汽油机缸内直接喷射技术
国外GDI发动机技术特点及发展趋势
国外GDl发动机技术特点及发展趋势汽油缸内直接喷射式（GD I ）发动机，是上世纪90年代末国外内燃机研究与开发中最引人注目的发动机。
专家们认为，GDl发动机的出现使汽车发动机技术进入了一个崭新的时代。
它将在21世纪取代传统的汽油机和柴油机而成为轿车最理想的动力装置。
1总体发展动向传统的汽油发动机，是将燃油喷射到进气管中，与空气混合后再进入气缸内燃烧。
而GD I发动机的工作特点是，将燃油直接喷入气缸，利用缸内气流和活塞表面的燃料雾化效果达到燃烧的目的。
据有关资料介绍，GDl发动机在工作的均匀性及全负荷下的性能方面都有极佳的表现，而且使汽油机的冷车工作不稳定性问题也有了显著的改善。
此外，GDl发动机还有实现分层燃烧的特点，可使燃油经济性大大提高。
G D I发动机与一般汽油发动机的主要区别在于汽油喷射的位置，目前一般汽油发动机上所用的汽油电控喷射系统，是将汽油喷入进气歧管或进气管道上，与空气混合成混合气后再通过进气门进入气缸燃烧室内被点燃作功；而GD I缸内喷注式汽油发动机顾名思义是在气缸内喷注汽油，它将喷油嘴安装在燃烧室内，将汽油直接喷注在气缸燃烧室内，空气则通过进气门进入燃烧室与汽油混合成混合气被点燃作功，这种形式与直喷式柴油机相似，因此有人认为，GDl汽油发动机是将柴油机的形式移植到汽油机上的一种创举。
缸内喷注的关键在于产生与传统发动机不同的缸内气流运动状态，通过技术手段使喷射入气缸的汽油与空气形成一种多层次的旋转涡流。
因此GDl采用了立式吸气口、弯曲顶面活塞、高压旋转喷射器等三种技术手段。
目前，各国的汽车公司都在大力开发和采用这种技术先进、性能优异的产品。
日本三菱汽车公司一直处于领先地位。
自1996年8月率先向市场投放第一台 GDl发动机以来，三菱公司先后又开发出了多种不同类型的GDl发动机，即 2.4L四缸机、3. OL六缸机和3. 5L六缸机，它们己分别装用于四种中、大型轿车投放市场。
近年来，该公司又推出多种GDl新机型:4. 5L的V8机、L 5L的直列四缸机和O. 66L的直列三缸机。
缸内直喷see
（2）三菱GDI基础技术 总体来说，三菱公司是采用了四个关键技术来实现 GDI的。立式吸气口使最理想的气流进入气缸；弯曲顶 面活塞通过对燃油空气混合气定形来控制燃烧；高压燃 料泵提供了缸内直接喷射的必要压力；而高压旋转喷射 器控制了燃料喷雾的蒸发和扩散。 这些基础技术与其他燃料控制技术的结合让三菱的GDI 发动机实现了低燃油消耗以及高功率输出。在下文将分 别进行详细介绍。
2.燃油供给系统的组成
1)低压油泵 低压油泵是电动泵,并联一个机械式燃油压力调节器,出口 压力为0.35MPa. 2)高压油泵 高压油泵由发动机的凸轮轴驱动在0.35MPa基础上将油压 提高到12MPa. 3)燃油蓄压器 用铝制成管状,上有用于连接高压油泵、喷油器、燃油 压力传感器和燃油压力控制阀。 4）燃油压力传感器 用于测定燃油蓄压器中的压力，测量电阻采用薄膜技术。
3.控制策略
1)按工况区分控制模式 GDI之所以能节油20％，主要是低 工况范围无节流损失的超稀薄燃烧，采用充气分层，而充气分 层离不开推迟喷油的配合。高工况范围恰恰相反，强调的是提 高转矩和功率，必须采取略稀或λ≤1的混合气。
2)转矩控制策略 低工况加速质调节 高工况加速量调节
3)模式切换策略 低工况质调节和高工况量调节两种模式间的切换需要进行 控制。 （1）切换前，节气门必须先关闭，进气压力下降，A/F↓， 此时必须避开A/F=19～23的禁区，质调节在A/F＜22（λ＜1.5） 左右时会产生黑烟;而采用变量调节时A/F超过19 （λ=1.3） 左右时会发生燃烧不稳定甚至缺火 .所以切换点要增加喷油量, 使A/F突变,迅速越过上述禁区 （2） A/F突然↓会使转矩突然↑，为使转矩保持恒定，必 须减小点火提前角，以抵消影响。
