燃油直喷技术简介

燃油直喷技术简介
1
? 背景及历程 ? 基本原理 ? 零部件构成 ? 影响及展望
2
3
4

0
燃油直喷概述
?燃油直喷技术的全称是发动机 燃油缸内直喷技术，英文是 Direct Injection，简称DI。 ?传统的发动机是在进气歧管中 喷油再与空气形成混合气体，最 后才进入到汽缸内的。 后才进入到汽缸内的 ?燃油直喷发动机的特点是进气 冲程中只有新鲜空气流经开启的 进气门进入汽缸，燃料通过特殊 的喷油器直接喷射入汽缸，油气 混合形成于汽缸内部（与柴油机 相似）。 相似）

1
燃油直喷技术研发背景
自20世纪90年代以来，日益严格的排放法规和能源危机对发动机经济性和环保性提出新的 要求，发动机在降低排放和油耗方面的研究得到了快速的发展。

1
燃油直喷技术研发背景
为实现发动机环保和经济性能提升，可以从下图所示关键技术研发突破。
本文介绍燃 油喷射的直 喷技术

1
燃油直喷技术发展历程
?直喷发动机的研究始于德国。早在1937年，一部带有机械式汽油直 喷发动机在飞机上得到了应用 1952年 有了采用直喷发动机的第 喷发动机在飞机上得到了应用。1952年，有了采用直喷发动机的第一 辆客车Gurbord。1954年，直喷发动机装到声名显赫的SL级奔驰轿车。 但是很快就销声匿迹。 ?原因是，当时由于直喷发动机存在设计制造工艺复杂、材料性能要求 很高 废气问题无法解决 使用寿命也很短等问题 于是停止了直喷发 很高、废气问题无法解决、使用寿命也很短等问题。于是停止了直喷发 动机的研制开发。 ?1996年，日本三菱汽车公司将研制成功GDI发动机装在Galant牌汽车 上 并于同年8月投放日本汽车市场 1997年装备同样发动机的中级轿 上，并于同年8月投放日本汽车市场。1997年装备同样发动机的中级轿 车Garisma进入西欧市场。丰田公司紧随其后， 1999年推出一种新型 的2.0L的GDI发动机。同年，富士重工2.5L的卧式对置四缸机、马自达 2.0L的直列四缸机和本田1.0L的直列三缸机均相继上市。 ?20世纪90年代直喷发动机的快速发展得益于：发动机制造技术的迅 20世纪90年代直喷发动机的快速发展得益于 发动机制造技术的迅 速提高，制造精密、性能优良的内燃机零部件的广泛运用，精度高、响 应快得电控喷射系统的发展。 ?三菱公司的成功令全世界的汽车制造商和发动机制造商瞠乎其后，于 三菱公司的成功令全世界的汽车制造商和发动机制造商瞠乎其后 于 是世界车坛掀起了直喷发动机研制开发利用热潮。 ?目前很多汽车厂家都有自己的直喷技术。例如三菱的GDI发动机，福 特的EcoBoost，大众开发的FSI发动机（知名度最高），通用的SIDI， 奔驰的CGI与马自达的DISI也是直喷技术。 奔驰的CGI与马自达的DISI也是直喷技术
第一阶段：1937-1960 根生德国却早夭
第二阶段：1995-2006 花开日本始飘香
第三阶段：2007果结全球终繁荣

2
燃油直喷原理
2.1 产生喷射高压- 高压喷射系统
燃油直喷的发动机与歧管喷射的发动机不同，歧管喷射发动机的汽油与空气在进气歧管内被混合， 然后被负压吸入发动机汽缸，因此燃油压力要求较低。而对于直喷发动机，由于汽缸内压力已经 很大，所以此时需要燃油喷射系统具备更大的压力，才可以将燃油喷入汽缸。
高压喷油系统能提供3-20MPa的油压， 主要可以分为发动机控制模块（ECU）、 主要可以分为发动机控制模块（ECU） 高压油轨、高压油泵和喷油嘴四部分： ?1、ECU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。 现最高燃烧效率 ?2、高压油泵则主要负责燃油的加压， 提供足够的喷射压力。 ?3、高压油轨主要起均衡各喷油嘴喷射 压力的作用。 压力的作用 ?4、高压喷油嘴最终将燃油喷入燃烧室。 ?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。

