【编者按】2011年7月14日，2011第八届中国（长春）国际汽车博览会（长春车展）盛大开幕。搜狐汽车作为本届车展官方合作伙伴，派出了强大的记者团队全程进行报道。7月16日，中国长春先进车辆与集成技术国际论坛成功召开。在此次论坛中，上海交通大学的许敏教授做了演讲。

上海交通大学的许敏教授

　　吕健波：下面有请上海交通大学的许敏教授。

　　许敏：大家下午好！在这张幻灯片上可以看到我们GDI发动机的发展情况，它是在1996年引入的，之后很快在欧洲、日本的公司推出了第一代的GDI发动机。GDI的发动机在发展过程中有很多的里程碑事件。这是第一代GDI的发动机，也就是在1990年代到这一世纪开始的时候，从2005年开始，第二代就出现了，现在已经是第二代GDI发动机了。主要的技术有燃烧系统的发展所提出的挑战，所以我们可以看到，在这个发展过程中，目前已经有非常多的开发成果。而且很多的产品已经投入了生产。我们看到现在有越来越多的改善，从而提升燃油的效率。这是一个非常成熟的技术，但是我们面临着碳排放和能源效率的压力，所以我们现在也开始起动第三代发动机的开发。现在已经有一些公司，丰田、福特、大众、保时捷在开始开发GDI发动机的产品。开发更多的高压缩率的GDI的发动机，我们很快会看到通过第三代发动机开发，进一步提升燃油效率。现在世界范围内第二代都非常好地投入了商业使用，超过50%的市场份额，而且还在继续增长。中国刚刚推出了GDI的应用，吉利去年推出了，但是现在量还不是很大。现在很多中国企业，包括一汽正在大力发展GDI。

　　今天我主要跟大家重点谈一下GDI的发动机，有什么重点的挑战。我在这一页上列出来了目前中国公司在开发GDI发动机的时候面临的常见问题。

　　排放的问题。我们知道在提升了功率密度的时候，就会造成排放方面的问题，有不稳定的燃烧，我们有良好周期的燃烧，不燃烧的图片。我们面临着诸多的问题，如何解决这些问题呢？毫无疑问我们可以通过一些技术方面做相应的分析，了解燃油的使用率，还有混合区域，以及大的周期性的变化。对我们来说需要了解的是喷油器，以及在喷油激光诊断方面我们应该找到一个正确的角度。

　　有五个步骤。第一个步骤我们需要开发一个非常特殊的喷油器，它们会提供油料的注入。不同的GDI发动机燃烧系统也是不同的。最后我们需要做很多的激光工具测量，我们可以使用这些信息开发相关的体系。

　　第二个步骤，我们要做好机缸内的流程开发，我们还需要将喷油器和注入系统、燃烧系统实现匹配。我们使用很多的激光诊断技术，不仅需要了解现象，还能够帮助我们制订出新的实证的模型帮助我们制订燃烧提高。我们必须使用这些独特的模型做模拟，我们知道不可能通过一次实验就得出最好的答案，我们需要通过模拟了解什么是最好的配制。

　　对于所有的公司来说，他们如果已经开始生产GDI发动机，都会成为一个非常强大的团队做工作。大多数最终的优化的燃烧系统，都是CFD的建模直接的成果。所以说CFD发挥着非常关键的作用。在整个GDI发动机开发过程中，目前任何商业的CFD模型，在做决策，做精确度，尤其在预测气缸内的流程还不是做得特别好。这就是为什么我们需要成立一个非常强大的研发团队，还需要成为一个CFD的团队。你需要把你的多缸的发动机最后进行排放的分析，做一个细致的发动机的开发。所有的这些部分都是非常重要的，不幸的是，不是太多的中国大学或者公司到现在有这样的能力做GDI引擎的开发。但是我们认为GDI最终将会成为中国的汽车市场最主要的产品。

　　为了能够做第三代的GDI，在上海交通大学，我们开发了所有的内部的能力建设，并且我们也是希望能够与现在的世界上最佳做法有一定的区别。首先在喷油部分，全世界都在使用喷油压力获得良好的喷油，都是不断地增加喷油压力，把燃油分成细小的颗粒。但是这种高压意味着非常多的成本，这对中国的公司来讲不是这么简单的事情。因为他们没有办法进行高压喷油系统的投入。按照我们可以把燃油温度作为一个重要的参数改变喷油的特性，我们可以进行两个阶段的喷油，通过增加燃油温度来实现。这样我们可以有非常细的相当于它本身出现一个沸腾状态的喷油。通过这种方式，我们还必须要理解这种闪沸的方式。我们需要有一个非常好的喷油器，这样才能非常好地控制。第二我们需要有一个非常好的发动机，才能够把整个的特殊系统的喷油系统以及整个内燃系统进行很好的结合。这样我们必须要优化多缸发动机的圆形。如果你看一下传统的八喷油器喷射流是非常大的，这个过程会出现排放的问题，或者是油的氮化的问题。我们需要看一下喷射的压力，当它喷入内缸的时候，需要增压，当然喷出来的油会更细一些。

