汽油机缸内直喷技术发展的分析与研究

研究生课程考试成绩单

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3. 学位课总评成绩以百分制计分。

目录

汽油机缸内直喷技术研究与发展 (1)

1简介 (1)

2 缸内直喷技术特点 (1)

2.1分层燃烧缸内直喷汽油机 (2)

2.2匀质混合燃烧缸内直喷汽油机 (3)

3 GDI发动机的技术现状 (4)

3.1燃油供给和喷射系统 (4)

3.2喷射模式 (5)

3.3燃烧系统 (5)

3.3.1“喷束引导法”(spray-guided system) (6)

3.3.2 “壁面引导法”(wall．guided system) (6)

3.3.3 “气流引导法”(flow-guided system) (6)

3.4缸内空气运动的组织 (6)

4 GDI发动机目前存在的问题 (7)

4.1 排放问题 (7)

4.2催化器问题 (7)

4.3积炭问题 (7)

4.4喷油器问题 (7)

4.5控制策略问题 (7)

5今后GDI技术研究开发方向 (8)

5.1降低NOx排放的技术 (8)

5.2二次燃烧技术 (8)

5.3二次混合技术 (9)

5.4均质混合压燃技术 (9)

6 GDI技术的发展前景 (9)

参考文献 (10)

汽油机缸内直喷技术研究与发展

100177唐文来

指导教师王鸿翔

摘要：

本文通过实例介绍了汽油机缸内直喷(GDI)技术的发展背景、技术特点、技术现状、目前面临的难题以及今后技术研究工作的重点，指出了排放的控制措施将成为决定其推广实用的关键因素。最后对汽油机缸内直喷新技术的发展，进行了展望。

关键词：汽油机缸内直喷排放

1简介

随着石油资源越来越紧缺，人们对汽车的燃油经济性要求也越来越高，为此，一种新型的汽油机燃烧方式应运而生，即发动机稀薄燃烧技术，而实现稀薄燃烧的理想方式是缸内直喷分层喷油，即缸内直喷（GDI）。直喷式发动机是在气缸内喷注汽油，将喷油器安装在燃烧室内，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做功，这种形式与直喷式柴油机相似，因此，缸内喷注式汽油发动机是将柴油机的形式移植到汽油机上的一种重大创举。

上世纪50年代，德国就研制了直喷二冲程汽油机，但由于当时内燃机制造技术和电控水平较低，其性能和排放并不理想。90年代后，缸内直喷汽油机的研究有了快速发展。缸内直喷汽油机改变了混合机理。可采用稀薄分层燃烧技术，有效地降低HC等排放。直喷方式的油滴蒸发依靠空气吸热而非壁面吸热，降低了混合气温度和体积，可降低爆燃倾向，提高发动机压缩比。此外，GDI汽油机还具有瞬态响应好，易于实现精确的空燃比控制，具有快速的冷起动和减速快速断油能力等特点。

缸内直喷式发动机的空燃比达到40:1，具有节省燃油、减少废气排放、提升动力性能，减少发动机震动、喷油精度的提高、发动机更耐用等优点，目前各汽车制造企业纷纷推出了各自的缸内直喷发动机，如大众公司的FSI（燃油分层喷射）、通用公司的SIDI（点燃式直喷）、丰田公司的D—4S、宝马公司的HPI（高压直喷）、三菱公司的GDI（汽油缸内直喷）、保时捷的DFI（直接燃油喷射）等。这些缸内直喷式汽油机各有自身的特点，技术先进，都明显优于进气道喷射汽油机。

2 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。

2.1分层燃烧缸内直喷汽油机

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。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PFI发动机的汽车油耗为13Km／L，节油达34％左右。

图 1 丰田D—4稀薄燃烧系统

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。与丰田D一4系统一样采用高压旋流式喷油器，但喷油压力为5.0MPa，低于D一4系统。发动机通过ECU直接用脉冲电流的宽度控制高压旋流式喷油器(如图2所示)喷油量的多少，利用特殊的喷孔形状，向气缸内喷出旋转的雾状燃油，与挤压空气涡流快速地混合，以便点火分层燃烧。高压旋流喷油器采用的是瞬时高电压和大电流“峰值保持型”

控制方式(用lOOV一110V和17A一20A打开，又用限流电阻以3A一5A的电流保持开启状态)。这样，喷油器可以小型化，又缩短了“无效喷射时间”，开启速度快，响应性好，计量准确。

图 2 三菱4G稀薄燃烧系统

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

2.2匀质混合燃烧缸内直喷汽油机

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。

图 4 福特PROCO稀薄燃烧系统

3 GDI发动机的技术现状

3.1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。电动低压输油泵把燃油从油箱输送到高压油泵，高压油泵由发动机凸轮轴驱动，将低压油泵送来的压力约0.35MPa的燃油压力增高到8～12MPa，并送往蓄压燃油轨，充满各缸喷油器的油腔。当ECU令喷油器的电磁线圈通电使针阀打开时，汽油就通过喷嘴喷人气缸。直喷式汽油机供油系统油路见图5。

图 5 直喷式汽油机供油系统油路

GDI发动机需要形成高质量的混合气，除了依靠进气涡流外，对喷油器的喷雾质量要求很高。由于燃油蒸发混合的时闻很短，要求喷雾要微粒化，一般缸内直接喷射的平均油粒直径在20～25μm，为此，喷油压力要维持在4一13MPa。为了实现油气均匀混合，必须使喷

雾广泛分散在整个燃烧室。另外，如果喷雾在直线方向上的运动过强，则燃油会直接喷射在气缸壁上，形成油滴沿壁流下，不利于混合气的形成，还会冲洗润滑油膜，破坏润滑性能。因此，喷油器应能保证喷射出来的汽油微粒的速度在喷射直线方向上急剧衰减，而圆周运动方向上的油粒应尽量保持高速运动，这样才有利于混合气的形成。

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。目前各大公司的研究人员正在广泛开展对新型喷油器的研究，重点是对其内部的结构细节进行进一步的改进设计，以期进一步提高喷油器的性能和使用寿命。

图 6 旋流式喷嘴

3.2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。多阶段喷射模式是指在进气行程中先喷入所需燃料的1/4，形成极稀的均质混合气，其余燃料在压缩行程后期再次喷入，形成分层混合气。火花塞点火时，首先在浓混合气处形成较强的火焰，然后向稀混合气空间迅速传播。应用该技术可实现发动机从中小负荷到大负荷的平稳过渡，降低气缸内的气体温度，抑制爆燃的产生。

3.3燃烧系统

燃烧系统的设计是GDI发动机的关键技术。要成功实现中小负荷时的分层稀燃和大负荷时的均质预混，就需要进行燃油喷束、气流运动和燃烧室形状的优化合理配合。已经开发的

GDI发动机燃烧系统。按喷油器和火花塞的相对位置和混合气的组织形式可以有3种类型。

3.3.1“喷束引导法”(spray-guided system)

燃油喷嘴靠近火花塞布置，火花塞位于燃油喷束的边缘，这种方式的优点是保证当整个燃烧室内为稀薄混合气时，火花塞周围仍能形成可供点火的混合气浓度。Ford、Honda公司生产的某些机型采用这种燃烧系统。

3.3.2 “壁面引导法”(wall．guided system)

燃油喷嘴远离火花塞布置，利用特殊形状的活塞表面配合气流运动，将燃油蒸气导向火花塞并在火花塞间隙形成合适浓度的混合气，如三菱、丰田、Nissan等公司开发的机型。

3.3.3 “气流引导法”(flow-guided system)

同样是燃油喷嘴远离火花塞，利用缸内有组织的气流运动来达到上述目的。FEV、AVL 公司开发的方案采取这样的燃烧系统。

上述几种燃烧系统方案的划分是十分粗略的，实际情况是上述几种方案交叉存在，各种因素并存并相互影响。根据AVL的Ricardo公司的研究，火花塞布置在靠近中心的位置可以减少火焰传播距离，在怠速和部分负荷时对分层便于控制，但发动机对喷油器和火花塞之间的位置误差、喷雾变形敏感，火花塞容易被燃油沾湿而形成污垢导致点火困难。另外，火花塞和喷油器都布置在中间有时会影响进气门的尺寸。远距离布置的方式可避免沾湿火花塞，但燃油碰壁较多，并且需要精确设计特殊形状的燃烧室，对缸内混合气运动的组织要求更高一些。

