汽油机缸内直喷的特点及应用分析
汽油机缸内直喷技术(GDI)
且 比较 容 易进行 混 合 过程 的控 制 ， 本 低 廉 ， 成 因此 成 为 当前 的 主流模 式 。但 是 在该种 导 向模式 中 ． 一旦 在
壁面形 成燃油 附着 ， 使未 燃 Ｈ 会 Ｃ的排 放极 度恶 化 。
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年应 用传 统涡 旋式 喷油 器和逆 向滚流技 术 。 功地 开 成 发 了第 一套商 业用 Ｇ Ｉ Ｄ 系统 。德 国大 众公 司 于 ２ ０ ００
年 向市 场 投 放 了 Ｆ Ｉ 缸 内直 喷 汽 油机 ；０ １年标 ｓ型 ２０ 志一 铁龙公 司开 发 了 Ｈ Ｉ 内直喷 系统 ，丰 田公 司 雪 Ｐ缸 推 出 Ｄ ４ 直喷式火花点火发 动机 。 比而言 。 －型 相 国内对 汽油机缸 内直喷技术的研究起 步喷 技 术原 理 ？ 问 请
答 ： 内直喷 汽油 机稀 薄燃 烧技术 分 为均质 稀燃 缸 和分层稀 燃 两种燃 烧模 式 。 中小负荷 时 。 压缩 行程 在
后 期 开 始喷 油 ， 过 与燃 烧 系统 的合 理 配合 。 通 在火 花
油 导向火 花塞 。 在 火花塞 周 围形成 一定 适合 浓度 的 并
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汽油机缸 内直喷技术（ ＧＤＩ ）
刘 锦文 将 一个 循 环 中 的喷油 量分 两 次 喷 人气 缸 可 以很 好 的
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最终 在火 花 塞 附近形 成 较浓 的可 燃混 合 气 ， 种 这 问 ： 什 么 要 发展 汽 油 机 缸 内直 喷技 术 油 ， 为
之 间 已分 离 ， 它两 根摇 臂 不受 它 的 控制 ， 以不会 其 所 影 响气 门的开 闭状 态 。 发动机 达 到某一 个设 定 的高转 速时 。 电脑 即会 指 令 电磁 阀起 动 液 压 系统 ， 动摇 臂 内 的小 活塞 ， 三 推 使 根 摇臂 锁成 一 体 一起 由 中间 凸轮 来驱 动 。 由于 中间 凸 轮 比其它 凸轮 都高 ， 程 大 ， 以进 气 门开 起 时 间 升 所 延长 ， 升程 也增大 了 。 当发动 机转 速降 低到 某一 个设定 的低 转速 时 。 摇 臂内的液压也随之降低 。 活塞在 回位弹簧作用下退回 原位 。 三根摇 臂分 开 。 整个 Ｖ Ｅ Ｔ Ｃ系统 由发 动 机 电子 控 制 单 元 （Ｃ Ｅ Ｕ）
简述缸内直喷汽油机的原理
简述缸内直喷汽油机的原理
缸内直喷汽油机是一种燃烧室内部直接喷射燃油的发动机。
它的工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 进气阶段：汽缸内的活塞向下移动，使进气门开启，进入混合气。
此时，燃油喷射器关闭，只有空气通过进气道进入缸内。
2. 压缩阶段：活塞上升，压缩进入缸内的混合气。
这种压缩相对较高，确保了燃油完全燃烧。
3. 燃烧阶段：在活塞达到顶点的时候，燃油喷射器开始喷射燃油进入高压喷油器中，并喷射到燃烧室内。
喷油器通过压力和控制系统控制燃油的喷射量和喷射时间。
4. 排气阶段：燃烧后，气体产生高温高压，向外推动活塞下降。
此时进气门关闭，排气门开启，将燃烧后的废气排出缸外。
