工况时催化器涂层的高温稳定性的要求应保持不变，另外还应顾及到存储式NOx催化器起作用的温度窗口大约在250～500℃范围内。

　　◆催化器

　　根据上述这些边界条件来确定废气后处理装置的方案，如图128所示。废气后处理从靠近发动机的三元催化器开始，以便尽可能快地达到催化器的起燃温度，并尽可能减少催化器前不稳定流动中的热损失。

　　为了避免存储式NOx催化器(NSK)的温度过高，将其安置在地板下面。为了精确地调节存储式Nox催化器，在其前应用了一个温度传感器，而在其后应用了一个NOx传感器。NOx传感器用于对存储在发动机电控单元中确定NOx存储器加载和卸载的模型进行标定，并确保在汽车整个使用寿命期内NOx排放始终满足排放限值的要求。

　　◆存储式NOx催化器的控制

　　在充量分层运行时，氮氧化物被存储在每排汽缸各自的存储式NOx催化器中，通过短时间的λ<1的均质运行，存储在其中的氮氧化物被转化成氮。

　　用于存储式NOx催化器的运行策略是按照获得最大燃油耗优势的原则来选用的。因此，为了进行存储式NOx催化器的再生，首先要利用均质运行状态。而为了优化发动机运转状态的转换，必须随时了解存储式NOx催化器氮氧化物的负载状况。为此，要利用存储在电控单元中的模型，该模型可以从各个运转工况点的NOx原始排放量计算出存储式NOx催化器上累积的NOx质量。在进行再生期间存储式NOx催化器上要去除的负载量由模型进行计算，达到零点，再生就结束。同时，位于存储式NOx催化器后面的NOx传感器对再生过程进行监测。如果识别出废气中的NOx变浓，即是存储式NOx催化器再生过程应该结束的信号，再生过程同样也会停止。

　　存储式NOx催化器可以从各种不同的背景开始进行再生：

　　①NOx传感器识别到存储式NOx催化器出现NOx“决口”：如果NOx传感器识别到事先确定的NOx外溢量，则表明NOx催化器的负载量已达到极限必须进行再生。因为NOx传感器只有在NOx的数量可以测量到的时候才能作出反应，这样就将NOx催化器开始进行再生的可能性与微小的NOx外溢量联系了起来。

　　②利用发动机现有的均质运转状态：如果由于司机对扭矩的要求或者诊断或匹配的需求必须转换到均质运转，那么就要检验在该运转工况点及其当时NOx催化器负载状况下进行再生是否合理，因为每次发动机短时间采用浓混合汽运转进行NOx催化器再生就意味着燃油耗的微小提高，只有在NOx催化器负载量高的情况下进行再生才是合理的。NOx催化器进行再生的负载量界限是与发动机的运转工况点有关的。

　　图129示出了在新欧洲行驶循环(NEFZ)中这些运行策略的转换，图中曲线表示出了存储式NOx催化器的温度及其NOx的负载情况。由于具有较高的负载能力，首次再生在625s以后才开始进行。在均质怠速运转阶段，由于废气富油，存储