3.4缸内空气运动的组织

气缸内的空气运动对喷雾和燃烧的影响很大。GDI发动机缸内空气的运动有涡流、滚流和挤流。涡流的旋转轴线平行于气缸中心线，滚流的旋转轴线垂直于气缸中心线，挤流形成于压缩冲程活塞接近上止点时与缸盖间隙处的径向气体运动，它有助于加强压缩终点时的湍流强度。

目前大部分GDI发动机应用涡流作为缸内空气运动的主要形式，其特点是持续时间长，在缸内的径向发散少，对保持混合气的相对集中和分层有利，可以充分利用它来维持压缩冲程中的混合气分层。由于涡流的旋转动量与发动机的转速成正比，而油束的动量是独立的，不受发动机转速的影响，因此，利用涡流来促进油气混合有一个操作范围限制。此外，涡流比过高还会由于离心力的作用使油滴甩向缸壁，造成湿壁现象的增加。

近年来，日本三菱汽车公司对滚流在GDI发动机中的应用做了大量的试验研究，结果显示，在压缩行程的后期，滚流能够有效地增加靠近缸壁处的气体流动速度，从而可以促进粘附在缸壁上的油滴快速蒸发，也可利用滚流程活塞顶部的凹坑相配合将分层混合气导向火花塞，控制油束碰撞和火焰传播，从排气侧到进气侧的挤流还能提高燃烧速度。

4 GDI发动机目前存在的问题

GDI发动机拥有很多优良的性能，如：油耗低、污染小、动力性能好等等。但是GDI技术同样存在着许多技术瓶颈制约了它的进一步发展和应用，亟待改进。

4.1 排放问题

GDI汽油机的开发成功，极大地提高了汽油机的燃油经济性。但其排放总体上要高于工作在理论空燃比下，附加三元催化等尾气处理装置的进气道喷射汽油机。其排放问题主要有：

1)中小负荷下未燃HC排放较多。采用混合气分层后，极易造成火焰从浓区向稀区传播时熄灭。同时，稀燃造成缸内温度偏低，不利于未燃HC随后的继续氧化。壁面阻挡型直喷系统，因喷雾碰壁较多，而活塞顶和缸壁的温度低，使HC排放较高。

2)NOx的排放。虽然因采用较稀的空燃比，气缸内的反应温度较低，但由于分层混合气由浓到稀将不可避免地出现混合气过浓或浓混合气区域过大的状况，这些区域恰恰是高温区域，使NOx生成增加。另外，GDI发动机较高的压缩比和较快的反应放热率也会引起NOx升高。

3)微粒排放。因为局部区域过浓的混合气和未蒸发的液态油滴扩散燃烧而引起颗粒排放增加，并且缸内温度低也造成了微粒氧化不完全。

4.2催化器问题

GDI汽油机工作在稀空燃比条件下，其造成的富氧和较低的排气温度使传统的三元催化器对NOx的转化率不高，废气排温较低不利于三元催化器的起燃，限制了它在GDI汽油机上的应用。

4.3积炭问题

由于GDI汽油机，火花塞点火燃烧的是占据小部分空间的分层混合气，其他空间只有极微量的燃油存在，且燃料的气化蒸发使缸内温度偏低，点火后火焰在传播过程中逐渐减弱，到达分层混合气以外的其他空间时，极易造成熄火，使混合气不能充分燃烧，产生积炭。

4.4喷油器问题

GDI汽油机的喷油器置于气缸内，由于喷油压力低，喷孔没有自洁能力，很容易积垢，造成喷油量减少、喷雾特性变坏，进而使发动机的燃烧恶化，影响发动机的功率输出和排放。

4.5控制策略问题

在实际GDI汽油机上，理想的混合气浓度均匀递降的分层不可能实现，使得精确分层混合气的控制和燃烧过程组织的难度相当大。发动机不同负荷的喷油时刻相差较大，各种负荷间平滑过渡所要求的喷射策略也较复杂，因此实现发动机输出动力的连续变化需要较复杂的控制策略。直喷汽油机的开发难点，还体现在燃烧系统的优化和喷油系统的开发比较复杂，电控系统精确控制难和开发成本高，对汽油喷雾和空气的混合运动认识不足等方面。另外，

GDI较高的喷射压力要求也造成汽油泵和喷油器功率要求高，汽油的润滑性差，因此，如何开发出抗磨损能力强、功率消耗低的供油系统和燃油喷射系统，也是直喷汽油机需要解决的一个问题。

5今后GDI技术研究开发方向

现在GDI技术尚处于逐步成熟时期，各种问题的出现是必然的，但GDI的研究一定要在确保动力性能的基础上尽可能的“节能减排”。而从当前的形式来看低碳问题又是中之重。

5.1降低NOx排放的技术

1)稀燃催化器。稀燃催化器的开发将直接影响到GDI汽油机排放问题的解决。目前开发的有稀燃催化还原型NOx催化器、NOx搜捕型等。但这些催化器都不同程度的存在转化率低、工作温度范围窄、控制复杂、性能不如传统的三元催化器等问题，还需深入研究。日本三菱公司采用稀燃NOx催化剂加三元催化剂的技术(图8)，NOx可以达到美国加州排放标准。

2)废气再循环。废气再循环(EGR)是通过降低缸内最高燃烧温度及氧气的相对浓度从而降低NOx排放的一种有效方法。在GDI汽油机中，因稀燃使缸内富余氧气较多，可实用较高的EGR比率而不会使燃烧恶化。如果将再循环废气与可燃混合气进行分层，减少废气与可燃混合气的掺混，保证点火时刻火花塞附近有适于着火的混合气，避免废气靠近火花塞，能大大提高EGR比率，从而大大降低NOx排放。采用电控EGR可以精确控制EGR比率，能较好地解决发动机的动力性和经济性与NOx排放之间的协调问题。

图7 三菱汽车公司稀燃催化器和二次燃烧系统

5.2二次燃烧技术

二次燃烧是指在进行正常分层燃烧的怠速运转时，除了在压缩行程后期喷油外，在膨胀

行程后期再次喷入少量燃油，在缸内高温、高压气体的作用下点火燃烧并使排气温度提高。三菱汽车公司采用二次燃烧和反应式排气管技术，较好地降低HC和NOx排放(图5)。通常，起动后怠速状态下的排气温度为200℃左右，使用二次燃烧可使排气温度上升到800℃。这样可大大加快催化剂开始工作的时间。反应式排气管可使发动机的排气在排气管中滞留，激活与空气的反应，并使膨胀行程后期的二次燃烧反应在排气管中继续迸行，从而加速激活催化剂，使HC排放降低。

5.3二次混合技术

二次混合技术是指在进气行程中先喷入所需燃料的1/4，形成极稀的匀质混合气。在压缩行程后期再次喷人剩余燃料，形成分层混合气。在火花塞点火前，缸内混合气形成超稀均质混合气和较浓的分层混合气。火花塞点火时，首先在浓混合气处形成较强的火焰，迅速向稀混合气空间传播，因火焰较强，稀混合气易点燃。稀混合气的燃烧又会反射，促进浓混合气再次燃烧，使燃料充分燃烧，减少了积炭的产生。

5.4均质混合压燃技术

分层稀燃GDI发动机的混合气不均匀，NOx会在燃料较稀的高温区产生，而在混合气较浓的区域易产生碳烟。在均质混合稀薄燃烧(HCCI)过程中，理论上是均匀混合气完全压燃、自燃、无火焰传播过程，这样可以阻止NOx和微粒的生成，同时能够实现较高的燃油经济性。均质压燃汽油机解决了汽油机指示热效率低的问题，空燃比不再受混合气点燃和火焰传播的限制，同时，压缩比也不受到爆燃的限制，因而，热效率大幅度提高。由于均质压燃汽油机可以在稀薄混合气中进行燃烧，NOx的生成得到抑制，减轻了尾气处理的压力。理论上HCCI 燃烧可以不需要任何后处理装置即可达到欧Ⅵ或更加严格的排放法规。但是，HCCI燃烧的实现需要解决两个问题，一是在各种变动的工况和环境条件下可靠地工作，二是整个运行工况的平均热效率必须足够高，以弥补采用均质压燃造成的汽油机成本提高的补偿。

