发动机缸内直喷技术.doc

缸内直喷式汽油机（GDI）缸内直喷式汽油机（GDI：Gasoline Direct Injection）是指汽油直接喷射到气缸内使之燃烧，具有高精度控制燃烧过程的发动机。当燃油直接喷入到气缸内，可以自由控制燃烧室内的燃油分布，并利用直立式进气道与弯曲顶面活塞形成的空气流动，使气缸内混合气分层分布，由此获得在传统发动机中不可达到的空燃比40:1，实现超稀薄混合气稳定燃烧。GDI发动机的混合气控制是按照发动机不同负荷工况进行的。在部分负荷时，在压缩冲程后期向气缸内喷射燃油，并加速燃油喷雾的气化过程，通过限制混合气扩散，在火花塞附近形成浓混合气层，达到约25-40:1的超稀薄混合气，实现稳定燃烧。另一方面，当高负荷时，在进气冲程中喷射燃油，并在整个燃烧室内扩散喷雾，利用喷雾在进气冲程、压缩冲程在气缸内流动，实现均匀混合。这时以接近理论空燃比（14.7:1）或稍浓空燃比混合气进行燃烧。在中负荷区域，在进气冲程中进行燃油喷射，这时，由于气化热使进入空气冷却，空气密度增加。当直接喷射在气缸内的燃油气化时，由于燃烧室内的温度下降，就不易发生爆震，实现高压缩比（12.0）。同时也实现空燃比20-25:1的稀薄燃烧，进一步提高燃油经济性。简而言之，Direct Injection的优势就在于利用自主性极高的喷油系统，来创造出低速节能、中速减污与高速强悍三者兼具的表现。汽油机缸内直喷技术有着美好的前景: 缸内直喷所宣扬的是通过均匀燃烧和分层燃烧，实现了高负荷、尤其是低负荷下的燃油削耗降低，动力还有很大提升。在部分负荷时具有的巨大节油作用体现在市内走走停停的交通状况下是多么诱人。今天，各大公司已经把目光锁定在了直喷，如博世公司开发了Motronic MED7汽油直喷系统，奥迪公司开发了FSI系统，奔驰开发了CGI系统，菲亚特则开发了JTS系统，虽然名字不同，但它们都代表了汽油缸内直喷. 目前应用情况： 奥迪第一款作为量产车匹配直喷发动机的车型是2002年3月在日内瓦车展展出的A2 1.6FSI。接下来是奥迪A4，匹配了110kW 2.0L FSI发动机，有别于96kW 的A4，使用了单柱塞高压油泵，4气门替代了5气门，显然是为了在燃烧室安装汽油喷嘴节省地方。A4 2.0 FSI最大扭矩200Nm出现在32504250rpm，0到100km/h的加速时间是9.6秒，最高时速218km/h。百公里综合油耗7.1L.在2002年底，奔驰也上市了配有1.8L CGI汽油缸内直喷发动机的C级轿车，即C200 CGI。峰值功率是125kW，扭矩比上一代增加了15%，当发动机转速只有1500rpm时即可输出扭矩的75%，在3000rpm时输出最高扭矩250Nm,并持续到4500rpm。与相同排量C级车相比节油超过19%，综合油耗是7.8L/100km。排放达到欧。0到100km/h的加速时间是9.0秒，最高时速222km/h。与C200 CGI有着相同排量的C 180 KOMPRESSOR峰值功率是105kW，最高扭矩220Nm/2500rpm，0到100km/h的加速时间是9.7秒，最高时速222km/h，综合油耗8.2L/100km。从以上数值就可以看出这2款发动机的差距了。优势所在：作为后勤保障，供油系统为直喷提供了精确的高压喷射供油系统.它的主要部件是：高压油泵、共轨、燃油压力传感器、压力控制阀、高压喷嘴和ECU。首先是对喷嘴的要求提高了，以前的喷嘴是安装在进气歧管，今天不同了，亲临前线，安装在了燃烧室，自然要经受住烈火的考验。高压电磁喷嘴扮演着重要的角色，电磁单元被激活的时间和油压决定了喷射量的多少。燃油喷射时间则被控制在几千分之一秒.在奔驰C200 CGI发动机上，燃油以42度角喷入汽缸，燃油压力随发动机的工作特性从50120巴，而传统4缸汽油喷射发动机的喷射压力是3.8巴。高压油泵由进气凸轮轴驱动，轨道中的油压由发动机电脑调节，并直接连接到喷嘴。压力信号取自压力传感器。部分负荷时，在低转速下压力是4到5巴，满足稀薄燃烧。奥迪的高压油泵同样由凸轮轴驱动，喷射压力最高到110巴。另一个需要具备的基本条件是要使用低硫汽油。 它出色的经济性主要表现在部分负荷时的分层燃烧。可燃混合物只分布在火花塞周围，换句话说，空燃比是14.71的混合气集中在火花塞周围，在燃烧室的其他部分则是纯净的空气。混合汽层的大小范围精确地反映了瞬时发动机动力的需求。在分层燃烧时，直到压缩行程时才喷射燃油，油雾直接进入燃烧室中的空气，而喷油就发生在点火前瞬间。分层燃烧时lambda值达到4，可见发动机在中、低速时燃油是多么节省。另一个优点是，在燃烧时空气层隔绝了热，减少了热量向汽缸壁的传递，从而减少了热量损失提升了发动机热效率。直喷技术产生的2个新的概念：均匀燃烧和分层燃烧:均匀燃烧:在全负荷时，燃油喷射与进气同步，燃油得到完全雾化，使混合汽均匀地充满燃烧室，自然会得到充分的燃烧，使发动机动力得到淋漓尽致的发挥。在均匀燃烧时有着和传统喷射发动机相同的空气与燃油混合比，即空燃比是14.71，此时的lambda值是1。而燃油的蒸发又使混合汽降温，去除了爆震的产生。也就是说在均匀燃烧情况下，在获得高动力输出和扭矩值的同时付出了较低的燃油消耗。进气行程和压缩行程两次供油分层燃烧:可燃混合物只分布在火花塞周围，换句话说，空燃比是14.71的混合气集中在火花塞周围，在燃烧室的其他部分则是纯净的空气。混合汽层的大小范围精确地反映了瞬时发动机动力的需求。在分层燃烧时，直到压缩行程时才喷射燃油，油雾直接进入燃烧室中的空气，而喷油就发生在点火前瞬间。(稀薄燃烧)问题透视：缸内直喷为何至今都尚未流起来呢？汽油引擎采用汽缸内直接喷射供油技术，对车迷们来说已经不是一件新鲜事儿了，然而受限于技术未能突破目前在市场上并非主流原因有三，首先，缸内直喷最原始的用意，乃是要采稀薄燃烧（Lean Burn），也就是汽缸内的油/气混合比大约是60：1，这比起目前点式喷射供油引擎的14.6：1，当然有着极为显著的省油效益！然而，问题接着产生，第一个技术上的困难，是要如何点燃如此稀薄的油气，其次是稀薄燃烧必然引起的高温、以及因而在排放废气里所增加的NOx氮氧化合物可能通不过特定地区的环保法规，第三个问题，则是采取稀薄燃烧之后，在动力性能上必然的妥协！因为有这些问题，所以缸内直喷汽油引擎虽然已在部分国家上市销售，但却仍然不是主流引擎。而为了解决上述的问题，目前已然量产的大部分缸内直喷引擎，都将稀