HC排量不高，在第2个工作循环时即可正常运转。
汽车发动机：发动机缸内直喷工作原理
汽车发动机：发动机缸内直喷工作原理
汽车发动机是汽车的心脏，而发动机缸内喷油技术在汽车发动机中占据了重要的位置。
那么，发动机缸内直喷工作的原理是什么呢？
发动机缸内直喷技术，又称为汽油直喷技术，是一种先进的汽车喷油技术。
该技术采用了高压喷油系统和电脑控制，实现了发动机缸内直接喷油，使汽车发动机的性能和效率得到了大幅度提升，同时也减少了污染排放。
发动机缸内直喷的工作原理可以简要概括为以下几个步骤：
第一步：高压油泵将汽油从油箱中抽取并压缩至高压状态。
第二步：高压油泵将压缩后的汽油经过高压油管送到发动机缸内的喷嘴。
第三步：电脑控制喷嘴的开闭，将汽油在缸内形成雾状。
由于发动机缸内温度和压力的高涨，汽油几乎瞬间就能被蒸发和气化，形成一个高温、高压的喷油峰值。
第四步：发动机活塞缸通过压力推动活塞向下运动，汽油燃烧，推动
活塞向上运动，完成了一次工作循环。
总体来说，发动机缸内直喷工作的过程可以看作是喷油、燃烧、推动
活塞这三个过程的不断重复。
在喷油、燃烧、推动活塞等过程中，高
压燃油能够精准地定量喷入发动机缸内，提高了发动机的功率和效率，同时也能够显著降低燃油的消耗和污染排放。
此外，发动机缸内直喷技术的应用，也促进了发动机压缩比和燃烧效
率的提高，从而增强了发动机在启动时的动力表现，使汽车更加省油、环保、安全。
因此，发动机缸内直喷技术被广泛应用于现代汽车上，
成为现代汽车零部件中不可或缺的一部分。
总之，发动机缸内直喷技术的工作原理对于现代化的汽车制造不可或缺，它通过燃油的喷射使发动机功率和效率得到巨大提升，并在减少
环境污染方面发挥了重要作用。
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先进的发动机技术，它通过将汽油直接喷射到气缸内部，实现燃烧过程的高效率和精确控制。
本文将从原理、工作过程和优点三个方面进行详细介绍。
一、原理缸内直喷汽油机的原理主要包括喷油系统和燃烧系统两个部分。
喷油系统通过高压喷油器将汽油喷射到气缸内的气缸壁上，形成一个可燃混合气云；燃烧系统则通过点火系统，将混合气云点燃，产生爆炸力推动活塞运动。
二、工作过程缸内直喷汽油机的工作过程可以分为四个阶段：进气、压缩、燃烧和排气。
1. 进气阶段：活塞下行，气门打开，汽缸内形成负压，吸入空气。
2. 压缩阶段：活塞上行，气门关闭，汽缸内空气被压缩，温度和压力升高。
3. 燃烧阶段：在压缩末期，高压喷油器将汽油以高压喷射到气缸内，形成一个可燃混合气云。
点火系统点燃混合气云，产生爆炸力推动活塞下行。
4. 排气阶段：活塞上行，废气经排气门排出气缸，同时新的混合气云进入气缸。
三、优点缸内直喷汽油机相比传统的多点喷射汽油机有以下几个优点：1. 燃烧效率高：由于汽油直接喷射到气缸内部，喷油量和时间可以更加精确控制，使得燃烧更加充分，燃烧效率提高。
2. 动力输出强劲：燃烧效率提高，功率输出也相应增加，加速性能更好，动力更强劲。
3. 燃油经济性好：由于燃烧效率提高，缸内直喷汽油机的燃油经济性也相应提高，节省燃油消耗。
4. 减少尾气排放：缸内直喷汽油机喷油系统的精确控制，使得燃油燃烧更加充分，减少了尾气中的有害物质排放。
5. 提升动力响应速度：由于喷油直接进入气缸，响应速度更快，提升了动力的响应速度和驾驶的灵活性。
总结：缸内直喷汽油机是一种高效、高动力输出的发动机技术。
通过喷油系统和燃烧系统的精确控制，实现了燃烧过程的高效率和精确控制，提高了动力输出和燃油经济性。
在未来的发展中，缸内直喷汽油机有望成为汽车发动机的主流技术。
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。