2
燃油直喷原理
2.2 油气混合和燃烧过程- 稀薄燃烧技术
相比于歧管喷射，直喷发动机无论在油耗上，还是在排放净化上，都取得了巨大的进步，主要是因为有稀 相比 歧管喷射 直喷发动机 论在油耗 在排放净化 都 得 大的进步 主 为有稀 薄燃烧。直喷发动机允许混合气变得稀薄，特别是在部分负荷内。理论计算出的标准空燃比应是14.7：1， 而对直喷发动机，即使是空燃比40：1的混合气，也能可靠着火。原理如下：
分类 技术详细说明 ?采用紧凑型燃烧室，通过专门布置的进气道和特殊设 计的曲面活塞使缸内形成较强的空气运动旋流，提高气 流速度；将火花塞置于燃烧室中央，缩短点火距离；提 高压缩比至13：1左右，促使燃烧速度加快。 ?通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓 混合气 混合比可达到12：1左右 外层逐渐稀薄 浓 混合气，混合比可达到12：1左右，外层逐渐稀薄。浓 混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。 ?高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，火焰传播 距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。有些发动机采 离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。有 发动机采 用双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的。
2、分层 1、提高 压缩比 3、高能 电火 燃烧
1、提高压缩 比
2 分层燃烧 2、分层燃烧
3、高能点火 、高能点火
发动机实现稀薄燃烧的关键技术
以上三点只是对整体汽油发动机稀燃技术而言，具体到某种机型会有 所偏重。如有些如大众FSI着重缸内气流运动及燃油分布的配合，重点 在分层燃烧 有些如通用SIDI着重加大点火能量 增快火焰传播速度和 在分层燃烧。有些如通用SIDI着重加大点火能量、增快火焰传播速度和 缩短火焰传播距离，重点在高能点火。

2
燃油直喷原理
2.2 油气混合和燃烧过程- 油气混合形式
直喷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：
喷射 引导 系统 壁面 引导 系统 气流 引导 系统 ?喷射引导受燃烧室形状及气流运动较 ?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 小的影响,但是喷嘴与火花塞的距离不易 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 把握，且由于着火稳定性较差，故这种 点火的混合气浓度。福特、本田公司生产的某些机型采用这种燃烧系统。 燃烧系统未能被推广。 ?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漩涡运 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、日产等公司开发的机型。 ?同样是燃油喷嘴远离火花塞，利用缸内有组织的气流滚动运动与油束 同样是燃油喷嘴远离火花塞 利用缸内有组织的气流滚动运动与油束 相互作用，使发动机在大部分工况范围内都能实行恰当的充量分层和混 合气均质化。FEV、AVL公司一些公开的开发方案采取这样的燃烧系统。 ?壁面引导对喷油嘴的要求不高,且容易 将混合气引向火花塞,因此目前应用较多。 ?气流引导主要靠缸内的涡流及滚流将 混合气引导到火花塞,因此对缸内的气流 运动组织则是发动机设计的一个难点。

2
燃油直喷原理
2.2 油气混合和燃烧过程- 运行模式
直喷发动机的运行模式一方面取决于发动机速度与所需扭矩的函数，另一方面取决于功能需求，如存 直喷发动机的运行模式 方面取决于发动机速度与所需扭矩的函数，另 方面取决于功能需求，如存 储型催化转化器的再生。简单可分为分层模式和均质模式，细分可有6种运行模式：
运行模式与其特征区域： ?分层模式 ?均质模式 ?均质、稀燃模式 ?均质、分层模式 ?均质、抗爆模式 均质 抗爆模式 —— C —— A —— B —— D —— E
?分层、催化器转换器加热模式 图 运行模式特征曲线 图：运行模式特征曲线 z这些运行模式可以适应发动机不同的工作状态。在实际驾驶过程中，由于不会产生扭矩波动，驾 驶员不会感觉到不同模式之间的切换。 z图示左侧的直线和下方的曲线分别显示了在急加速（速度不变，扭矩明显变化）和慢加速（加速 过程中扭矩缓慢变化）过程中直喷发动机经历的运行模式。