6 GDI技术的发展前景

中国政府已经向世界郑重承诺，到2020年中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%一45%。从而车用内燃机的开发面临排放的挑战的激烈程度可想而知，缸内直喷汽油机的开发成功为此提供了一个重要的可供选择的方案。目前日本、欧美的GDI汽油机在保持汽油机动力性能优势的同时，燃油经济性也己达到甚至超过了柴油机的水平。可以预见，随着GDI研究工作的深入，燃烧系统的优化、控制手段的完善、催化器的研制、燃烧技术的优化等，汽油机缸内直喷技术将得到更大的发展，并将取代进气道直喷成为电控喷射的主要形式。

参考文献

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汽油机缸内直喷的特点及应用分析

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

现代缸内直喷式汽油机(八)

现代缸内直喷式汽油机(八) (接上期) 2.6电子控制系统 2.6.1基本概况和要求 如前面所述，均质燃烧直喷式汽油机由于运行状况与进气道喷射汽油机相似，因此无论是排气后处理系统还是电控系统都与后者相仿，变得较为简单。而分层稀燃直喷式汽油机则由于必须在部分负荷工况充量分层和中高负荷工况均质混合汽这两种运行方式之间瞬态转换，并且所应用的NOx 吸附催化转化器的吸附和再生过程又必须在稀和浓混合汽之间周期性地转换，因此对发动机电控系统提出了更高的特殊要求。为此，下面以Bosch公司专门为缸内分层稀燃直喷式汽油机开发的电控系统为例，简要介绍其控制策略和系统概况。 Bosch公司在ME7型进气道喷射汽油机电控系统的基础上，专门为缸内分层稀燃直喷式汽油机新开发了Motronic MED7型电控系统。由于ME7型电控系统采用的是基于扭矩控制的先进的控制策略，这就为用于缸内直喷式汽油机提供了有利的前提条件。为了充分挖掘缸内汽油直接喷射的所有潜力，电控系统必须能最大限度地对所有调节参数进行自

由控制，同时又能对两种基本的运行方式(图60)进行识别和转换，因此对电控系统提出了以下两个要求： ①喷油始点必须能够根据发动机运行工况在压缩冲程期间的较晚喷油始点和在进气冲程期间的较早喷油始点之间调节； ②必须将进气量调节与加速踏板调节功能分开，以便能够在低负荷工况时节气门全开实现发动机无节流运行，而在高负荷工况时又能用节气门来调节进气空气量。 图14(见本刊今年第4期)示出了Motronic MED7电控系统的主要部件。这种高压喷油系统是一种蓄压式共轨喷射系统，因此燃油能够在任何一个时刻由电控喷油器直接喷入汽缸，同时将进气量调节与加速踏板调节功能分开，分别由电子节气门(EGAS)和加速踏板模块(含“油门”位置传感器)来承担，进气空气质量可由电子节气门(EGAS)自由调节，并应用热膜空气质量流量计来精确测量汽缸吸入的空气质量，而根据行驶负荷所需的发动机输出扭矩的调节(扭矩控制)由加速踏板模块输出相应的信号通知电控单元，并与一个普通的宽带λ传感器来实现混合汽的控制，用于进行λ=1均质运行或分层稀薄运行调节以及催化器再生的精确控制。此外，在热力循环中特别是高EGR率情况下废气再循环的精确调节是特别重要的，因此采用一个进气管压力传感器来进行废气再循环的测量。

现代缸内直喷式汽油机(二)

现代缸内直喷式汽油机(二) (接上期) 2缸内直喷式汽油机的发展历史 在内燃机出现的早期，即20世纪初，人们就已对汽油喷射方式进行过研究。1900年德国Deutz公司就曾经生产过汽油喷射的固定式发动机。以后，汽油喷射的应用范围逐步转移到活塞式航空发动机上。二战前夕的20世纪30年代，德国已开始用Benz和BMW公司的汽油喷射发动机装备军用飞机。 航空发动机采用汽油喷射技术所取得的成果，自然也引起了人们将其应用到汽车上的兴趣。但是，当时并没有对化油器式汽油机的燃烧方法做重大改动。通常是为了提高汽车发动机的功率，往往仅在现有的汽缸盖结构基础上，为配备直接喷射喷油器而进行相应的修改，因此开发的重点侧重于喷油装置及其调节。1938年德国空军研究所(DVL)和Bosch 公司合作，首先致力于汽车二冲程缸内直喷式汽油机的研究，并完成了装车试验。Daimler Benz公司也于1939年推出了专供赛车使用的四冲程缸内直喷式汽油机。直到1952年汽油直接喷射才首次批量应用于汽车，Gutbrod公司首先使用Bosch公司提供的机械控制式汽油喷射系统批量生产装有

二冲程缸内直喷式汽油机的轿车，因二冲程汽油机采用缸内直接喷射之后可避免扫气过程中的燃油损失，与当时的化油器汽油机相比，其燃油耗节约了25％～40％。1954年Benz 公司首次推出了排量为3.1L的四冲程直立6缸M198缸内直喷式汽油机(图5和图6中)，搭载于300SL型轿车。 虽然1934年德国就开始研究如何通过把燃油直接喷入燃烧室而得到不均匀的混合汽，即分层充量。在20世纪50-60年代，美国Texaco公司也推出了TCP(Texaco Combustion Process)燃烧系统以及1968年Ford公司推出的 PROCO(Ford-Programmed Combustion Process)燃烧系统(图6右)，立足于节能减排，力求通过分层稀薄燃烧方式来提高压缩比，使汽油机在保持本身优点的前提下，在燃油经济性方面达到或接近柴油机的水平。但是，由于缸内直喷式汽油机既有喷油系统又有点火系统，结构较为复杂，成本也较高，同时在燃烧室内实现分层燃烧的调试比较困难，开发费用大，再加上当时尚缺乏供稀薄燃烧用的NOx后处理技术，因此一直到20世纪80年代末，汽油机缸内直喷分层稀燃技术仍未进入实用阶段。 随着内燃机技术的进步，特别是基于微电子技术的计算机技术的迅速发展，为汽油机缸内直接喷射技术的重新发展提供了前提条件。同时迫于节能和环保要求日益严格的压

现代缸内直喷汽油机的燃油系统与维修

现代缸内直喷汽油机的燃油系统及维修 缸内直喷汽油机己被各大汽车制造商普遍采用，尤其是大众汽车公司近两年在国内销售的新车己大部分采用TSI发动机，即涡轮增压缸内直喷汽油机。国内各汽车杂志都曾详尽地介绍过缸内直喷汽油机燃油系统的结构和工作原理，但由于此项技术发展很快，那些文章上很多内容己不符合当前实际。本文以大众TSI发动机和通用SIDI 发动机为例介绍目前实际装车用的缸内直喷汽油机的燃油系统结 构、工作原理特点和维修注意事项。 目前实际装车用的缸内直喷汽油机的低压燃油系统和高压燃油系统都采用按需调节燃油系统，参见图1。所用的缸内直接喷射都取消了“分层”充气工作模式(压缩行程喷射、稀混合汽)，只有“均质”一种模式(进气行程喷射、λ=1的混合汽)。这样可以不使用昂贵、且易损坏的存储型氮氧化物催化转化器，也能使排放达标。 一、低压燃油系统 1.低压燃油系统结构 与传统的进气道燃油喷射系统相比，其低压油路增加了燃油泵门控开关、燃油低压压力传感器G410、油泵控制单元J538。