总体来说，缸内直喷汽油机通过直接喷射燃油进入燃烧室，使燃油可以更充分地与空气混合，提高燃烧效率和动力输出。
这种发动机具有燃油利用率高、动力强、排放少的特点，广泛应用于现代汽车。
缸内直喷简介
因此，在大负荷工况时，一个工作循环中，喷 因此，在大负荷工况时，一个工作循环中， 油器发生两次脉冲信号， 油器发生两次脉冲信号，必须是用瞬时高电压 和大电流“峰值保持型”驱动方式（ 100～ 和大电流“峰值保持型”驱动方式（用100～ 110V和17～20A打开 110V和17～20A打开） 。 打开） 两次喷射”也可在起动工况、 “两次喷射”也可在起动工况、急加速工况出 以调节空燃比A/F的大小 改善使用性能。 的大小， 现，以调节空燃比A/F的大小，改善使用性能。 可见，只有在等速稳定工况行驶，才能节油。 可见，只有在等速稳定工况行驶，才能节油。
检测方法： 检测方法： 可燃混合气较浓， （1）在小负荷工况时 可燃混合气较浓，输出 ）在小负荷工况时—可燃混合气较浓 电压应为0.66v左右；在中等负荷工况时 可燃混 左右； 电压应为 左右 在中等负荷工况时—可燃混 合气较稀，输出电压应为3.3v左右。 左右。 合气较稀，输出电压应为 左右 （2）连续地快速加减油门踏板，输出电压应连 ）连续地快速加减油门踏板， 续的变化，反应时间应为1.1s为好（与传统数据 为好（ 续的变化，反应时间应为 为好 相近， 相近，10s＞8次）。 ＞ 次 3）宽带氧传感器，也有多组故障代码， （3）宽带氧传感器，也有多组故障代码，如： P1133—A/F传感器反应速度过慢； 传感器反应速度过慢； 传感器反应速度过慢 P0171—混合气稀。等等 混合气稀。 混合气稀 等等----
5、高压旋流式喷油器— 高压旋流式喷油器— ECU直接用脉冲电流 由ECU直接用脉冲电流 的宽度， 的宽度，控制喷油量的多 利用特殊的喷孔形状， 少，利用特殊的喷孔形状， 向气缸内喷出旋转的雾状 燃油， 燃油，与挤压涡流快速的 混合，以便点火燃烧。 混合，以便点火燃烧。它 没有进气管沉积油膜的缺 又因喷油压力较高， 点，又因喷油压力较高， 喷油器的自洁功能高， 喷油器的自洁功能高，不 易产生脏堵故障。 易产生脏堵故障。
GDI缸内直喷
缸内直喷（GDI）汽油机燃用空燃比大于18:1或更稀的混合气称为稀薄燃烧。
这样的燃烧方式能同时降低CO 、HC 、NOX的排放，同时，不受巧缸界限的限制，可采用高压缩比，泵气损失小，有利于提高发动机的热效率。
而实现稀薄燃烧主要的技术措施就是分层燃烧技术，即合理地组织气缸内混合气分布，使在火花塞周围有较浓的混合气，空燃比约为12～13，保证可靠的点火；而在燃烧室内的大部分区域具有很稀的混合气，空燃比在20以上以确保正常点火和燃烧，同时也扩展了稀燃失火极限，并可提高经济性，减少排放。
缸内直喷式分层燃烧系统GDI，就是实现分层燃烧的主要系统之一，如Texaco 公司的TCCS、Ford公司的PROCO及日本Satoshi Kato等人提出的OSKA。
缸内直接喷射汽油机与一般汽油发动机的主要区别在于汽油喷射的位置，它将喷油嘴安装在燃烧室内，将汽油直接喷射在燃烧室内。
如下图所示：一般采用低压共轨电控喷油系统，喷射时间可以根据需要灵活调整。
关键在于产生与传统发动机不同的缸内气流运动状态，使喷入气缸的汽油与空气形成一种多层次的旋转涡流。
因此缸内直喷采用了立式进气道、弯曲顶面活塞、高压旋转喷射器等三种技术手段。
如图为弯曲顶面活塞，能根据不同的工况改变喷油时间。
