文档介绍：当代缸内直喷式汽油机(十二)汽油机缸内直喷
4 燃烧特征 部分负荷特征 依据图97所表示出的直喷式和进气道喷射汽油机的示功图，能够分析出这两种机型的燃烧特征，二者的燃烧过程分别在空燃比为27和下进行。从图97能够看出，即使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，而且因为直喷式汽油机含有较高的充气效率，因此在压缩行程早期就含有较高的汽缸压力，燃烧开始后的放热率也显著较高，继而达成更高的峰值压力，因此它含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经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输过程，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张采取晚喷射模式空燃比为40的分层混合汽燃烧时拍摄的照片能够看出，火焰关键在燃烧区的涡流下游扩散。在燃烧早期，可看到蓝色火焰包围着光亮火焰，这表明火焰扩散比较稳定。火焰依据活塞的形状经过和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，其火焰起初也关键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，即使其喷油量几乎是分层混合汽燃烧时的倍。
另外，丰田企业还试验研究了分层混合汽燃烧的稀燃极限和NOx排放，图99所表示。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率而改变。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础型发动机的燃油耗降低率。阴影区是扭矩波动极限。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％，NOx排放也大大降低，当然效果并不如预混合稀燃发动机显著。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。
中等负荷特征
因为伴随负荷的增加，喷油量增大，若在火花塞周围存在过浓的混合汽会生威大量的黑烟，所以分层混合汽运行方法在高负荷区受到限制，只能采取均质混合汽燃烧。不过，均质混合汽运行和分层混合汽运行所需要的空气量和节气门开度有很大的差异，这可能造成两种运行工况下发动机输出扭矩的不连续性。所以，在介于高低负荷之间的中等负荷运行工况区域采取前面所介绍的“两段喷射”就能处理这个问题，取得准分层混合汽运行和连续的扭矩特征，而且不会生成黑烟，图100所表示。
高负荷特征
如前所述，高负荷时采取均质混合汽燃烧。不过，为了实现低排放和高动力性能，其间依据运行负荷工况的不一样分别采取稀燃、化学计量比混合汽燃烧和加浓控制。5应用EGR和催化器降低NOx排放
这种直喷式汽油机采取EGR来降低机内的NOx原始排放。EGR对NOx排放、燃油耗和扭矩波动的效果示于图99。当EGR率增加到35％时，同时降低了NOx排放和燃油耗。比无EGR的分层混合汽运行时的NOx排放降低了88％，燃油耗比化学计量比均质混合汽运行时降低了％，而扭矩波动仍在许可范围内。
不过，即使采取高EGR率，NOx排放的降低仍不足以达成日本10－15工况法