燃油低压压力传感器采用传统三线式压力传感器。 燃油泵门控开关能使打开驾驶员侧车门时燃油泵即开始工作，车门开关信号被送至发动机控制单元，燃油泵被触发2s。燃油泵提前工作是为了迅速建立高压以缩短启动时间。 有些汽车还具有碰撞燃油切断装置，它是通过燃油泵继电器断开燃油泵。 2.按需调节低压油路 低压油路在发动机工作时仅保持0.4MPa油压，以节电。在易汽阻状态则使油压保持在0.5MPa。然而，发动机工作时燃油消耗是不固定的，因此燃油低压压力传感器时刻将燃油压力信号发送发动机控制单元，发动机控制单元根据此信号向燃油泵控制单元发送一个有20Hz频率的脉冲宽度调制信号。燃油泵控制单元根据这个指令，为电动燃油泵送去的脉冲宽度调制电流，形成闭环控制。换言之，此时燃油泵上的电压不是12V，而是由脉冲宽度调制电流产生的较低的有效电压。即燃油泵转速是受控可变的，不需要燃油压力调节器，输出油压也保持在0.4MPa。 应注意，图1中燃油泵上的回油管不是用于低压燃油系统的，它是仅用于高压燃油系统的。低压燃油系统都采用无回油式的 二、高压燃油系统 1.高压油路系统结构 第二代高压泵高压油路系统如图2所示，它由高压泵、燃油压力调节阀、燃油压力传感器、燃油分配管、喷油器、压力限制阀及低压回油燃油管等组成。

汽油机缸内直喷技术发展的分析与研究

研究生课程考试成绩单 （试卷封面） 任课教师签名： 日期： 注：1. 以论文或大作业为考核方式的课程必须填此表，综合考试可不填。“简要评语”栏缺填无效。 2. 任课教师填写后与试卷一起送院系研究生秘书处。 3. 学位课总评成绩以百分制计分。

目录 汽油机缸内直喷技术研究与发展 (1) 1简介 (1) 2 缸内直喷技术特点 (1) 2.1分层燃烧缸内直喷汽油机 (2) 2.2匀质混合燃烧缸内直喷汽油机 (3) 3 GDI发动机的技术现状 (4) 3.1燃油供给和喷射系统 (4) 3.2喷射模式 (5) 3.3燃烧系统 (5) 3.3.1“喷束引导法”(spray-guided system) (6) 3.3.2 “壁面引导法”(wall．guided system) (6) 3.3.3 “气流引导法”(flow-guided system) (6) 3.4缸内空气运动的组织 (6) 4 GDI发动机目前存在的问题 (7) 4.1 排放问题 (7) 4.2催化器问题 (7) 4.3积炭问题 (7) 4.4喷油器问题 (7) 4.5控制策略问题 (7) 5今后GDI技术研究开发方向 (8) 5.1降低NOx排放的技术 (8) 5.2二次燃烧技术 (8) 5.3二次混合技术 (9) 5.4均质混合压燃技术 (9) 6 GDI技术的发展前景 (9) 参考文献 (10)

汽油机缸内直喷技术研究与发展 100177唐文来 指导教师王鸿翔 摘要： 本文通过实例介绍了汽油机缸内直喷(GDI)技术的发展背景、技术特点、技术现状、目前面临的难题以及今后技术研究工作的重点，指出了排放的控制措施将成为决定其推广实用的关键因素。最后对汽油机缸内直喷新技术的发展，进行了展望。 关键词：汽油机缸内直喷排放 1简介 随着石油资源越来越紧缺，人们对汽车的燃油经济性要求也越来越高，为此，一种新型的汽油机燃烧方式应运而生，即发动机稀薄燃烧技术，而实现稀薄燃烧的理想方式是缸内直喷分层喷油，即缸内直喷（GDI）。直喷式发动机是在气缸内喷注汽油，将喷油器安装在燃烧室内，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做功，这种形式与直喷式柴油机相似，因此，缸内喷注式汽油发动机是将柴油机的形式移植到汽油机上的一种重大创举。 上世纪50年代，德国就研制了直喷二冲程汽油机，但由于当时内燃机制造技术和电控水平较低，其性能和排放并不理想。90年代后，缸内直喷汽油机的研究有了快速发展。缸内直喷汽油机改变了混合机理。可采用稀薄分层燃烧技术，有效地降低HC等排放。直喷方式的油滴蒸发依靠空气吸热而非壁面吸热，降低了混合气温度和体积，可降低爆燃倾向，提高发动机压缩比。此外，GDI汽油机还具有瞬态响应好，易于实现精确的空燃比控制，具有快速的冷起动和减速快速断油能力等特点。 缸内直喷式发动机的空燃比达到40:1，具有节省燃油、减少废气排放、提升动力性能，减少发动机震动、喷油精度的提高、发动机更耐用等优点，目前各汽车制造企业纷纷推出了各自的缸内直喷发动机，如大众公司的FSI（燃油分层喷射）、通用公司的SIDI（点燃式直喷）、丰田公司的D—4S、宝马公司的HPI（高压直喷）、三菱公司的GDI（汽油缸内直喷）、保时捷的DFI（直接燃油喷射）等。这些缸内直喷式汽油机各有自身的特点，技术先进，都明显优于进气道喷射汽油机。 2 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。

技师论文--大众汽油缸内直喷系统常见故障诊断

技师论文--大众汽油缸内直喷系统常见故障诊断

目录 一、引言 (1) 二、汽油缸内直喷系统结构特点 (1) 三、汽油缸内直喷系统常见故障案例分析诊断 (3) 四、结论 (8)

大众汽油缸内直喷系统常见故障诊断 摘要：汽油缸内直喷技术的产生是对传统汽油进气歧管内喷射发动机的又一次革命，代表着未来一段时期内汽油供给系统的发展方向，对我们汽车维修人员也是一个新的研究课题。本文以上海大众车型为例，介绍了燃油供给系统比较集中的几种故障现象和诊断方法，以及在今后诊断维修工作中的注意事项。 关键词：缸内直喷结构故障诊断 一、引言 传统汽油进气歧管内喷射的发动机，已经不能满足日益严格的排放法规和车主对燃油经济性的要求，改变传统汽油机的燃烧方式，以获得更高的燃油经济性和更低的排放水平，是当今世界各大汽车制造厂都在积极研究的课题之一。大众汽车汽油缸内直喷技术的研发成功，推动了发动机燃油供给系统一次技术革命。该技术相比较于传统发动机，可以最多节省20%左右的燃油，并且有效的降低废气排放，在同样的排量下功率和扭矩更大。采用该技术的发动机除了燃油供给系统，其他的控制系统和传统发动机的结构、原理及诊断方法基本一致。本文针对缸内燃油直喷技术发动机的燃油供给系统在结构、原理和故障诊断方法上进行一些探讨。 二、汽油缸内直喷系统结构特点 上海大众目前使用汽油缸内直喷发动机的车辆，其汽油缸内直喷系统，按照压力又可分为低压部分燃油供给系统，和高压部分燃油喷射系

统两个部分。低压系统负责向高压系统供给一定压力和流量的燃油, 高压系统负责将燃油压力加压到气缸压力的数倍，通过燃油分配器①输送到喷油嘴直接向气缸内喷射。低压部分的油压和高压部分的油压，都是发动机控制单元根据不同工况所需油压不同，在一定范围内进行控制，真正做到按需供给。 低压部分燃油供给系统包括电子燃油泵、燃油滤清器、燃油计量阀、管路、燃油泵控制模块等部件。电子油泵一般在安装在油箱内，车辆在行驶中，由发动机控制单元根据车辆所处工况发动机所需的油压，将脉冲信号输送给电子油泵控制模块，再由其控制电子油泵调节燃油输送，使低压油路油压调节范围保持在4bar至7bar之间。 高压部分燃油喷射系统包括高压燃油泵、高压燃油管路、燃油分配器、燃油压力传感器、燃油压力调节器、限压阀、高压喷嘴等。上海大众汽车目前三种不同排量的发动机安装三种不同型号的高压油泵，但总体结构和控制原理基本一致。高压燃油泵结构上一般由单体柱塞泵、燃油调节阀和脉动缓冲器、限压阀等组成为一总成件，安装位置在发动机缸盖上，由凸轮轴直接驱动。泵油压力取决于发动机转速和控制单元对燃油压力调节阀的控制。排量1.4升CFB发动机油轨压力调节在40bar 至120bar之间；排量1.8升CEA发动机和排量2.0升CGM发动机，油轨压力调节在40bar至150bar之间。压力调节阀属于脉冲式电磁阀，根据发动机控制单元指令调节高压油泵的油压。限压阀属于安全装置，在油压电控系统失效的情况下，当燃油分配器中油压超过限制时限压阀自动打开，过量的燃油流回低压侧，以保护高压燃油组件。高压油泵的工作过程有吸油冲程（汽油进入柱塞泵）、燃油回送（多余的燃油由柱塞泵重新压回低压油路）、和燃油输送（进入油轨）冲程。高压油泵产生的高压燃油流进燃油分配器存储，燃油分配器向喷油嘴提供提供高压燃油。喷油嘴作为燃油喷射的最终执行元件，安装位置在缸盖上，头部深入到燃烧室内，可以把高压燃油直接喷入燃烧室，其工作环境较为恶劣，也是高压部分故障率较高的部件。喷油电压不是电瓶电压，而是由直流转换器将控制电压转换成约90伏的高电压，这个高电压可以加速喷油器开启的时间，当喷油阀针完全开启后，只需要30伏的电压和3-4安培的电流就可以使喷油器针阀保持在完全开启的位置上。