中小负荷的时候，在压缩行程才喷油，在火花塞附近形成较浓的混合气，实现分层；当大负荷的时候，在进气行程喷油，保证燃油跟空气充分混合，预混燃烧，保证大负荷的动力性。
如图所示，缸内直喷采用了立式进气道、弯曲顶面活塞、高压旋转喷射器等三种技术的综合。
为三菱公司缸内直喷发动机的结构。
缸内空气流动－纵向涡流即滚流。
弯曲顶面活塞利用活塞顶凸起形状，增强了滚流强度。
虽然混合比达到40:1，但聚集在火花塞周围的混合气却很浓，很容易点火燃烧。
缸内直喷发动机的优点：（1）发动机的经济获得突破性的改进。
（2）瞬态工况得到改善，可降低对加速加浓的要求。
（3）能快速启动；对启动加浓要求低。
缸内直喷式的汽油机工作原理
缸内直喷式的汽油机工作原理缸内直喷式的汽油机是一种高效的内燃机，它采用了直喷技术，能够更好地控制燃油的喷射和燃烧过程。
这种发动机结构简单，燃油的利用率高，能够在提供足够动力的同时减少尾气排放。
缸内直喷式汽油发动机的工作原理如下：1.压缩行程：在发动机的第一次行程中，活塞从上死点开始向下移动，压缩燃料和空气混合物。
在这里，燃油被喷入燃烧室的底部，然后与空气充分混合。
引入燃油的方式有两种：均质混合和分层注射。
2.点火和燃烧行程：当活塞接近下死点时，点火塞设备会在燃料喷射完成后自动点燃混合气。
点火塞会产生火花，点燃燃料和空气混合物，从而引发爆炸。
爆炸产生的高温和高压推动活塞向下运动，驱使曲轴旋转。
3.排气行程：在活塞运动向上行驶时，废气通过排气门排出。
通过排气管可以将废气导出汽车。
缸内直喷式发动机的特点是可以更好地控制燃油的喷射和燃烧过程，从而提高燃油的利用率和发动机的效率。
这是通过以下几点实现的：1.精确的燃油喷射：缸内直喷式发动机直接将燃油喷射到燃烧室内，而不是喷射到进气歧管。
这种直接喷射的方式可以更精确地控制燃油的喷射量和喷射时间，从而获得更好的燃烧效果。
2.高效的燃烧过程：由于燃油直接喷射到燃烧室内，混合气的温度和密度更高，形成更好的燃烧条件。
这种高温高压的燃烧过程可以提高燃油的利用率，并减少污染物的排放。
3.灵活的喷射方式：缸内直喷式发动机可以根据需要和条件灵活地调整喷射的方式。
根据引擎工作负荷和转速的不同，喷射可以采用均质混合和分层注射两种方式。
均质混合可以获得良好的燃烧效果，而分层注射可以提高低负荷工况下的燃油经济性。
缸内直喷式汽油发动机相比传统的多点喷射发动机具有更高的燃油利用率和更低的尾气排放。
同时，由于直喷系统更加复杂，需要更高的精确度和控制能力，因此缸内直喷式发动机的研发和制造成本也较高。
尽管如此，由于其高效节能和环保的特点，缸内直喷式发动机已经成为了主流的汽车发动机技术。
缸内直喷技术
2、汽车发动机新技术---缸内直喷式
近年来，当代汽车汽车飞速发展，汽车新技术不断涌现和应用，带动汽车性能不断改善。下面就现代缸内直喷式汽油机进行简单介绍。
汽油机的发展经历了100多年的漫长历史，其中具有里程碑意义的发展阶段无不是以油气混合方式和机理的变迁为标志的。
早期的化油器式汽油机依靠化油器喉口气流流速增加所产生的真空度将汽油吸出被高速进气空气流雾化以及汽油油滴本身的蒸发而与空气形成可燃混合汽。油气混合比(空燃比=进气空气质量/燃油质量)取决于化油器喉口的设计和量孔直径，负荷的调节是由节气门的开度来调节进入汽缸的油气混合汽量来实现的，因此属于混合汽外部形成的量调节方式，且没有任何反馈控制。由于汽油-空气混合汽能在相当宽的空燃比范围内点燃，这种不太精确的控制对早期汽油机的正常运行并不存在什么问题。