2
燃油直喷原理
2.2 油气混合和燃烧过程- 运行模式
直喷发动机能够根据工况的不同而改变喷油策略，在中小负荷时通过分层稀燃减少喷射燃油量，而大 负荷时采用与非直喷发动机一样的均质燃烧满足功率需要。 ?分层模式：中小负荷时,燃油量 需求少，燃油在压缩行程后期喷 入气缸,通过喷油器、气流及燃烧 室的合理配合,在火花塞附近形成 较浓的可燃混合气, 在远离火花 塞的区域,形成稀薄分层混合气, 其最大空燃比可达到30～40 。从 而使直喷汽油机达到与柴油机相 当的经济性。 ?均质模式：大负荷或全负荷时， 燃油量需求大，燃油在进气冲程 早期喷入气缸,形成略稀或理论当 量的混合气或浓混合气进行均质 燃烧。 燃烧 z控制缸内混合气的形成和分布是实现分层燃烧的关键，只有在点火瞬间将合适浓度的混合气引导到火 花 附 花塞附近才能实现稳定的点火,同时,保证混合气在空间的连续分布,才能实现火焰的连续传播,从而保证燃 实现稳定 火, ,保 混合气 间 续分布, 实现火焰 续传播,从而保 燃 烧的稳定性。

2
燃油直喷原理
2.2 油气混合和燃烧过程- 运行模式
为实现运行模式的平稳过渡和满足其他功能需求 在分层模式和均质模式之间设置了其他运行模式 为实现运行模式的平稳过渡和满足其他功能需求，在分层模式和均质模式之间设置了其他运行模式。
?在分层与均质模式的过渡范围，在进气行程初 期喷入接近理论空燃比的燃油，进气行程及压 缩行程进行均匀混合，空燃比15-23。 ?单喷射方式。此运行模式节流损失很小或没 有 燃料消耗低于均质模式 有，燃料消耗低于均质模式。
均质、稀燃模式
均质、分层模式
?在分层和均质模式的过渡范围，进气行程中先 ?双喷射方式。可实现发动机从中小负荷到大 喷入所需燃料的1/4，形成稀薄的均质预混合气， 负荷的平稳过渡，降低气缸内的气体温度，抑 其余燃料在压缩行程后期再次喷入 其余燃料在压缩行程后期再次喷入。 制爆燃的产生 制爆燃的产生。 ?在进气冲程的适当时机喷入燃油，由于进气分 层能有效的吸收汽化潜热，从而防止爆震的产 生。 ?在空气的过量的分层模式下，燃油喷射一次发 生在压缩冲程，随后发生在做功冲程。 ?单喷射方式。可以省去推迟点火角，理想的 发火点还能产生较大扭矩。 ?双喷射方式。在此燃烧循环中，后一次喷射 燃油的燃烧较晚，因此可将排气和排气系统加 热到较高温度。将NOx催化器加热到650℃以 上以启动脱硫功能 上以启动脱硫功能。
均质、抗爆模式
分层、催化器转换 器加热模式
z直喷发动机运行模式的切换通过喷油定时的变换来实现。切换时要注意切换前后扭矩的一致，以防扭 矩变化带来震动。 变化带来震动

2
燃油直喷原理
2.3 废气处理
直喷发动机面临的主要排放问题是UBHC和NOX。
分类 中小负荷下未燃碳 氢化合物(UBHC)的 排放 优缺点分析 ?优点：直喷发动机油气的混合与冷起动时的低 温关系不大，所以冷起动时无需过量供油，有 效地解决了PFI 冷起动时UBHC排放过多的问题。 冷起动时UBHC排放过多的问题 ?缺点：由于分层燃烧，存在部分混合气过浓， 在中小负荷的情况下，其未燃碳氢化合物的排 放仍然较多。 ?优点：直喷发动机采用了稀薄燃烧技术而使气 缸内反应区的温度下降，从NOX的生成原理上 来说可减少NOX的生成量。 ?缺点：部分混合气偏浓燃烧、较高的压缩比和 较快的反应放热率会引起NOX排放升高。同时 稀薄燃烧后排气中含氧较多且温度较低，致使 传统的三元催化器的转化效率不高，NOX催化 转化问题需新的方案来解决。 对策措施 ?采取二次燃烧早期激活催化剂。即使用分层、 催化转换器加热模式快速使转换器 作 催化转换器加热模式快速使转换器工作。 ?采用反应式气管等措施来减少HC排放。通 过温度升高后催化化学反应转化HC。 ?使用EGR技术。较稀的空燃比使得缸内的富 使用EGR技术 较稀的空燃比使得缸内的富 裕氧气较多，从而允许使用高的EGR率，充分 降低NOX排放量。 ?使用稀薄燃烧NOX的吸藏还原技术。主要 是利用一些化学物质可在富氧的条件下，通过 催化剂的作用与NOX 产生反应，以硝酸盐的 形式将其存储起来，而在贫氧的条件下又可将 其释放还原。 ① 在富氧的气氛下,用吸附剂MO将NO 在富氧的气氛 附剂 将 储存起来 X储存起来： NO+0.5O2→NO2 / NO2+MO→MNO3 ② 在贫氧的还原气氛下进行分解和还原： MNO3→NO+0.5O2+MO NO CO/HC 0 5N2+CO NO+CO/HC→0.5N CO2/H2O
NOX的排放
图：NOx 吸藏还原机理