汽车构造-缸内直喷技术
一、缸内直喷技术的定义
缸内直喷技术，是指将喷油 嘴射在进排气门之间，高压 燃油直接注入燃烧室平顺高 效的燃烧。其精髓是通过均 质燃烧和分层燃烧实现了高 负荷，尤其是低负荷下的降 低油耗，提升动力的技术。
在2000~2013年期间，各汽车厂商所研制的发动机技术中，最炙手 可热的莫过于缸内直喷技术。这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已 经大量使用在大众（奥迪）、梅赛德斯-奔驰、通用及丰田车系上。尤以 大众（奥迪）技术最具代表性（FSI、TFSI、TSI）。
一个高压
缸外喷射示意图
缸内直接喷射汽油机与缸外喷射发动机的区 别
• 燃油泵提供所需的10MAP以上的压力将汽油
提供给位于气缸内的电磁燃油喷油器。然后通 过电控单元控制喷油器将燃料在最恰当的时间 直接注入燃烧室、通过对燃烧室内部形状的设 计让混合气能产生较强的涡流使空气和汽油充 分混合然后使火花塞周围区域能有较浓的混合 气、其他周边区域有较稀混合气、保证了在顺 利点火的情况下尽可能地实现稀薄燃烧。高压 喷油器是直接向气缸内喷射燃油的。而传统的 发动机喷油器是向进气道喷油的。这就是他们 最明显的区别。
高压油泵的结构原理与检修
供油过程：当柱塞向上运动 时，如果、燃油压力调节阀 不在通电，进油阀门则关闭 此时柱塞上方的油压高于出 油阀弹簧的压力，出油阀被 打开柱塞上方燃油被压入高 压油路中供油开始。
喷油器的结构原理与检修
压电式喷油器主要由向外打开式 喷嘴针；压电元件，和热补偿器三个部分 组成。压电元件通电后，膨胀使喷嘴针向外 伸出阀座，喷嘴针从其锥形针阀内向外压出。 因形成一个环状间缝。加压后的燃油经过该 环状间缝形成空心锥束。将燃油喷入燃烧室。 为了能够承受相应阀门开启升程门不同呈行 温度压电喷油器装有一个补偿元件。 压电喷油器可产生最高20mpa 喷射压力， 并使喷嘴针以极快的速度打开。这样可以摆 脱受气门开启时间限制。压力喷射油器与传 统喷射器有很大不同。内部不再有电磁线圈， 而是通过一个压电元件使喷嘴针移动。
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。
技术分析——缸内直喷技术到底牛在何处
机需要 随时调整空燃 比例等特点。 目前大多数发动机所采用 的是多点喷射供油系 统 ，这一系统的特点是能够通过电脑 自动侦测发动 机温度 、 进气流量 、 转速变化、 震动状况 ， 并依照实 际 需求调整供油量与点火时间 ，因此排除了早期化油 器技术带来 的燃油燃烧不充分 ，在冷启动和怠速运 转过程 中产生黑烟和马力不足 的问题 。但多点喷射
动机的叫法不 同， 但原理上异 曲同工。其中 ，Ｓ 发 ＦＩ
动 机进 人 中 国市场 较 早 ， 初 由于一 直 被搭 载 于 奥 起
迪 的高端车型上 ， 因此也塑造了缸 内直喷发动机技 术的高端形象。 得益于 Ｆ Ｉ Ｓ 发动机的前期造势 ， 作为 市场跟进者 的 ＳＤ 双模直喷发动 机一上市０ ０８ １ 总 ３
技 术 纵横
３ ９
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陈 玉斌
汽车技术诞生的百余年 中，发动机作为核心一 直在不断突破 ，但其技术更新远不如车型风格演变 那样简便 ， 往往十数年都难以有大的进展 ， 就好像一 些车型引以为豪 的 Ｖ Ｔ可变正时气门技术 ， Ｖ 其实也 已经是上世纪的产物 。 而近年来 ， 欧美的汽油缸 内直
第三 次 革命 也诞 生 了迄 今 最 牛 的汽 油 发 动 机技
术—— 缸 内直 喷 。