既然油气混合物能有如此惊人的杀伤力，那在汽车上引入显然也会获得更高的动力和更省油的表现。根据云爆弹原理，大众为高压泵设计了一个非常精巧的结构，通过进气阀的凸轮轴来为油泵提供动力，这样很好的解决了油泵和进气阀之间的正时问题，也提高了燃油效率；同时作为一个纯机械的结构，这个高压泵具备了非常高的可靠性，大众（博世）甚至还设计了一个内部保护回路防止油压过高。可惜的是，大众和博世的设计尽管确保了机械自身的可靠性，但高压燃油轨(Rail)里的高压燃料是无法保护的，为了保证发动机运转的顺畅性，燃油轨中必须保持一定的压力。这个在平时是没有问题的，问题就出在了碰撞上。当发动机受到巨大的外力撞击时，位于发动机前部的高压共轨喷射系统就成了发动机首先受到撞击的部分。
发动机的缸内直喷与涡轮增压
发动机的缸内直喷与涡轮增压发动机的缸内直喷与涡轮增压技术是现代汽车领域的两项重要技术。
它们的使用不仅使汽车性能得到了质的提升，还对节能环保产生了积极的影响。
本文将分析和比较这两种技术的原理、优势和应用。
一、缸内直喷技术缸内直喷技术是指将燃油直接喷入发动机的气缸内部，并在气缸内进行燃烧的技术。
相比传统的多点喷射技术，缸内直喷技术具有以下几个优势。
1. 燃油利用率高：缸内直喷技术能够更加精确地将燃油喷射到气缸内部，确保燃油完全燃烧，提高燃油利用率。
2. 动力性能好：缸内直喷技术使得燃烧过程更加迅速，能够产生更高的喷射压力和更高的动力输出，提升发动机的马力和扭矩。
3. 排放更清洁：缸内直喷技术能够减少燃烧室的冷启动时的燃油残留，降低废气排放，减少对环境的污染。
缸内直喷技术应用广泛，特别是在高性能发动机上的应用更为常见。
例如，现代的涡轮增压发动机、混合动力汽车以及一些高档豪华轿车都采用了缸内直喷技术来实现更高的动力与经济性。
二、涡轮增压技术涡轮增压技术是指通过使用涡轮增压器将压缩空气送入发动机，以提高发动机的进气效果和增加燃油燃烧量的技术。
涡轮增压技术具有以下几个优势。
1. 增加进气量：涡轮增压技术能够通过压缩空气的方式，增加发动机的进气量，提高发动机的效率和动力输出。
2. 降低排放：由于增加了进气量，涡轮增压技术使得燃烧更加充分，从而减少废气排放，降低对环境的污染。
3. 节能：涡轮增压技术可以通过提高发动机的进气效率，降低燃油的消耗，从而实现节能的效果。
涡轮增压技术在汽车领域得到了广泛的应用。
无论是传统燃油发动机还是混合动力车型，涡轮增压都可以提高动力性能和经济性。
三、缸内直喷与涡轮增压的结合缸内直喷技术和涡轮增压技术可以相互结合，实现更好的性能和经济性。
结合的方式可以是将缸内直喷技术和涡轮增压技术同时应用在一个发动机上，也可以是将这两项技术分别应用在不同的发动机上，然后通过机械连接或电子控制实现协同工作。
汽油机缸内直接喷射技术
汽油机缸内直接喷射技术摘要:由于能源枯竭和环境污染情况日益严重,即使是多点燃油喷射这样的技术也不能满足人们的要求了,于是更为精确的燃油喷射技术诞生了,那就是汽油机缸内直接喷射技术。
本文将对汽油机缸内直接喷射技术的类型、结构原理、存在问题等进行简要的论述。
关键词:缸内直喷类型结构原理存在问题近年来,由于能源紧缺和环境污染问题的日益突出,汽车用发动机面临着越来越严峻的考验。
目前为绝大多数汽车所采用的EFI发动机已显出明显不足,主要由于混合气在进气门处形成,汽油雾化不完全、混合气质量欠佳,所以燃烧不充分冷启动排放和燃油经济性较差。