3
燃油直喷系统结构分析
3.1 燃油直喷系统技术特点
燃油直喷技术的重点是构筑气缸内高压、高效的燃油供给系统, 并实现缸内燃油的层状分布。依靠采用 高压油泵及高精度的高压喷油嘴、缸内气流控制技术、根据运转区域切换燃烧模式、使喷油嘴远离火 花塞以保证可靠点火等措施，来达到高燃油经济性和高性能。 其有以下几个特点：
分类 1、直立布置的进气道设计 特点分析 ?这种结构设计使发动机在进气冲程中获得强烈的进气气流,在气流流入到燃烧室以后又会 进一步形成强烈的滚流涡流等运动,为燃烧作好准备。 ?直喷发动机所使用的喷油器的喷油压力一般在5MPa 直喷发动机所使用的喷油器的喷油压力 般在5MP 左右。与汽油机常用的喷油系统 左右 与汽油机常用的喷油系统 0.3-0.5MPa 的喷油压力相比，这样的喷油压力可以保证汽油及时雾化和有合适的贯穿距 离。 ?为了使汽油能与空气形成易于点燃的可燃混合气,除了油泵以外,直喷发动机专门设计了可 以精确控 以精确控制油量和喷油定时的电磁式喷油嘴。特别设计的高压涡流喷油器可根据不同工况 定时的 磁式 特 的高 流 提供最佳的喷雾形状, 从而保证了低的燃油消耗和高的功率输出。 ?活塞顶面的凹坑与帐篷形的燃烧室顶与直立式进气道相配合,可以使燃烧室内的空气形成 滚流 引导混合气顺利地到达火花塞顶 并满足了超稀薄燃烧时混合气的层状分布 滚流,引导混合气顺利地到达火花塞顶，并满足了超稀薄燃烧时混合气的层状分布。 ?根据不同的发动机工况,利用电控喷射系统选择不同的喷油模式,以满足发动机不同负荷工 况下对喷油定时的要求。
2、高压燃油泵
3、高压涡流式喷油嘴 高 涡流式喷油嘴
最优 燃烧 形状 4、最优的燃烧室形状
5、匹配的电喷控制系统

3
燃油直喷系统结构分析
3.2 发动机本体构造
发动机活塞的设计非常关键，活塞顶部的凹坑主要起导向汽缸内气流的作用，将影响整个燃烧室混合气的 分层和形成状态，对燃烧影响很大。
?活塞顶部曲面形成的涡流， 活塞顶部曲面形成的涡流 给混合气在汽缸内一定的回 旋力，引导汽缸内形成的气 流使油气不是直接喷向火花 塞，而是围绕火花塞旋转。 这样就使大部分 况都能实 这样就使大部分工况都能实 行恰当的混合气充量分层和 均质化，同时易于点火燃烧。
? 由于直喷发动机的工作温度更高，因此对缸体强度和冷却系的 要求也更高一些。在保证强度的前提下，更多的新型直喷发动机 采用了散热更好的铝合金缸体，同时还采用了强化的冷却系统， 保证发动机更高的热效率。 保证发动机更高的热效率 铝合金缸体的散热效果更佳，也更容易实现轻量化