内油气的量不会受气 门开合 的影响 ， 而是直接 由电 脑 自动决定喷油时机与份量 ， 至于气 门则仅掌管空 气的进入时程 ， 两者则是在进入到汽缸 内才进行混 合的动作 。由于油 、 气的混合空问 、 时间都相当短 暂， 因此 缸 内直 喷 系统 必 须 依靠 高 压 将燃 油 从 喷 油 嘴压入汽缸 ， 以达 到高度雾 化的效果 ， 而更好 的 从 进行油气混合。其中混合油气的压缩 比越高的发动 机 ， 的动力 表 现 越强 大 ， 应 的节 能 效 果越 明显 。 它 相
汽油机缸内直喷技术开创发动机新时代
此 外 ， 款 新 型 ６缸 发 动 机 还 使 这
喷入 燃烧 室 ， 而降低 了发动 机 的热 从
用 了 奥 迪 可 变 气 门 升 程 系 统 （ Ｓ） ＡＶ ，
量损 失 。 Ｆ Ｉ 动 机 配 备 了 按 需 控 制 的 燃 Ｓ发
维普资讯
新 枧 Ａ Ｍｌ ｌＮＣ 努 Ｕ ０ Ｎ ＡＥ Ｔ Ｂ ＴＮ ＯＬ Ｅ
汽油机缸 内直喷技术开创发动机新 时代
口吉林／ 车万华
奥 迪 轿 车 装 备 的 发 动 机 采 用缸 内直 喷 技 术 ， 种 缸 内 直 喷 发 动 机 被 这 称 为 汽 油 直 喷 式 发 动 机 （ Ｓ ）直 喷 ＦＩ，
油 供 给 系 统 ， 缸 ４只 气 门 ， 变 进 每 可 气 歧 管 以及 进 、 气 凸 轮 轴 连 续 可 调 排
装 置 。 汽 油 被 直 接 喷 入 燃 烧 室 ， 活 单 塞 高 压 泵 的 共 轨 高 压 喷 射 系 统 负 责 提 供 精 确 的 燃 料 ， 并 形 成 ３０～ ．
秒 级 精确 计 算注 入汽 油 量 的功 能 ， 大 大提 高 了 Ｆ Ｉ 动机 的压 缩 比 ， 也 Ｓ发 这 是 提高 发动机 效 率 的必要 先决 条件 。 例 如 ， 奥 迪 Ａ６ 轿 车 配 备 的 Ｌ
２８ Ｓ ．Ｌ Ｆ ＩＶ６缸 内 直 喷 发 动 机 ， 能 够 在 ５ ｏ ～ ０ Ｏ／ ｉ ５ ｏ ６ ０ ｒｒ ｎ时 输 出 １ ４ Ｗ 的 ａ ５ｋ 最 大 功 率 ， 并 在 ３ ０ ５ ０ ｒｍｉ ０ ０～ ０ Ｏ ／ ｎ的 宽转 速 范 围 内输 出 ２０ １ ８ Ｎ・１的 最 大 １
扭 矩 。 奥 迪 Ａ６ ． Ｆ Ｉ轿 车 仅 用 Ｌ ２８ Ｓ
第三章缸内直接喷射技术
• (2)压电直喷技术 • 目前的缸内直喷发动机都存在分段控制模式—— 低转速时使用分段多次喷射燃烧,高转速下不使用。
–主要原因是目前的喷油器都是螺旋线圈电磁控制式的, 在高转速状态下,喷油时间要求极短,喷油器响应速度 并不适合太高转速。
• 因此,奔驰开发了压电触发的喷油器。
–利用活塞在压缩行程的压力,通过压力变形下的微弱电 信号,经过放大电路放大后控制阀门开闭。压电喷油器 百万分之一秒的反应时间,使喷油器基本的多点分层喷 射成为可能,在每次压缩的短时间内,再分为多次喷射, 特别是高转速下,也同样有分段喷射,从而得到更理想 的稀薄燃烧,这对提高发动机燃烧效率是至关重要的。
8
• 3.缸内直接喷射技术的问题 • 缸内直接喷射技术存在的一个主要问题是废气后 续处理。在分层充气模式和均质稀薄充气模式中, 传统的闭环三元催化转化器不能快速地将燃烧过 程中产生的氮氧化物转换成氮气。
–开发了氮氧化物存储式催化转化器后,才使得排放废气 符合欧Ⅳ废气排放标准。在该系统中,氮氧化物被暂时 地储存在转换器中,然后系统性地转换成氮气。
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• (1)燃油供给与喷射系统