汽油机缸内直接喷射系统则与EFI系统迥然不同,该系统是将汽油直接喷射到气缸里,通过相应的控制手段,可以大大提高发动机的燃油经济性和动力性能,同时大幅度降低排放。
1 汽油机缸内直接喷射技术汽油机缸内直接喷射技术,简称缸内直喷,顾名思义,就是把汽油直接喷射到气缸内。
随着技术的发展,化油器被淘汰后,开始采用汽油喷射技术,按照喷射位置可以分为进气道喷射和缸内直接喷射两种。
进气道喷射可以采用低压的喷射装置,是目前最常用的喷射方式,喷油嘴位于进气歧管的前方,汽油喷入进气歧管与空气混合后再进入气缸。
缸内直接喷射则更为先进,喷油嘴位于气缸内部,将汽油直接喷入气缸,与空气形成混合气,不过它需要较高压力的喷射装置以及其它一些专门的零部件,成本要更高一点。
2 缸内直喷的类型及其特点近年来,缸内直喷的发动机电控技术的研究与开发越来越受到重视,其被认为是内燃机解决能源和环境问题的重要方向之一,国内外许多研究机构和汽车厂商都致力于缸内直喷发动机的研究与开发,并推出了各种装备缸内直喷发动机的汽车。
2.1 FSIFSI是Fuel Stratified Injection的缩写,它代表大众汽车的缸内直喷发动机。
从理论上来说,采用FSI技术的发动机有至少两种燃烧模式:分层燃烧和均质燃烧,从上面3个英文单词来看,分层燃烧应该是FSI 发动机的特点。
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汽油机缸内直喷的特点及应用分析
摘要随着能源危机的日益加剧和排放法规的日益严格，汽车发动机的动力性和燃油经济性越来越受到重视，因此，如何用最少的油跑最远的路已成为现代汽车发展的一个新思路。
本文主要从燃油供给系统方面谈一下汽油机缸内直喷的特点及应用。
关键词缸内直喷；汽油发动机；特点；高压油
0 引言
当前，随着能源资源的短缺，环境问题越来越突出，人们对环境的保护越来越重视，国家对环境保护的要求越来越严格，汽车作为现代的一种重要的交通工具，人们对其关注度也越来越高。
从改革开发到现在，我国汽车保有量不断增加，汽车排出的污染物所占的比例也越来越高，因此，如何降低汽车的排放物已经成为当下汽车技术研究的一个重要课题。
发动机供油系统作为发动机的一个重要组成部分，就是发动机的唯一食物。
当前，随着科技的发展，汽车的各项技术也在不断的改良，相对于在排气部分进行改良，把废气中的污染物进行还原催化的被动式降低污染物的含量，通过改进发动机的喷油技术更能体现出发动机的动力性和燃油经济性。
1 汽油机缸内直喷技术的发展
1996年，日本三菱公司率先成功研制出汽油直喷发动机，缸内直喷技术（也称为GDI）得到了快速的发展，目前，丰田、福特、奔驰、日产、奥迪、本田、雷诺、别克等许多国外汽车公司和研究机构都开发了比较成熟的GDI机型和产品。
安装于气缸内的燃油喷器直接将燃油喷入气缸内，并在气缸内与空气形成混合气。
由于燃油喷射压力的提高，使燃油雾化更加优良，使混合气的比例更加合理，从而使一些在进气管喷射存在的缺点消失，因此缸内直喷越来越广泛应用于汽油车特别是高端品牌的豪华车的发动机上。
2 缸内直喷系统的构成
缸内直喷系统的主要组成部件有：燃油箱、电子燃油泵、燃油滤清器、燃油量调节电磁阀、燃油压力调节阀、高压燃油泵、高压燃油管、燃油分配管、燃油压力传感器、燃油压力调节电磁阀和高压喷射电磁阀（喷油嘴）。
电子燃油泵（低压燃油泵）把燃油从油箱输送到高压燃油泵，高压油泵由发动机凸轮轴驱动，将低压燃油泵输入的燃油压力由约0.35MPa增高到8MPa～12MPa，并送往燃油分配管，充满各缸喷油器的油腔。