3
燃油直喷系统结构分析
3.3 进气系统
直喷发动机 般采用直立布置的进气道设计，能够加大进气效率和便于强烈旋转气流的形成。 直喷发动机一般采用直立布置的进气道设计，能够加大进气效率和便于强烈旋转气流的形成。 进气道：
直喷发动机的各缸分别有两条进气管（也可能一条进气道）， 且其中 条进气管设有涡流控制阀（也可以不设置）。但是增 且其中一条进气管设有涡流控制阀（也可以不设置）。但是增 加进气道和控制阀能应对更复杂的工况模式，提高燃烧效率。 ① 低、中负荷时，涡流控制阀关闭，空气从单侧进气管进入， 在气缸内产生横涡流，接着在压缩行程末期喷入的燃料， 被横涡流保持在火花塞附近，在被上推的混合气扩散前， 火花塞点火成层燃烧 火花塞点火成层燃烧。 电动节气门 ② 高负荷时，此时涡流控制阀打开，空气从两个进气管进入， 在气缸内产生纵涡流，又称滚动流，燃料在进气行程时即 喷入，整个气缸内为均匀的混合气，加上进气冷却效果， 故可获得比传统发动机高的输出。
节气门：
理论上说，由于直喷发动机根据喷油量控制输出功率，是可以 不使用节气门的。但还是配置了电动节气门，是因为： ① 大负荷工况下工作时为均匀混合气，需节气门调节扭矩； 大负荷工况下工作时为均匀混合气 需节气门调节扭矩； ② 在应用EGR 降低NOx排放时，需要有节流阀控制的进气歧 管的真空度； ③ 传统的制动系统制动时也需要真空度； ④ 低负荷时没有节流阀排气温度会非常低，降低了催化剂的 转化效率。
z直喷发动机还可配置涡轮增压、EGR/中冷EGR等技术来改善进气效果。

3
燃油直喷系统结构分析
3.4 燃油系统
燃油直喷系统的燃油供给系统可分为高压部分和低压部分，低压供油部分与传统燃油系统没有区别， 甚至可以通用。高压部分是燃油直喷系统的关键，重点介绍。
直喷燃油喷射系统是一种 燃油喷射压力与发动机转 速无关的供油方式，即喷 射压力的产生与喷射过程 相互分开： ?高压油泵把高压燃油输送 到高压油轨，油轨将高压 燃油分配到喷油器； 燃油分配到喷油器 ?喷油器内电磁阀根据ECU 指令开启喷油。 ?油轨中的油压是通过调压 阀进行调节 以控制喷射 阀进行调节，以控制喷射 压力大小。用电磁阀关闭 时间长短控制喷油量。

3
燃油直喷系统结构分析
3.4 燃油系统 –高压油泵
对于高压燃油喷射系统而言，燃油压力的大小是有 对于高压燃油喷射系统而言 燃油压力的大小是有一个很关键的问题 个很关键的问题，而在这个关键问题中起关键作 而在这个关键问题中起关键作 用的就是高压油泵。除将低压燃油加压成高压燃油外，还要保证在快速起动过程和油轨中压力迅速上 升所需要的燃油储备、持续产生缸内直喷所需要的系统压力。
左：博世高压泵外观 右：高压油泵构造图
工作原理： ?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（歧管喷射燃油系统 压力一般为0.3-0.5MPa），并将其送入油轨。 ?一般情况下，高压油泵是由凸轮轴带动，内部由双头或三头凸轮进行加压。 ?高压油泵上还集成了电子油轨压力调节器（FRP）， ），一个由 个由ECU控制的电子阀，而ECU通过脉冲宽度调 节的方式控制油压调节器，油压调节器则是通过控制着高压燃油泵的进油阀来控制燃油的喷射压力。 ?在意外情况下，当驱动线路失效时，高压油泵仍可以进入低压模式，以保证发动机可以进行应急运行。

3
燃油直喷系统结构分析
3.4 燃油系统 –高压油轨与油压传感器
高压油轨是高压油泵与高压喷油嘴之间的过渡 油压传感器一般安装在高压油轨上 高压油轨是高压油泵与高压喷油嘴之间的过渡。油压传感器 般安装在高压油轨上。 高压油轨是一根锻造钢管， 油轨内径一般为10mm，各 油轨内径 般为10mm，各 缸喷油器各自与油轨连接。 作用： ① 积累与分配高压燃油； ② 降低压力波动； ?柱塞的间歇性供油产生的波动； ?喷油器的短暂喷射产生的波动；
油压传感器是将油压信号转换为电 压信号送给ECU。电压信号与油压 之高低成正比关系。 ?发动机起动时若油压不稳定，则 ECU会依所检测的燃油压力大小， 对应控制燃油喷射量。