–CGI发动机上使用的高压压电喷油器,采用几微米宽锥 状环形喷孔, 塑造一个稳定的、非常理想的从浓到稀 的喷雾效果。在喷射时,还可以吸收周边紊乱的空气颗 粒,进入燃油喷射的层与层之间,形成一个理想的点火 前状态。 –CGI发动机还包括高压燃油泵以及后面的燃油导轨以及 其中的燃油压力调节阀,它们为系统提供稳定的燃油。 在燃油导轨中,峰值燃油压力可以达到20MPa,约是普通 电喷汽油发动机的70倍,比一些其他缸内直喷发动机也 高得多,这样做的目的就是为了分层喷射时有理想的喷 雾效果,在高转速下有足够量的汽油供给。而且由于在 喷射瞬间,导轨内的压力不可避免会出现瞬间下降,高 压也会让这种瞬间压力变化减小,喷射也就更加精确无 误。
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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 FSI
FSI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。
分层燃烧的好处是热效率高,节流损失少,能把喷入缸内的汽油尽可能多的转化成能量。
但是,目前大众汽车旗下的FSI发动机,都采用均质燃烧模式,分层燃烧以前在德国曾经用过,现在也取消了。
因为分层燃烧采用稀混合气,虽然非常省油,但是却提高了缸内的温度,也提高了氮氧化物这种有害气体的排放。
在分层燃烧模式下,普通的三元催化器很难把氮氧化物转换干净,这就需要可以降低氮氧化物排放的催化转换器,由此带来的成本已经超出了分层燃烧省油的好处,而且对排气系统的空间布置要求也更高。
取消了分层燃烧后,FSI发动机与传统的进气道喷射发动机相比,仍然具有三大优势:均质燃烧具有非常好的动态响应能力,对车辆的加速性能极有帮助;最大扭矩和功率都要比传统发动机高;可以充分压榨每一滴汽油的能量,燃油经济性仍然十分出色,排放更为清洁。
在均质燃烧模式下,燃油蒸发效果更好,同时蒸发的吸热过程降低了混合气温度,使得发动机产生爆震的可能性大幅降低,因此压缩比可以适当增加,这同样可以提高发动机的功率。
2.2 TSI
TSI是德国大众汽车集团旗下涡轮增压汽油直喷发动机的标识,它的字母缩写来源于两个方面,其中T代表的是Turbo,即涡轮增压技术;SI来源于FSI,代表大众汽车旗下采用缸内汽油直接喷射技术的发动机。
从字面意思来看,TSI就是涡轮增压与汽油直喷的结合体,也可以把它理解成TFSI。
所以TSI是一种极高效率的发动机形式,会是动力性与燃油燃油经济性的完美统一。
2.3 EcoBoost
EcoBoost是福特对于未来使用涡轮增压和缸内直喷两项技术发动机的总称。
在传统汽油发动机的基础上,EcoBoost发动机进一步添加了燃油缸内直喷、涡轮增压和双独立可变气门正时系统这三大关键技术优势,不仅保证了澎湃的动力输出,而且优化了燃油经济性高达20%,并降低15%的二氧化碳排放。
2.4 SIDI
通用将燃油直喷技术的代号称为SIDI,是Spark Ignition Direct Injection的缩写,直译为火花点燃直接喷射技术。
其实现的原理和一般的直喷发动机并无二致。
2.5 CGI
CGI是Stratified-Charged Gasoline Injection的缩写,它代表梅赛德斯-奔驰的缸内直喷发动机,其中主要包含了缸内直喷技术和涡轮增压技术。
与其他车厂的直喷技术相比,CGI技术还有一个最大的特点是采用了压电技术(piezoelectric)。
由于目前的直喷发动机都存在分段控制模式,也就是低转速时使用分段多次喷射燃烧,而高转速下就不再使用,其主要原因是目前的喷嘴都是螺线圈电磁控制式,在高转速状态下,喷油时间要求极短,喷嘴响应速度并不适合太高转速。
因此,奔驰开发了压电触发的喷嘴,也就是利用活塞在压缩冲程的压力,通过压力变形下的微弱电信号,经过放大电路放大后控制阀门开闭。
压电喷射器百万分之一秒的时间反应,为喷嘴提供基本的多点分层喷射成为可能,在每次压缩短时间内,再分为多次喷射,特别是高转速下,也同样有分段喷射,从而得到更理想的稀薄燃烧,这对提高发动机燃烧效率是至关重要的。
