利用新型里卡多渦輪增壓噴霧引導(dǎo)汽油直噴(T-SGDI)內(nèi)燃系統(tǒng)，四缸發(fā)動(dòng)機(jī)可在發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)圖的大范圍區(qū)域內(nèi)以幾乎無節(jié)流的模式運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相近的前所未有的高燃油效率，且可兼容柴油和E85及M40汽油。

作為提高火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率的一種方法，分層燃燒的理念早在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)誕生之初就已出現(xiàn)。這種技術(shù)有助于避免與進(jìn)氣節(jié)流閥有關(guān)的泵損，從而提高燃油效率。隨著高壓燃油噴射系統(tǒng)的問世，分層燃燒技術(shù)自1990年代末期起被越來越多地用于商業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品，以期在部分負(fù)載行駛情況下提高汽油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率。

在這種行駛條件下，此類內(nèi)燃系統(tǒng)的早期設(shè)計(jì)效率承諾得以實(shí)現(xiàn)，燃油效率在2000r/min的轉(zhuǎn)速和2bar制動(dòng)平均有效壓力(BMEP)下達(dá)到約290g/kWh。盡管取得了這些成就，但該技術(shù)的監(jiān)管駕駛周期內(nèi)的預(yù)期效率收益并不能完全轉(zhuǎn)化為真實(shí)利益，而造成這種現(xiàn)象的原因主要在于，即使是噴霧引導(dǎo)分層燃燒技術(shù)也只能局限于低速、低負(fù)載運(yùn)行的駕駛條件下。

里卡多著手研發(fā)新型渦輪增壓噴霧引導(dǎo)直噴(T-SGDI)燃燒系統(tǒng)技術(shù)之時(shí)，其初始目標(biāo)是設(shè)計(jì)出高效、低NOx的燃燒流程，且可在最為惡劣的駕駛條件下穩(wěn)定運(yùn)行。通過2008~2011年間與PETRONAS Research Sdn Bhd合作，里卡多證實(shí)T-SGDI發(fā)動(dòng)機(jī)可以突破分層燃燒技術(shù)此前的局限。

回顧這次研究，人們發(fā)現(xiàn)原來的分層燃燒解決方案缺失了增壓(boosting)這一環(huán)節(jié)。里卡多四缸2.0L Volcano汽油研究型發(fā)動(dòng)機(jī)采用新型增壓T-SGDI燃燒系統(tǒng)，能夠顯著提高燃油效率，并能夠在高達(dá)15bar的BMEP水平下實(shí)施分層燃燒，令此前技術(shù)望塵莫及。在“典型”的2000r/min、2bar BMEP水平下，稀薄分層T-SGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)馬力油耗(BSFC)僅為277.5g/kWh，而同質(zhì)lambda 1模式下的BSFC為370g/kWh。不過，在10bar BMEP和40Nm扭矩下，BSFC將下降至與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)?06g/kWh。在2500r/min下，T-SGDI發(fā)動(dòng)機(jī)甚至能超越基準(zhǔn)型EU5四缸1.6L柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的BSFC水平。

CAE引領(lǐng)的研發(fā)流程

為提供模擬工具鏈(tool-chain)以實(shí)現(xiàn)新型T-SGDI燃燒系統(tǒng)的工程生產(chǎn)實(shí)施，研究者必須開發(fā)及驗(yàn)證能夠在正常運(yùn)行情況下可靠模擬燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的流程。流程的第一階段旨在確定所選噴射器和噴射戰(zhàn)略的噴射結(jié)構(gòu)特征。

里卡多與卡迪夫大學(xué)和布萊頓大學(xué)經(jīng)過多年合作，開發(fā)出了標(biāo)準(zhǔn)化激光診斷工具，為這項(xiàng)工作奠定了基礎(chǔ)。這套工具包括一部光學(xué)訪問室(optically accessed chamber)，噴射器向這部光學(xué)訪問室噴射燃油。研究人員分別在環(huán)境條件下和加壓以及發(fā)動(dòng)機(jī)典型運(yùn)行溫度條件下進(jìn)行了測量。在多數(shù)實(shí)施流程中，研究人員使用放電頻率約為10Hz的噴射器，以代表多數(shù)噴射器的平均頻率，并對重要讀數(shù)的變差系數(shù)進(jìn)行了處理。

里卡多CAE經(jīng)理James Mullineux介紹說：“用于驗(yàn)證選定噴射器的詳細(xì)VECTIS噴射模型是模擬新型燃燒系統(tǒng)運(yùn)行情況的第一步。我們并不是在開發(fā)新型汽油噴射器，但我們?nèi)孕枰钥煽康姆绞侥M發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的最新技術(shù)。因此，針對各種新型噴射器類型，對我們的噴霧模型進(jìn)行直接驗(yàn)證，這是非常重要的第一步。在這種情況下，我們使用這套工具精細(xì)調(diào)整VECTIS模型，以期與實(shí)際燃油噴射結(jié)構(gòu)相匹配——包括選定噴射器在各種情況下的微滴構(gòu)成、聚結(jié)和分解、蒸發(fā)和滲透。”