3
燃油直喷系统结构分析
3.4 燃油系统 –高压喷油器
高压喷油器的作用是根据ECU 发出的控制信号，通过控制电磁阀的开启和关闭，将高压油轨中的燃油 发出的控制信号 通过控制电磁阀的开启和关闭 将高压油轨中的燃油 以最佳的喷油定时、喷油量和喷油率喷入燃烧室。
现在直喷发动机一般采用高压涡流 喷油器。利用喷油器末端涡流部及 阀座的特殊设计，如图放大部分所 示，产生强烈涡流使燃油雾化，可 实现较好的喷雾形态和合适的贯穿 度的配合。 同时涡流具有清除喷油口及附近积 炭的效果，可改善喷油器的耐久性。
?喷油器根据ECU发出的喷油脉冲 信号控制电磁线圈 利用喷嘴针阀 信号控制电磁线圈，利用喷嘴针阀 的运动进行喷油。 ?高压涡流喷油器采用电容放电式， 通过瞬间的高电压及高电流方式驱 动喷油器，反应的时间比传统发动 机快4倍。

3
燃油直喷系统结构分析
3.5 控制系统
发动机的控制系统可以分为硬件和软件两部分。硬件指各种控制器、传感器、控制器、线束。软件指 控制器存储的各种数据参数和控制策略，实现管理功能。
控制原理： ?ECU根据各种传感器检 测到的发动机的运行参数， 与ECU中预先存储的参数 值或脉谱相比较 按其最 值或脉谱相比较，按其最 佳值或经过运算后目标值 为指令输送到执行器； ?喷油器电磁阀根据ECU 指令控制喷油量（电磁阀 开启持续时间）和喷油正 时（电磁阀开启始点）。 燃油压力调节阀根据ECU 指令打开或关闭来调节燃 油压力。

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。

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

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。

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

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。

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”）。

燃油直喷技术发动机一览

介绍完混合动力车型，让我们来进一步了解最新的技术名词，比如这里要讨论的燃油直喷发动机，为了让汽车引擎达到更强的输出与更高的燃油经济性，各家车厂一直致力于新科技的开发，而除了相当广为人知的气门技术、增压手段之外，近年来又流行起了缸内直喷技术，并得到各家车厂的青睐。究竟这译自于“Direct Injection”的新玩意与目前广泛使用于量产车引擎供油系统中的进气歧管油气混合技术Multi-Point Injection有何不同，其技术特色到底如何呢？ 在构造上，传统多点喷射系统的喷油嘴是位于进气歧管前方，在引擎需要供油时，由计算机计算出最佳的供油量并与进入引擎的空气混合后，经由进气阀门到达汽缸内部，并进行压缩、爆炸等动作。至于缸内直喷系统，则是将喷油嘴置于汽缸内部，其特色在于引擎燃油的取得不需要经过气门的开启，而能够藉由计算机主动控制喷油时间、压力与喷射量。与传统喷射系统相较，缸内直喷不受限于传统机械构造的进气方式，而且能够依照引擎所需随时调整空燃比例等特点，均使其表现拥有无限的想象空间。 图为燃油直喷系统 众所皆知，内燃机在一般工作状态中所需的理想油气比例为1：14.7，这种调配是传统化油器的专长，不论天候、温度，永远进行着一成不变的工作。然而在少数状态下如冷车启动、怠速运转、急加速或低气压环境等，这样固定的供油方式实际上并无法全面满足引擎的运转需求，甚至可能因而产生黑烟、燃烧不全与马力不足等状况。至于喷射供油系统，则相对显得智能许多，其中枢系统会随时侦测引擎温度、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，因此在动力输出、燃油经济与排污表现上可以取得相当不错的平衡。 但是由于引擎构造的先天限制，喷射引擎所吸进油气的时间只有在气门开启状态下才能进行，故行车计算机所能控制的因子其实也相当有限。直到缸内直喷系统问世后将喷油嘴内移到汽缸内部后，才开启了全新的视野，其能直接由计算机主动决定喷油时机与份量，至于气门则仅看管“纯空气”的进入时程，两者则是在进入到汽缸内才进行混合的动作。 也由于油、气的混合空间、时间都相当短暂，故缸内直喷系统的喷油嘴必须辅以高增压系统，以大幅提高燃油的喷射压力与效率，并达到高度雾化的效果，期有更佳的混合表现。此外，缸内直喷系统的燃烧室、活塞也大多具有特殊的导流槽，以供油气在进入燃烧室后能够产生气旋涡流，藉以提高混合油气的雾化效果与燃烧效率。 在构造改变之后，供油动作已完全独立于进门与活塞系统之外，中央计算机也因而拥有更多的主导权。于是乎，超乎传统喷射理论的稀薄燃烧与更多元的混合比便得以发生。 在稳定行进或低负载状态下，采用缸内直喷设计的引擎得以进入Ultra lean(精实)模式。在此设定下，引擎于进气行程时只能吸进空气，至于喷油嘴则在压缩行程才供给燃料，以达到节约效果。根据实际测试，其最高能达到1：65的油、气比例，除了节能表现相当惊人，整体动力曲线也能够维持在相当高的平顺程度。然而本模式由于会产生相当大量的NOx(硫化物)与高温气体，所幸在近期由于技术与材料科学的突破，故也已得到相当程度的解决。