2.6 GDI
GDI是Gasoline Direct Injection的缩写,它代表宝马、丰田和三菱
的缸内直喷发动机,它与其他一般的直喷发动机也无二致。
3 缸内直喷发动机结构原理
缸内直喷系统与普通电控喷射系统相比,其主要的区别是燃油供给系统。
由于向气缸内直接喷射燃油,且喷射过程延续到发动机的压缩行程,所以缸内直接喷射系统必须通过一个高压燃油泵使提供给喷油器的燃油压力达到10MPa以上。
燃油供给系统可分为低压燃油系统和高压燃油系统两部分。
低压燃油系统主要由燃油箱、低压燃油泵、压力限制阀、压力保持阀、滤清器、低压油管、低压燃油压力传感器等组成,其主要功用是将燃油从油箱中抽出,并经过滤清器过滤后输送给高压燃油泵。
发动机ECU根据低压燃油压力传感器信号控制燃油泵工作,来实现低压燃油压力的闭环控制,低压燃油泵工作压力为0.2MPa～0.5MPa。
发动机熄火后,压力保持阀可使低压系统保持一定的残余压力,由于交通事故等原因导致燃油管破裂时,压力保持阀还可防止燃油溢出。
压力限制阀可将低压燃油系统的压力限制在0.64MPa以下,以防止低压管路内的燃油压力过高。
高压燃油系统主要由高压燃油泵、燃油高压调节阀、高压燃油压力传感器、高压油管和燃油分配管等组成。
高压燃油泵将低压燃油泵输送来的燃油进一步提高压力后,通过高压油管和燃油分配管输送给
喷油器;高压燃油压力传感器安装在燃油分配管一侧,用来检测燃油分配管内的燃油压力(即喷油器的喷油压力),并将信号输送给ECU;燃油高压调节阀安装在高压燃油泵上,根据ECU的指令调节高压燃油系统的压力。
此外,通常在燃油分配管上也安装一个压力限制阀,当高压燃油系统压力超过12MPa,该阀开启通向低燃油系统的回油通道,以防止高压燃油系统压力过高。
4 缸内直喷发动机存在的一些问题
虽然缸内直喷发动机在动力性、经济性及排放方面有很多一般电控发动机所无法比拟的优点,但是缸内直喷技术燃烧本身仍有很多不足之处需要改进。
(1)缸内直喷发动机的喷油器放在气缸内,由于喷油压力低,喷孔没有自洁作用,因此很容易结垢,从而使喷雾特性变坏,喷油量减少,使发动机的燃烧恶化,影响发动机的功率输出和排放。
(2)缸内直喷的火焰在快速传播的同时,会出现部分火焰熄灭的现象,这就会使HC的排放增加,另外,缸内壁面的燃油附着、着火延迟等情况也会使HC的排放增加。
(3)由于气缸内混合气的浓度和温度分布不均匀,NOx在高温区生成较多,而高空燃比造成的氧含量过高,又使对NOx的处理难度增加。
(4)理论上缸内直喷发动机可以不采用节流阀,但实际生产的缸内直喷发动机都应用了适度的节流作用,因为轻度的节流和EGR可以降低HC的排放。
但节流又会导致功率的损失,虽然EGR对NOx的降低有帮助,但过多的EGR又会使稀薄燃烧恶化。
(5)传统的三元转换器只能在空燃比为14.7附近内的小范围内工作,显然已不适合稀薄燃烧。
(6)发动机不同负荷的喷油时刻相差较大,发动机各种负荷的平滑过渡也有待进一步解决,成品发动机的成本较高,目前敢很难大量占有市场。
(7)缸内直喷发动机的压缩比高,对汽油的品质要求也很高,目前国内只能使用97号汽油。
(8)由于高压燃油系统的压力高,对输油管路及其接头密封处的强度、加工精度要求随之提高。
(9)由于缸内直喷发动机的喷油压力高,且采用分段喷射技术,传统的电磁式喷油器无法满足要求。
同任何一项新兴技术一样,目前尚处于发展阶段的缸内直喷还有很多缺点和不足,但是作为一种新型的燃烧方式,随着研究的深入和一些相关技术的发展,缸内直喷发动机有着广阔的发展前景,对解决能源危机和环境污染会起到很大的作用,缸内直喷发动机很有可能取代
EFI发动机,成为世界汽油机发展历史上又一个重要的里程碑。
参考文献
[1] 张西振.汽车发动机电控技术(第2版)[J].北京:机械工业出版社,2011.。