现代缸内直喷式汽油机(十七)

范明强 (本刊专家委员会委员)教授级高级工程师，曾任中国第一汽车集团公司无锡研究所发动机研究室主任、湖南奔腾动力科技有限公司轿车柴油机项目部总工程师、无锡柴油机厂高级技术顾问和多所高校客座教授。现代缸内直喷式汽油机(十七)文/江苏 范明强 (接上期) 现代汽车工业面临的形势越来越严峻，既要承 受全球环境恶化的重压，面对越来越苛刻的废气排 放法规，必须不断地降低汽车的尾气排放；又面临世 界石油能源紧缺，汽车的燃油经济性越来越受到人 们的关注；同时还必须满足用户对车辆动力性能的要 求。汽车制造厂商的任务就是要协调所有面临的这 些相互矛盾的要求，这是一项非常困难的任务，尤其 是在对动力性能要求特别高的高档运动型轿车领域 内更是如此。 为此，缸内直接喷射技术越来越受到轿车汽油 机制造厂商的青睐。欧洲和日本相继推出了多款直喷 式汽油机轿车，特别是德国大众公司在中国同步推 出并批量生产其最新型的该类车型及其直喷式汽油 机，受到国内业内人士的高度关注。 但是，对轿车汽油机而言，无论是进气道喷射还 是缸内直接喷射都各有利弊。在低速低负荷工况，缸 内直接喷射不能确保最佳的混合汽形成，而在全负 荷范围内，进气道喷射又由于受到进气节流的影响， 进气量不足而限制了汽油机功率的提高。 鉴此，日本丰田Tochter Lexus公司新开发了一 种不用复杂的可调式进气管，也不用会产生节流影响 的滚流调节阀，而是组合应用进气道喷射和缸内直 接喷射的新型自然吸气汽油机，它将这两种系统的 优点集成于一体，根据功率需求，或采用单纯的缸内 直接喷射运行，或采用两种系统组合运行。在低负荷 和中等负荷范围内，由进气道喷射和缸内直接喷射共 同实现可能是迄今为止最好的混合汽形成(图133)， 而在全负荷范围内，由单纯的缸内直接喷射获得尽可 能最高的功率，同时缸内直接喷射时汽油油滴蒸发 的冷却效果又能降低爆震倾向，这样就能够采用更 高的压缩比。原则上，这种新型汽油机采用均质混合 汽运行，仅仅在冷启动以后，借助于压缩行程期间附 加的缸内直接喷射形成分层充量，以便提高废气温 度和缩短催化器的预热时间。 新开发的这种3.5L-2GR-FSE汽油机是丰田 GR汽油机系列中的顶级机型，首先搭载于GS 450h 和LS 460雷克萨斯轿车以及后轮驱动的Luxury高 级运动型轿车上,旨在改善批量生产汽油机的动态性 能,同时满足环境对低燃油耗和低排放的要求。作为 一种自然吸气汽油机，该汽油机配备了新型的D-4S 汽油直接喷射系统(D-直接喷射；4-四冲程汽油机； S-高档方案)和进气道喷射两种喷油器，以充分发挥 汽油直接喷射的优势，并改善全负荷性能，同时还通 过采取进一步的技术措施，例如改进进排气系统加 快进气空气流动，加大气门传动机构刚度等提高发 动机转速，降低各种零部件的摩擦以及提高压缩比 来提升功率。因此，这种新型汽油机除了达到具有 世界一流水平的234 kW功率(比功率为67.7kW/L)和 380N·m最大扭矩之外，该机还具有宽广的高扭矩 范围，从2000r/min开始就发出至少90%的最大扭 矩，因此装用这种汽油机的凌志轿车的动力性能名列 世界最顶级水平，同时最佳的10-15工况燃油耗达到 了10km/L，并已被证实该汽油机能够满足日本特超 低排放汽车(SULEV)的排放限值。 11. 发动机概况和主要技术规格 表10列出了这种新型汽油机的主要技术规格， 图134是其纵横剖视图。 表10 发动机主要技术规格 发动机型号2GR-FES3GR-FES 排量(L) 3.456 2.994 汽缸直径(mm)9487.5 行程(mm)83 缸心距(mm)105.5 汽缸排列V6 气门传动机构4气门，双顶置凸轮轴链传动，滚轮摇臂 可变气门定时机构进气门 + 排气门(双VVT-i) 燃油喷射系统 进气道喷射+缸内直喷 (D-4S) 缸内直喷 (D-4) 压缩比11.811.5 最大功率 (kW/r/min) 234/6400188/6200 最大扭矩 (Nm/r/min) 380/4800314/3600 90%最大扭矩的转 速范围(r/min) 2000-65002000-4200 排放标准J-SULEV 图133 进气道喷射和缸内直接喷射组合运行时的混合气 形成 化学计量燃油空气混合汽 压缩 点火 燃烧 进气 (进气道喷射和 缸内直接喷射)

汽车缸内直喷技术详细讲解

汽车缸直喷技术详解 对于一台汽油发动机来说，将汽油送入汽缸，并与空气混合，再使油气混合物充分燃烧才能获得强大的动力，因此油气混合技术也是发动机的关键之一。在经历了化油器、单点电喷、多点电喷技术阶段之后，油气混合技术终于进入了直喷时代，越来越多的车型开始采用直喷发动机，那么直喷发动机的技术关键 点都有哪些呢？下面就为大家逐一解析。 高压喷油系统 高压喷油系统可以说是直喷发动机最关键的系统，与以前油气在进气歧管混合，然后被负压吸入发动机不同，直喷发动机是用高压喷油嘴将燃油喷入汽缸，由于汽缸压力已经很大，因此需要喷油系统具备更大的压力。

高压喷油系统主要可以分为发动机控制模块（ECM）、高压油轨、高压油泵和喷油嘴四部分，其中ECM主要采集发动机数据，按照预定程序控制喷油时机和喷油量，从而实现最高燃烧效率；而高压油泵则主要负责燃油的加压，高压油轨主要起均衡各喷油嘴喷射压力的作用，而最终的喷油任务则由喷油嘴来执行。 此外，还有多个传感器提供燃油压力等信息，确保整个系统的高效率。

ECM（或称ECU）不仅是直喷发动机的关键部分，也是所有技术较新的燃机的重要组成部分，这个部分涉及到芯片、执行器、软件等多个环节，其中任何一个环节缺失都无法实现量产装车。目前ECM技术还是为国外企业所把持，在技术 上已经比较成熟。

部分自主品牌虽然也初步具备了ECM的制造能力，但是在软件的匹配、执行器的可靠性等环节还有不少问题尚待解决，不过就跟变速器技术一样，这样的关键技术一旦取得突破，自主品牌厂商将受益匪浅。 高压油泵则是燃油加压的关键环节，在低压油泵将燃油送到高压油泵之后，高压油泵可以将汽油加压到十余兆帕的压力（这是普通汽油泵压力的三四十倍），并将其送入油轨。高压油泵通常是由凸轮轴带动，部则有双头或者三头凸轮加压（如福特ECOBOOST系列发动机的“9号凸轮”）。

汽油机缸内直喷技术分析解析

汽油机缸内直喷技术 学院**********院 专业车辆工程 班级10040208 学号1004020533 姓名***

目录 1 GDI技术的发展 (1) 2 GDI技术的发展前景 (2) 3 GDI发动机的技术现状 (4) 3.1 燃油供给和喷射系统 (4) 3.2喷射模式 (6) 3.3燃烧系统 (6) 3.3.1“喷束引导法”(spray-guided system) (6) 3.3.2 “壁面引导法”(wall．guided system) (7) 3.3.3 “气流引导法”(flow-guided system) (7) 4今后GDI技术研究开发方向 (7) 4.1降低NOx排放的技术 (7) 4.1.1稀燃催化器 (7) 4.1.2废气再循环 (8) 4.2二次燃烧技术 (9) 4.3二次混合技术 (9) 4.4均质混合压燃技术 (9) 5 GDI发动机目前存在的问题 (10) 5.1 排放问题 (10) 5.2催化器问题 (11) 5.3积炭问题 (11) 5.4喷油器问题 (12) 参考文献： (13)