当ECU命令喷油器的电磁线圈通电时使针阀打开，汽油通过喷嘴喷入气缸。
3 缸内直喷系统的特点
缸内直喷有以下特点：
1）由于汽油直接喷射，使缸内充量得到冷却，可以使用较大的压缩比，部分负荷燃油消耗率可以降低；
2）与缸外喷射系统汽油机相比，由于提高了燃油雾化质量和降低了泵气损失，功率可以增加；
3）缸内汽油直接喷射发动机可大幅降低CO2 、CO 、HC 及NOx 的排放。
缸内直接喷射发动机比一般喷射发动机能够更省油及输出功率高的原因如下：低负荷时，利用层状气体分布，压缩行程末期喷射的燃料被进气涡流及活塞顶部的球形曲面保持在火花塞附近，为易于点燃的最佳混合气，而周围则为空气层，整个燃烧室内的超稀薄空燃比仍能稳定燃烧，达到省油效果；
4）怠速转速可设定在较低值。
进气行程就开始喷油，燃料汽化的吸温冷却效果，使空气密度增加，可提高容积效率，故比一般喷射发动机的输出功率高；
5）直接喷入汽缸中燃油的汽化作用，降低空气温度，发动机不易爆震。
4 缸内直喷系统存在的问题
1）稳定性燃烧控制，汽油直喷发动机采用分层燃烧，其在不同层面混合气浓度有差别，因此要控制不同层面的混合气稳定燃烧具有相当大的难度；
2）控对密封元件的要求更高，由于缸内直喷系统是建立在高油压的前提下的，因此对系统件中各元件的冲击也相当大，尤其是密封圈；
3）对喷油嘴的要求更高。
不同于传统的进气歧管喷射，缸内直喷发动机的喷油嘴是直接安装在气缸内，由于缸内温度高、压力时高时低、混合气的烧烧不充分等等因素的存在，因此，喷油嘴应当有良好的耐高温性并配有具有一定耐高温能力的密封件。
5 缸内直喷发动机的应用
1）缸内直喷发动机在本田车上的应用
2003年，通过融合动力性能优异的DOHC i-VTEC发动机所独有的中心喷射系统，本田车开发出了首个汽油直喷发动机“2.0L DOHC i-VTEC I发动机”，其实现了低油耗、清洁尾气排放，以及高率性能的高度结合。
“ DOHC i-VTEC I”气缸内直喷式汽油发动机，由于是采用了高度智能化版本的VTEC发动机，因此它的气门动作可以停止，获得了对气门进行的最佳控制，同时喷油器安装在气缸的中心位置并结结气体流动而设置的活塞模型，使发动机
实现了超稀薄燃烧，在实现动感行驶的同时达到了低油耗。
2）缸内直喷发动机在别克车上的应用
2010年别克新君威2.0T引进了了缸内直喷发动机，将燃油的喷射控制点尽可能地靠近点燃位置来获得更为优秀的燃烧效率。
通过直喷技术与涡轮增压的配合，2.0T最大功率提升到162千瓦，与老款君威想比较，实现了惊人的50%提升。
其主要参数如下表。
6 结论
虽然发动机缸内直喷技术在其发展的过程依然存在这样或那样的问题，例如生产成本、制造工艺、燃烧控制等，但在当前环境污越来越引起人们的重视，国家的法律法规对汽车尾气排放越来越严格，要求越来越高，能源危机越来越严重，燃油价格越来越高等等因素都为缸内直喷发动机的发展提供了动力，缸内直喷发动机必将最终取代进气歧管喷射发动机成为车辆的标准配置。
参考文献
[1]曹红兵.现代汽车电子控制技术.机械工业出版社，2012，1：154.
[2]祝刘洪.汽油机缸内直喷技术的研究现状及发展方向.现代机械，2009（4）：95.
[3]杨世春，等.缸内直喷汽油机技术发展趋势分析.车用发动机，2007（5）：10.
[4]刘鑫.汽油机缸内直喷（GDI）稀薄燃烧技术.交通科技与经济，2011（1）：98.。