随着排放法规的加严,1998年三菱公司在4G93型直喷式汽油机基础上又增加了新的排气净化技术,研制成功了第二款4G15型GDI直喷式汽油机,其主要内容是采用二次喷射和后喷射技术等。
5.1.二次喷射技术
GDI直喷式汽油机因在分层稀燃运行时的火花塞点火时刻,缸内的分层混合汽只占据缸内的一小部分空间,其它空间只有极微量的燃油存在,而且燃油的蒸发使得缸内温度偏低,点火后火焰在传播过程中逐渐减弱,易熄火,使得混合汽不能充分燃烧而产生积炭。
二次喷射技术是指在晚喷油的分层混合汽运行时,在进气行程中先喷入额定油量的1/4,形成极稀的均质混合汽,在压缩行程后期再次喷入剩余油量,形成分层混合汽。这样,在火花塞点火之前,缸内混合汽的状况是在超稀的均质混合汽背景下,在火花塞周围存在较浓的分层混合汽。在火花塞点火时,首先在较浓的分层混合汽区域形成较强的火焰,再迅速向超稀混合汽空间传播,由于火焰较强,可点燃超稀混合汽,而稀混合汽的燃烧又反过来促进浓混合汽的再次燃烧,使燃油充分燃烧,这就减少了积炭的产生。
采用二次喷射的GDI直喷式汽油机的压缩比可提高到11:1,使发动机的输出功率提高10%。
5.2.后喷射技术
新型的GDI直喷式汽油机使用三元催化转化器和稀燃NOx催化器组合的净化装置,它们的起燃温度一般为250℃。通常,发动机从冷车启动到排气温度升高至250℃约需100s,在这段期间内排气中的有害成分较高。为了提高该段期间内HC和NOx的净化效率,采用后喷射技术可有效地加快排气的升温,大大减少排气中的有害成分。
后喷射是指在发动机冷车怠速运转时,除了在压缩行程后期喷射燃油外,在做功行程中再次喷射少量燃油,在缸内高温高压燃气的作用下点燃而二次燃烧,并当排气门打开后可在反应式排气管(相当于小型热反应装置)中补充空气继续燃烧,加快排气温度的升高。二次喷射直至排气温度达到800℃时才结束,这样催化器的起燃时间缩短到了20s,大大减少了发动机启动和暖机阶段的HC排放(图87)。