摘要 本文详细介绍了汽油机缸内直喷(GDI)技术的发展历程、技术特点、亟待解决的问题及今后研究工作的重点。指出了排放的控制措施将成为决定其推广实用的关键因素。最后对汽油机缸内直喷技术的发展进行了展望。 关键词：汽油机缸内直喷排放 1 GDI技术的发展 上世纪50年代，德国研制出了二冲程直喷汽油机，限于当时机械制造技术和电控水平较低，其性能和排放并不理想。90年代后，缸内直喷汽油机的研究有了较大的进展。缸内直喷汽油机改变了预混合汽油机的混合机理，可采用稀薄分层燃烧技术，降低HC等有害排放。直喷方式的油滴蒸发主要依靠空气吸热而非壁面吸热，降低了混合气温度和体积，可降低爆燃倾向，提高发动机压缩比。此外，GDI 汽油机还具有瞬态响应好，易于实现精确的空燃比控制，具有快速的冷起动和减速快速断油能力等特点。这些方面GDI汽油机都明显优于进气道喷射汽油机。为此许多外国汽车公司和研究机构都成功开发出了自己的GDI发动机机型。1996年，日本的三菱公司率先采用立式进气道与弯曲顶面活塞。在进气行程中吸入的空气通过立式进气道被吸入气缸，形成强烈的滚流。喷射的燃油经曲面形的燃烧室壁面引导被送到位于气缸中央的火花塞附近，形成稳定的燃烧。开发的汽油直喷发动机应用于运动型轿车Galant上，其油耗和二氧化碳的排放

现代缸内直喷式汽油机(四)

现代缸内直喷式汽油机(四) (接上期) 2.3.喷油系统 现代缸内直喷式汽油机对喷油系统提出的主要要求是，必须将燃油的压力产生过程与计量喷射过程完全脱钧，使其能够自由选择喷油时刻和可变的喷油压力。如上所述，蓄压共轨式喷油系统具有很大的控制自由度，可以最好地满足这些要求，能够在任意一个时刻通过电控喷油器将存储在共轨中达到运行工况所要求压力的燃油精确计量直接喷人燃烧室。图14(见上期)示出了这种燃油系统的基本组成。首先由燃油箱内的低压电动燃油泵供油模块产生0.35～0.40MPa的初级输油压力。按需要向由发动机直接传动的高压燃油泵供油，它可将燃油共轨中的燃油压力最高提高到12MPa。喷油器直接连接在燃油共轨上，由电控单元发出的控制信号(喷油脉冲，其宽度即通电持续时间)来确定喷油始点和喷油量。共轨中的燃油压力由燃油压力传感器采集。并由同样安装在共轨上的燃油压力调节器调节到喷油脉谱图所规定的压力值。燃油压力调节器根据负荷状况调节共轨通往回油管路的通道截面，以控制回油量。但这些多余的燃油量并不是返回到燃油箱，而是直接返回到高压燃油泵的进油口。这样就能够

尽可能减少高压燃油泵的能量消耗。有利于降低燃油耗。并能减少对燃油箱中燃油的加热，以避免加重燃油箱通风系统的负担。 图22示出了现代直喷式汽油机喷油系统的高压燃油泵、共轨和电控喷油器等三大高压部件。 2.3.1.低压输油泵 现代缸内直喷式汽油机的低压输油泵通常采用与进气 道喷射汽油机一样的电动燃油泵，在此不再详述。 大众公司新的1.4L/1.6L-FSI直喷式汽油机采用了一种 可调节供油量的电动燃油泵。为此在低压进油油路中安装了一个压力传感器，根据此压力信号发动机电控单元控制电动燃油泵只供应实际所必需的燃油量，以保持0.40MPa的初级输油压力。而不再有多余的燃油回流到燃油箱。这不仅避免了油箱中燃油温度的升高，而且减少了电功率消耗(约50％)，有利于降低燃油耗。同时，还具有改变低压进油压力的可能性。在易发生汽阻危险的运转范围内(例如热启动)，低压进油压力能够在短时间内从0.4MPa提高到0.5MPa。以有利于消除可能发生的汽阻现象而顺利热启动。 2.3.2.高压燃油泵 现代直喷式汽油机高压燃油泵的任务是将燃油压力由0.35～0.40MPa的初级输油压力提高到12MPa，甚至最高达

现代缸内直喷汽油机的燃油系统与维修

现代缸直喷汽油机的燃油系统及维修缸直喷汽油机己被各大汽车制造商普遍采用，尤其是大众汽车公司近两年在国销售的新车己大部分采用TSI发动机，即涡轮增压缸直喷汽油机。国各汽车杂志都曾详尽地介绍过缸直喷汽油机燃油系统的结构和工作原理，但由于此项技术发展很快，那些文章上很多容己不符合当前实际。本文以大众TSI发动机和通用SIDI发动机为例介绍目前实际装车用的缸直喷汽油机的燃油系统结 构、工作原理特点和维修注意事项。 目前实际装车用的缸直喷汽油机的低压燃油系统和高压燃油系统都采用按需调节燃油系统，参见图1。所用的缸直接喷射都取消了“分层”充气工作模式(压缩行程喷射、稀混合汽)，只有“均质”一种模式(进气行程喷射、λ=1的混合汽)。这样可以不使用昂贵、且易损坏的存储型氮氧化物催化转化器，也能使排放达标。 一、低压燃油系统 1.低压燃油系统结构 与传统的进气道燃油喷射系统相比，其低压油路增加了燃油泵门控开关、燃油低压压

力传感器G410、油泵控制单元J538。 燃油低压压力传感器采用传统三线式压力传感器。 燃油泵门控开关能使打开驾驶员侧车门时燃油泵即开始工作，车门开关信号被送至发动机控制单元，燃油泵被触发2s。燃油泵提前工作是为了迅速建立高压以缩短启动时间。 有些汽车还具有碰撞燃油切断装置，它是通过燃油泵继电器断开燃油泵。 2.按需调节低压油路 低压油路在发动机工作时仅保持0.4MPa油压，以节电。在易汽阻状态则使油压保持在0.5MPa。然而，发动机工作时燃油消耗是不固定的，因此燃油低压压力传感器时刻将燃油压力信号发送发动机控制单元，发动机控制单元根据此信号向燃油泵控制单元发送一个有20Hz频率的脉冲宽度调制信号。燃油泵控制单元根据这个指令，为电动燃油泵送去的脉冲宽度调制电流，形成闭环控制。换言之，此时燃油泵上的电压不是12V，而是由脉冲宽度调制电流产生的较低的有效电压。即燃油泵转速是受控可变的，不需要燃油压力调节器，输出油压也保持在0.4MPa。 应注意，图1中燃油泵上的回油管不是用于低压燃油系统的，它是仅用于高压燃油系统的。低压燃油系统都采用无回油式的 二、高压燃油系统 1.高压油路系统结构 第二代高压泵高压油路系统如图2所示，它由高压泵、燃油压力调节阀、燃油压力传感器、燃油分配管、喷油器、压力限制阀及低压回油燃油管等组成。

技师论文--大众汽油缸内直喷系统常见故障诊断

目录 一、引言 (1) 二、汽油缸内直喷系统结构特点 (1) 三、汽油缸内直喷系统常见故障案例分析诊断 (3) 四、结论 (8)