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。汽油采用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。具有解决汽油机热效率低问题的能力 ①车辆的几何轴线是车辆的实际推力线，它是车辆后轴前束的角平分线。②当车辆后轴变 形，后轴前束发生变化，都会使推力线方向发生变化。③如果车身变形过大，车轮定位并不能解决所有问题，应该先做大梁矫正再做四轮定位；④驱动角是由后轴的前束、横向偏移和轴偏位产生，调整时应先调整后轴，再调整前轴。⑤前轴前束是根据后轴前束形成的几何轴线进行调整的。

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

汽车缸内直喷技术详解

汽车缸内直喷技术详解 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 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。

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。 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”）。

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。

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。

分析汽油机缸内直喷技术

分析汽油机缸内直喷技术 发表时间：2018-01-24T11:42:38.597Z 来源：《教育学文摘》2018年1月总第254期作者：王永春胡白娥[导读] 在缸内多次喷射、均质燃烧和分层技术，提高了热效率，尤其是低负荷下的燃油经济性提高、动力性提升等特点，已经成为现阶段的新技术。 王永春胡白娥青岛市技师学院山东青岛266229 摘要：汽车在安全、节能、环保的趋势下，缸外喷射混合气的形成燃烧释放能量已经进入了瓶颈期，稀薄燃烧技术进行了无数次的尝试，最终在缸内喷射的技术革命中变为了现实，在缸内多次喷射、均质燃烧和分层技术，提高了热效率，尤其是低负荷下的燃油经济性提高、动力性提升等特点，已经成为现阶段的新技术。 关键词：缸内直喷均质燃烧气体流动分层技术 一、进气系统特点 缸内直喷的进气系统为保证运转工况下足够的进气需求，做了几方面的改变。首先，涡轮增压控制系统，利用了废气涡轮增压控制提高充足的进气需求，满足不同运转下进气量，提高发动机动力性和经济性的目的。其次，进气歧管翻板设计，不同工况下通过翻板的打开关闭来改变进气管路截面积，增强了进气效果。其工作低速下利用较少截面积加强了充气力，再加之精确的气门叠加，提高低速下进气量，在高速时，利用较大截面积来减少进气阻力，增加了高速时的进气量。再次，活塞的凹型设计，在改善燃料燃烧和提高发动机性能方面起着十分重要的作用，合理的设计促进气流运动，使其为强大的气体涡流力，为混合气形成提供可靠保障，无论对于燃油喷束、气流运动还是燃烧室形状都进行优化布置，保证均质和分层混合气。 二、分层混合气成因 1.喷油雾化质量：对于混合气形成分层主要喷油时间控制，一般控制喷油正时是活塞上止点前60°至上止点前45°，喷油距点火时刻非常短，这样的油与空气来不及充分混合，只能使部分位置有油存在，其余部分没有油，因而形成了两部分（原理如图1），但是喷油油束浓度太浓，不利于正常燃烧，为了正常工作，还要借助其他方面来实现。 2.气体流动、燃烧室形状：这方面的改变主要通过结构的改变和强大的气体流动保证局部油束形成可燃混合气，在气流方面如上所述有进气涡流，压缩挤气涡流、燃烧涡流等强大的气流，流动力在极短时间内保证了局部油束可与空气 图2. 进气过程气流运动 充分混合，保证喷出的油在局部存在并形成可燃混合气，既保证了极稀混合气的充分燃烧，又保证了动力性的充分发挥（原理如图2）。 三、技术的创新 1.分层燃烧技术：实现超稀薄分层燃烧，在A/F=30~40：1的情况下正常工作，有利于混合气充分燃烧，同时周围稀气的隔热技术，大大提高了动力性和经济性。 2.压缩比提高：因吸入空气量大幅增加，进气冷却效果好，同时燃油在燃烧室内滞留时间极短，使对爆燃的抑制作用增大，提高了压缩比。 3.两次喷射技术：第一次在进气行程中利用燃油的汽化热降低进气温度，提高了充气效率；第二次在压缩后期，形成浓度不均的层状混合气再点燃，改善了使用性能。 4.雾化质量提高：燃油系统中工作油压在5--10MPa，根据不同工况控制油压，保证雾化质量，有利于可燃混合气的燃烧，提高动力性。 5.污染少：采用了三元催化和NOx存储式催化净化反应器，排气达欧4标准。

