图1.丰田D—4稀薄燃烧系统
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 一50 m/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。
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。
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
图6.旋流式喷嘴结构简图
4.2喷射模式
• GDI发动机燃油喷射模式可以分为单阶段喷 射模式和多阶段喷射模式。 • 单阶段喷射模式是指在中小负荷时，燃油 在压缩行程后期喷入，实现混合气分层稀 燃并采用质调节以避免节流阀的节流损失， 从而使GDI汽油机达到与柴油机相当的经济 性；在大负荷和全负荷时，燃油在进气行 程中喷人气缸，实现均质预燃和燃烧，以 保持汽油机升功率高的特点。
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。
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
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(Fuel Stratified Injection)，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。但由于喷油嘴离气气流和气门 开关的影响较大，并且微小的油颗粒会吸附在管 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。
• 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。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· 1.分层燃烧缸内直喷
• 丰田D一4发动机采用壁面阻挡型稀薄燃烧 系统(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
• 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5μ m。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PFI发动机的汽车油耗为 13Km／L，节油达34％左 右。
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
4· 1.燃油供给和喷射系统
• 燃油喷射系统中，喷油器的结 构形式对喷雾质量的影响很大。 由于汽油机的喷射压力远低于 柴油机，如采用多孔喷油器， 其喷嘴容易在工作中积碳堵塞， 雾化分层不好，燃烧时火焰传 播不稳定，因此GDI发动机上一 般不采用多孔喷油器。目前在 GDI发动机上得到广泛应用的是 内开式旋流喷油器，只有一个 喷孔，工作油压为5.0—10MPa， 其内部设有燃油旋流腔，它可 以通过涡流比的选择而实现较 好的喷雾形态和合适的贯穿度 的配合，且喷束方向便于调整， 方便了在气缸内的布置。图6为 旋流式喷嘴结构简图。
• 福特汽车公司PROCO
(Progrannned Combustion Injection)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。