大众汽油缸内直喷系统常见故障诊断 摘要：汽油缸内直喷技术的产生是对传统汽油进气歧管内喷射发动机的又一次革命，代表着未来一段时期内汽油供给系统的发展方向，对我们汽车维修人员也是一个新的研究课题。本文以上海大众车型为例，介绍了燃油供给系统比较集中的几种故障现象和诊断方法，以及在今后诊断维修工作中的注意事项。 关键词：缸内直喷结构故障诊断 一、引言 传统汽油进气歧管内喷射的发动机，已经不能满足日益严格的排放法规和车主对燃油经济性的要求，改变传统汽油机的燃烧方式，以获得更高的燃油经济性和更低的排放水平，是当今世界各大汽车制造厂都在积极研究的课题之一。大众汽车汽油缸内直喷技术的研发成功，推动了发动机燃油供给系统一次技术革命。该技术相比较于传统发动机，可以最多节省20%左右的燃油，并且有效的降低废气排放，在同样的排量下功率和扭矩更大。采用该技术的发动机除了燃油供给系统，其他的控制系统和传统发动机的结构、原理及诊断方法基本一致。本文针对缸内燃油直喷技术发动机的燃油供给系统在结构、原理和故障诊断方法上进行一些探讨。 二、汽油缸内直喷系统结构特点 上海大众目前使用汽油缸内直喷发动机的车辆，其汽油缸内直喷系统，按照压力又可分为低压部分燃油供给系统，和高压部分燃油喷射系

统两个部分。低压系统负责向高压系统供给一定压力和流量的燃油, 高压系统负责将燃油压力加压到气缸压力的数倍，通过燃油分配器①输送到喷油嘴直接向气缸内喷射。低压部分的油压和高压部分的油压，都是发动机控制单元根据不同工况所需油压不同，在一定范围内进行控制，真正做到按需供给。 低压部分燃油供给系统包括电子燃油泵、燃油滤清器、燃油计量阀、管路、燃油泵控制模块等部件。电子油泵一般在安装在油箱内，车辆在行驶中，由发动机控制单元根据车辆所处工况发动机所需的油压，将脉冲信号输送给电子油泵控制模块，再由其控制电子油泵调节燃油输送，使低压油路油压调节范围保持在4bar至7bar之间。 高压部分燃油喷射系统包括高压燃油泵、高压燃油管路、燃油分配器、燃油压力传感器、燃油压力调节器、限压阀、高压喷嘴等。上海大众汽车目前三种不同排量的发动机安装三种不同型号的高压油泵，但总体结构和控制原理基本一致。高压燃油泵结构上一般由单体柱塞泵、燃油调节阀和脉动缓冲器、限压阀等组成为一总成件，安装位置在发动机缸盖上，由凸轮轴直接驱动。泵油压力取决于发动机转速和控制单元对燃油压力调节阀的控制。排量1.4升CFB发动机油轨压力调节在40bar 至120bar之间；排量1.8升CEA发动机和排量2.0升CGM发动机，油轨压力调节在40bar至150bar之间。压力调节阀属于脉冲式电磁阀，根据发动机控制单元指令调节高压油泵的油压。限压阀属于安全装置，在油压电控系统失效的情况下，当燃油分配器中油压超过限制时限压阀自动打开，过量的燃油流回低压侧，以保护高压燃油组件。高压油泵的工作过程有吸油冲程（汽油进入柱塞泵）、燃油回送（多余的燃油由柱塞泵重新压回低压油路）、和燃油输送（进入油轨）冲程。高压油泵产生的高压燃油流进燃油分配器存储，燃油分配器向喷油嘴提供提供高压燃油。喷油嘴作为燃油喷射的最终执行元件，安装位置在缸盖上，头部深入到燃烧室内，可以把高压燃油直接喷入燃烧室，其工作环境较为恶劣，也是高压部分故障率较高的部件。喷油电压不是电瓶电压，而是由直流转换器将控制电压转换成约90伏的高电压，这个高电压可以加速喷油器开启的时间，当喷油阀针完全开启后，只需要30伏的电压和3-4安培的电流就可以使喷油器针阀保持在完全开启的位置上。

现代缸内直喷式汽油机(六)

现代缸内直喷式汽油机(六) (接上期) 2，4点火系统 2，4，1缸内直喷式汽油机对火花塞的要求 如图14所示(见本刊第4期)，现代缸内直喷式汽油机的点火系统普遍采用分缸独立高能点火系统，各缸的高能点火线圈直接与火花塞相连。与现代先进的进气道喷射汽油机无异，但是对火花塞提出了比进气道喷射汽油机更高的要求： (1)高的耐热性能：为了实现分层燃烧，混合汽应有足够的时间暴露在火花塞触点周围，点火点应尽量深入到易于点燃的足够浓的混合汽区域，并且为了保证稳定可靠地点燃，火花塞电极周围处于着火界限内的混合汽区域应足够大，因此缸内直喷式汽油机的火花塞要位于燃烧室较深的部位，其端部的温度也要比进气道喷射汽油机更高，因而必须具有更高的耐热性能。为了使火花塞能够更好地散热，采用以下措施：①采用突出的金属壳来降低接地电极的温度；②采用铜芯接地电极来传热。 (2)高的抗积炭性能：分层燃烧时，较浓的混合汽集中在火花塞周围，特别是油束引导的分层燃烧过程喷射的油束会直接碰撞到火花塞，导致火花塞更容易积炭，这将会降低火

花塞的绝缘性能而引起漏电，从而导致火花塞不点火，因此缸内直喷式汽油机用的火花塞应具有自洁能力和高的抗积 炭性能。为此，采用以下措施来提高火花塞的抗积炭性能：①采用直径较小的直形绝缘体末端改善自洁能力；②减小火花塞间隙防止积炭；③采用两段直径中心电极来改善自洁能力；④采用半表面放电型设计(见下文)来改善自洁能力。 (3)高的点火性能和耐久性：为了实现分层稀燃，必须确保在稀混合汽中稳定可靠地点火，因此要求火花塞具有高的点火能量和较长的火花持续时间，并用铱合金的触点来提高火花塞的耐久性。 2，4，2缸内直喷式汽油机火花塞技术的现状 图37示出了目前缸内直喷式汽油机使用的两种火花塞：铱合金电极的标准型火花塞和半表面放电型火花塞。它们与进气道喷射汽油机使用的火花塞是有区别的，在维修保养时绝不能任意换用。 (1)标准型火花塞：这种伸长型火花塞的接地电极伸入燃烧室较深，故将铜芯嵌入电极以提高其散热性，并通过增大金属端部的截面缩短电极本身的长度。另一方面当部分负荷充量温度较低并进行分层燃烧时，需防止积炭，为此采用带有较长直形绝缘体和较小顶端直径的电极。以提高其局部温

汽油缸内直喷技术详解

汽油缸内直喷技术详解 对于一台汽油发动机来说，将汽油送入汽缸，并与空气混合，再使油气混合物充分燃烧才能获得强大的动力，因此油气混合技术也是发动机的关键之一。在经历了化油器、单点电喷、多点电喷技术阶段之后，油气混合技术终于进入了直喷时代，越来越多的车型开始采用直喷发动机，那么直喷发动机的技术关键点都有哪些呢？下面就为大家逐一解析。 高压喷油系统可以说是直喷发动机最关键的系统，与以前油气在进气歧管内混合，然后被负压吸入发动机不同，直喷发动机是用高压喷油嘴将燃油喷入汽缸，由于汽缸内压力已经 很大，因此需要喷油系统具备更大的压力。 『组成高压喷油系统的四个主要部分』 高压喷油系统主要可以分为发动机控制模块（ECM）、高压油轨、高压油泵和喷油嘴四部分，其中ECM主要采集发动机数据，按照预定程序控制喷油时机和喷油量，从而实现最高燃烧效率；而高压油泵则主要负责燃油的加压，高压油轨主要起均衡各喷油嘴喷射压力的作用，而最终的喷油任务则由喷油嘴来执行。BWCB全铸钢保温沥青泵此外，还有多个传感器提供燃油压力等信息，确保整个系统的高效率。 『一汽展示的动力总成上的ECM（右侧）』 ECM（或称ECU）不仅是直喷发动机的关键部分，也是所有技术较新的内燃机的重要组成部分，这个部分涉及到芯片、执行器、软件等多个环节，其中任何一个环节缺失都无法实现量产装车。目前ECM技术还是为国外企业所把持，在技术上已经比较成熟。部分自主品牌虽然也初步具备了ECM的制造能力，但是在软件的匹配、执行器的可靠性等环节还有不少问题尚待解决，不过就跟变速器技术一样，这样的关键技术一旦取得突破，自主品牌厂 商将受益匪浅。 『通用Ecotec系列2.0直喷发动机上所用的高压油泵，制造商为博世』 高压油泵则是燃油加压的关键环节，在低压油泵将燃油送到高压油泵之后，高压油泵可以将汽油加压到十余兆帕的压力（这是普通汽油泵压力的三四十倍），并将其送入油轨。高压油泵通常是由凸轮轴带动，内部则有双头或者三头凸轮加压（如福特ECOBOOST系列发动机的“9号凸轮”）。在高压油泵上还集成了电子油轨压力调节器（FRP），它是一个由ECM控制的电磁阀，ECM以脉冲宽度调制的方式控制油压调节器，油压调节器控制着高压燃油泵的进口阀，从而控制燃油压力，当驱动线路失效时，高压油泵进入低压模式，发 动机仍可LQB保温沥青泵应急运行。

