汽车新技术之汽油机缸内直喷

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1、汽车新技术之汽油机缸内直喷汽油机缸内直喷技术1.缸内直喷技术概述2.缸内直喷技术的工作原理3.缸内直喷技术特点4.缸内直喷技术现状5.缸内直喷技术的实际应用6.缸内直喷发动机目前存在的问题7.缸内直喷技术推广应用的主要问题8.缸内直喷技术今后的研究开发方向1.缸内直喷技术概述缸内直喷又称FSI(FuelStratifiedInjection)，即燃料分层喷射技术，代表着传统汽油引擎的一个发展方向。传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮位置以及发动机各相关工况从而控制喷油嘴将汽油喷入进气歧管。但由于喷油嘴离燃烧室有一定的距离，汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大，并且微小的油颗粒会

2、吸附在管道壁上，所以希望喷油嘴能够直接将燃油喷入汽缸。在近来各汽车厂商采用的发动机科技中，最炙手可热的技术非缸内直喷莫属。1.缸内直喷技术概述这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已经大量使用在包含大众（含奥迪）、宝马、梅赛德斯-奔驰、通用以及丰田车系上。各厂商缸内直喷技术英文缩写：大众：TSI、奥迪：TFSI、梅赛德斯-奔驰：CGI、宝马：GDI、通用：SIDI、福特：GDI、比亚迪：TI。2.缸内直喷技术的工作原理缸内直喷就是将燃油喷嘴安装于气缸内，直接将燃油喷入气缸内与进气混合。喷射压力也进一步提高，使燃油雾化更加细致，真正实现了精准地按比例控制喷油并与进气混合，并且消除了缸外喷射的缺点

3、。同时，喷嘴位置、喷雾形状、进气气流控制，以及活塞顶形状等特别的设计，使油气能够在整个气缸内充分、均匀的混合，从而使燃油充分燃烧，能量转化效率更高。3.缸内直喷技术特点缸内直喷汽油机是以传统电控喷射系统为基础，进行结构和控制技术的优化，使得混合气的形成与燃烧过程得到改善。按照燃料在燃烧室里面的均匀程度又可分为分层燃烧缸内直喷汽油机和匀质混合燃烧缸内直喷汽油机3·1.分层燃烧缸内直喷这种发动机，部分负荷情况下采用分层燃烧，在火花塞附近形成极易点燃的较浓混合气，而在其他区域，则追求无油区，即形成空燃比趋向无穷大区域。主要有壁面阻挡型和软喷射型等燃烧系统。丰田D一4发动机采用壁面阻挡型稀薄燃烧系

4、统(图1)。当活塞运动到一定位置时，喷油器喷出的油束到达与活塞顶部凹坑基本垂直的壁面上，与壁面碰撞并飞溅。进气气流经过电控涡流阀(E—SCV)，形成斜向进气涡流。空气涡流运动使已蒸发的汽油蒸气和飞溅的油滴沿壁面横向运动，促进缸内混合气的形成。3·1.分层燃烧缸内直喷3·1.分层燃烧缸内直喷图1.丰田D—4稀薄燃烧系统喷油器为高压旋流式(8MPa～13MPa)，雾化性能好，雾滴高度微粒化，雾滴直径小于5μm。喷射方式控制灵活，对不同转速与负荷采用不同的喷油控制方式，并带有电控废气再循环系统和氧传感器、三元催化器闭环控制系统等。试验结果表明，其轿车工况试验油耗为17.4Km／L，而相应的装有P

5、FI发动机的汽车油耗为13Km／L，节油达34％左右。3·1.分层燃烧缸内直喷三菱4G稀燃系统(图2)与丰田D一4系统相近。进气采用立式进气道，能够产生强大的进气气流，直接流入气缸，流速可达40m/s一50m/s，充气效果好，以保证高度的纵向涡流及充气系统。活塞顶部的凹坑浅，且壁面有一定的斜度。在部分负荷输出时，油束与壁面碰撞后飞溅的油滴，随含有汽油蒸气和细小油滴的气流斜向上运动(图2中倒滚流)，被位于缸盖中部的火花塞点燃。3·1.分层燃烧缸内直喷图2.三菱4G稀薄燃烧系统3·1.分层燃烧缸内直喷软喷射型缸内直喷汽油机主要依靠适当的喷雾特性来形成分层混合气。由于喷雾具有贯穿度较低、喷雾锥角

6、较大、雾滴平均直径较小等喷雾特性，故称为软喷射(如图3所示)。图3软喷射型缸内喷油汽油机3·2.匀质混合燃烧缸内直喷福特汽车公司PROCO(ProgrannnedCombustionInjection)稀薄燃烧系统是程序化燃烧过程的缩写，采用匀质混合缸内直喷汽油机(如图4所示)。进气道为螺旋式气道，汽油直接喷射到燃烧室内，利用涡流和滚流进行油气混合。喷油器位于中央，两侧各有一个火花塞。由于汽油在缸内雾化需要吸收能量，混合气温度下降。因而可以采用高压缩比(ε=15)的发动机，并可在空燃比A/F=25的条件下工作。图4.福特PROCO稀薄燃烧系统4.缸内直喷技术现状燃油供给和喷射系统喷射模式燃

7、烧系统缸内空气运动的组织4·1.燃油供给和喷射系统现代的GDI发动机燃油供给系统设计，为了达到分层稀薄混合气所要求的喷雾质量和灵活的喷油定时，均采用了精度高、响应快的柔性电控手段。高压共轨喷射系统加电磁驱动喷油器被认为是满足缸内灵活喷射要求的喷射系统之一。该系统由低压输油泵、燃油压力传感器、喷油压力控制阀、高压油泵、蓄压燃油轨、喷油器等组成。4·1.燃油供给和喷射系统图5直喷式汽油机供油系统油路燃油喷射系统中，喷油器的结