　　但是喷射的过程中会有一个燃油的曲线，这个地方燃油不需要你蒸发，如果你把燃油温度从30度增加到60度，这个不难做到，我们知道尾气的温度很高的。燃油就会喷入第二阶段的区域里面，我们可以看到这个角度相对来说比较大一些，内部会有一些蒸汽，蒸汽的颗粒更小一些。这就可以解决目前只有高压系统能够解决的所有问题。我们只要实现高温，非常简单的方式成本也不是非常高，为什么不这么做呢？

　　我们现在也是在主导这一项技术。这也是第二种可以实现喷油效率的方法。为了能够做到这一点，我再次提一下，要更好地了解这些喷油的特征，我们需要建立一个模型，我们需要进行喷油特性的分析，使得这个喷油的渗透角度，这些具体的数字，获得良好的获取，八个喷油变成一个。我们必须要理解整个过程中的微结构，喷射的过程，优化的过程，改变的过程，包括温度的改变。同时我们要了解到喷射区周边空气流动的情况，我们要使用PIV技术，可以更好地理解到这个过程中出现问题。我们还可以使用这样的技术来分析液态阶段蒸汽阶段。这样才能做更好的改进。之前没有人做过。

　　我们也非常想了解这个模式当中出现的泡沫问题，还有把它喷入内缸的时候，在烟雾的环境中有可能出现的情况。通过理解了这些之后，我们就可以产出这样的一个模型，就可以进行预测。

　　我们也需要把这种喷射的模式，还有蒸发的模式，以及内燃的模式进行一些结合。我们这里也是把它用在了我们的新的闪沸的喷射模式中。

　　我们可以看到这个过程中会有很多的泡沫。因为你要看到传统的喷射过程中，会造成大幅度的泡沫产生，但是在这种新的方法当中，在蒸汽或者烟雾的过程中会有一个喷发的过程。这样就会有一些小的颗粒出现，这自然也就是一种新的模型，我们必须要理解这种方法背后的物理的原因。对于相变的过程也是如此。

　　我们看这些泡沫如何在液体喷射过程中出现，而且我们应该进一步地改进整个的气化过程，改进它的雾化过程，并且知道蒸发率如何进一步提升。

　　通过这种方式，我们可以使用非常先进的技术，更好地了解整个的模型的产生，模型的验证，以及放在我们CFD的一个结算器里面，最后就可以获得整个的流程图了。

　　另外一个问题，就是我们必须要使用光学的发动器，然后才能够更好地在系统中有一个光纤的介入。在实际的发动机中每一个工况的情况不一样，过去CFD是一个平均的系统，也是一个普通的系统。我们用了比较小的结构，但是在真正的现实环境中不见得是一个平均的情况，每一个工况情况不一样，我们必须要把这些细节捕捉下来。这里我们要有更大的模拟方式。所以我们可以把这些细节都捕捉到，如何来捕捉这些现有的不断重复的情景，特别在系统内部进行重建。我们开发了一个特殊技巧POD。在其他领域也是非常有名的，不光是在整个的发动机行业中，它被叫做完全的正交结构。它可以让我们捕捉到在实验中，还有数理分析中的一些特性。大家可以找到这些基本的方案，然后用在一些实际的情况中。

　　这里是我们的一个光学发动机，可以看到有一个侧面图，还有一个正面图，可以看到这样的一个喷雾情况，基于这个基础之上，开发了我们的CFD模型。

　　我们有两位教授，包括我，在开发燃油喷射器方面有很多的经验。杨博士也提过了，控制系统是非常重要的，最重要的还是要有促动器。我们在电动离合的过程中如果有非常好的表现，也可以做非常好的电控单元。我们这里有一个多物理过程，能够实现这个过程的优化。我们已经建立了这样的一个磁性模型，还有我们这个系统，还有CFD系统最终能够共同组成闪沸的系统。

　　我在这方面也有了将近十年的经验，在这个领域算是一个专家。我刚才提过了，对于内燃系统来讲，最关键的一个问题，就是爆震的控制。还有就是出现煳雾的问题，还有预点火的问题。如果有非常高的稀释情况，或者说比较高的增压情况下，可能会出现点火失败的情况。

　　这里我们有一些参数，包括残留的一些残渣，或者说喷射策略，阀的定时，阀的提起，压缩率，点火策略，燃油率等等，所有这些加在一起就可以解决这个问题。并且最终我们还想改进关于爆震方面的一些表现，这样我们就可以有比较高的表现，有比较好的预点火，并且能够改进燃烧的稳定性。这是我们过去三年做的一些项目，主要在密西根的一些中心进行支持的。我们跟上汽、一汽、长安合作，帮助他们开发自己的直喷发动机系统。我们刚刚与一汽完成了一个项目。