浅谈汽油机缸内直喷技术

浅谈汽油机缸内直喷技术 近几年，由于我国能源与环境问题越来越严重，导致汽车在节能减排上受到了各种法律法规的限制。因此，世界各地为了解决这一现状，纷纷开发了许多新技术，其中汽油机缸内直喷技术就可以很好地解决这些问题。本文将重点介绍汽油机缸内直喷技术，因为这套领先技术是当前最炙手可热的技术，相信在未来技术的发展进程中，它的应用前景会更加广阔。 标签：汽油机；缸内直喷；技术 汽油机缸内直喷技术是我国汽油机在燃烧理论及相关结构中划时代的变革，它可以实现汽车低油耗、低污染的设想，是目前被广泛认可的领先技术。现阶段，汽油机缸内直喷技术已经被人们广泛认可，同时还覆盖绝大多数的车型，尤其是燃料电池等新型动力更是被普遍应用，随着科技水平的不断发展，缸内直喷技术也将会越来越成熟，因此需要对其进行深入研究。 1 汽油机缸内直喷技术的发展过程和应用现状 汽油机缸内直喷技术出现在20世纪20年代，那一时期主要被应用在军事领域中，这项技术发展到20世纪50年代后才真正得以实现。只是由于燃油价格的降低，再加上电控技术受到阻碍，影响了汽油机缸内直喷技术的发展。到20世纪70年代，福特公司开发出一种新系统，这项系统主要采用分层燃烧技术来完成，最终因电控技术不够完善以及成本较高，这项系统也没能得到发展。 自20世纪90年代开始，由于各个国家开始注重环境保护，严格控制能源的消耗，各汽车企业开始进一步开发汽油机缸内直喷技术。其中，三菱公司在1996年开发出具有汽油机缸内直喷技术的自然吸气式发动机，并将其安装在轿车内，这款发动机具有动力强、油耗少的特点。1998年丰田公司推出D4直喷系统，这个系统可以直接应用在SZ与ZN系列的发动机上，到2005年后还可以应用在3GR-FSE的发动机上，随后丰田公司又开发出了D4-S直喷技术，这个技术可以应用到2GR-FSN发动机上，该系统可以实现燃烧控制等要求。2006年奔驰公司推出直喷技术CGI，同时在2010年又推出一款新的汽油机缸内直喷技术BlueDirect，这项技术可以提高燃烧效率和排放水平。随着科技水平的不断提高，各种汽车公司也开始相继推出自己的汽油机缸内直喷技术。 2 汽油机缸内直喷技术的工作过程 对于直喷发动机来说，高压喷油系统是其最为重要的系统，它与之前的吸入发动机不同，直喷发动机是在高压喷油嘴的作用下把燃油喷入到气缸内，因为气缸中本身就具有较大的压力，所以喷油系统一定要具备更大的压力才可以。 在直喷发动机中，ECM是所有先进内燃机的重要组成部分，这一部分包含很多环节，只要缺少其中一个环节，都没有办法实现量产装车。当前ECM这项

汽油机缸内直喷与均质压燃技术

汽油机缸内直喷与均质压燃技术 前言： 点燃式汽油机经历了三个发展阶段；直到1980年前的一百多年中，所有的产品汽油机都依靠化油器来实现油气混合。从上世纪80年代初以后，汽油进气道喷射或进气阀口喷射（电喷）很快代替了化油器，成为汽油机的主流。电喷的应用与排气后处理的结合大幅度地降低了有害气体的排放，成为达到日趋严格的排放标准的关键手段。大约从1990年前后开始，汽油缸内直喷技术又重新引起人们的重视。并最终导致了产品直喷汽油机的出现。 最先投入市场的缸内直喷汽油机采用了分层燃烧以降低油耗，从1996开始出现在日本市场，其后又出现在欧洲市场。到目前为止，尽管已有多种分层燃烧缸内直喷汽油机出现，所占的市场份额仍不够大，也未能在美国市场销售，其主要原因包括氮氧化物后处理和碳烟生成等问题仍有待于更妥善地解决。在2003年底，采用均匀混合燃烧的缸内直喷汽油机开始在日本上市，并计划从2005年开始在美国上市。 这种汽油机利用了直喷技术所带来的优点并采用可变气阀定时来降低泵气损失，避免了氮氧化物后处理和碳烟生成等问题，对汽油的含硫量要求不高。尽管如此，由于两类缸内直喷汽油机对降低车辆在整个运行工况平均油耗的作用都有限，以及近年来更有潜力的新型燃烧系统的出现，缸内直喷点燃式汽油机的发展方向和应用前景尚不明朗。 近年来，一种新的内燃机燃烧方式——均质压燃，受到越来越多的内燃机研究人员的关注。与其它燃烧方式不同，均质压燃的燃烧过程是缸内混合气几乎同时到达自燃温度而几乎同时发生的放热反应，基本上是一个非扩散的燃烧过程。均质压燃可以在非常稀的混合气中进行，从而可以大幅度地降低氮氧化物和碳烟的生成，并提高热效率。 均质压燃燃烧系统可以使用包括汽油和柴油在内的不同燃料。由于燃油的挥发性和自燃温度的不同，使用不同燃油的均质压燃燃烧系统也不同。采用柴油均质压燃的主要目的，是同时降低氮氧化物和颗粒排放，对柴油机的热效率影响不大。采用汽油均质压燃的主要目的，是降低汽油机的油耗，同时也降低较难进行后期处理的氮氧化物排放。汽油均质压燃成为各国汽油机燃烧系统最热门的研究方向，希望能从根本上改变汽油机热效率低的状况。 一、缸内直喷汽油机（gasolinedirectinjectionGDI） GDI发动机是电控汽油喷射发动机的一种,常用的PFI发动机是把汽油喷射到进气门上,因此在喷油与油气混合气进入燃烧室之间要有一段时间延迟。而GDI发动机是把汽油直接喷射到气缸内,因此并不存在PFI发动机喷油延迟的问题。根据发动机工况的不同,GDI的燃烧过程可分为均质稀燃和分层稀燃两种模式.从1996年开始，一些直喷汽油机已先后投入市场。最先投入市场的产品汽油机采用分层燃烧，而最近采用了均匀混合燃烧的直喷汽油机也开始投入市场。 １、分层燃烧直喷汽油机 最先投入市场的一些产品直喷汽油机，都在部分负荷工况时采用分层燃烧。理想的分层燃烧，混合气在缸内分成两个区域：一个区域为含油混合气区，当地空燃比接近当量空燃比。另一个区域为无油区，空燃比为无穷大。点燃燃烧仅发生在含油混合气区，因此，分层燃烧混合气的平均空燃比在理论上可远远大于当量空燃比。 分层燃烧对汽油机热效率的影响，主要是通过增加缸内平均空燃比来实现的；空燃比的增加可以减少汽油机在部分负荷工况的泵气损失，同时也增加了混合气的比热比，提高热效率。例如，当空燃比由当量空燃比增加到36，理论上空气燃油循环的比油耗可下降11.5％，还不包括泵气损失的减少。如果考虑到泵气损失的减少，比油耗下降的更多。 实际上，由于种种原因，分层燃烧对热效率的改进达不到上述理想的空气燃油循环的计算结果，分层燃烧混合气的平均空燃比也往往受到限制。通过缸内直喷来形成分层燃烧混合气有很多不同形式。主要有壁面阻挡型直喷汽油机和软喷射型直喷汽油机，还有空气压喷型直喷汽油机。