GDI(汽油机缸内直喷技术)排放特性及后处理

GDI排放特性及后处理 1前言 随着经济的发展及人民生活水平的不断提高,汽车保有量越来越大。汽车在带给人类巨大便利的同时也带给人类严重的环境污染，为此世界各国纷纷制定愈来愈严格的排放法规，以减少汽车废气排放污染。为满足排放法规的要求，人们对发动机排放控制技术的研究也在不断的深入。 2汽油机有害排放物的成分及其危害 汽油机排放物的成分非常复杂,除了N2、O2、CO2、H2和水蒸气等无害外，其余均为有害成分，主要是从排气管排出的废气和其它部位漏出的燃料蒸汽以及从曲轴箱窜出的气体，主要包括不完全燃烧生成的CO，未燃烧的燃料HC，高温燃烧时生成的NOx 等。 （1）CO是城市大气中的主要污染物，而汽车排出的CO占整个大气中的90%以上，CO易与血红蛋白结合，致使人体缺氧，引起头痛、头晕、呕吐等症状，严重时可使人窒息死亡； （2）NOx、HC化合物在阳光中紫外线照射作用下发生一系列的链式化学反应，NOx 是光化学烟雾产生的主要元凶，使人眼红、头痛、手足抽搐，还会使植物枯死并使橡胶破裂。空气污染的危害广泛而深远，已严重威胁着人类的生存与发展。 3传统内燃机有害成份的生成机理 3.1CO生成机理 CO是一种不完全燃烧的产物，是汽油机排气中有害成分浓度最大的物质，其生成主要受混合气浓度的影响，在过量空气系数Φa＜的浓混合气工况时，由于缺氧使燃烧中的碳不能完全氧化成CO2，CO作为中间产物生成。在Φa＞1的稀混合气工况时，理论上不应有CO产生，但实际燃烧过程中，由于混合不均匀部分区域的Φa＜1条件成立，由局部燃烧不完全而产生CO或者已成为燃烧产物的CO2 和H2O在高温时吸热，产生热离解分解反应，由此生成CO。 3.2HC生成机理

缸内直喷技术简介

汽油机缸内直喷技术 摘要：柴油发动机在近10年有了突飞猛进的发展，其性能已接近汽油机， 又以良好的经济性和耐用性著称，而汽油发动机主要是在进气系统做些文章而没有重大突破，看来今天也只有背水一战了,把汽油喷嘴从进气歧管调到了前线——燃烧室，纵身火海，真有我不下地狱谁下地狱的悲怆。 在1954年，第一辆匹配4 冲程汽油喷射发动机的轿车诞生了，它就是奔驰300SL，雾状燃油直接喷入进气歧管，比化油器发动机提供了更大的动力和更高的燃油经济性，可算是迈了一大步。自从单点和多点喷射技术在80年代普遍应用以来，技术上的改进一直在进气系统做文章，2、3、4、5气门、可变进气、可变气门升程及正时等，而没有实现根本的基因突变。我们今天的需求是既要有良好的燃油经济性又要有出色的动力表现。那么我们来看看汽油缸内直喷技术是否是汽油喷射发动机的基因突变。 汽油机缸内直喷作为新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。 直喷发动机潜力的证明是在2001年7月的勒芒24小时耐力赛上获胜的奥迪R8，它匹配着带双增压的V8 FSI直喷发动机。出色的表现使它领先一圈，良好的燃油经济性使它延长了加油的间隔，有力证明了直喷不仅有出色的动力表现，燃油还要节省8%。不仅是这些，R8车手认为发动机动力反映敏捷且非常到位。 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3250～4250rpm，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Ⅳ。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。

缸内直喷技术

2014/2015 学年第1 学期 课程名称：车辆工程发展现状 课程代码：14000010 论文题目：缸内直喷技术应用及发展现状 学生姓名： 专业﹑学号：车辆工程 学院：机械学院 课程（论文）成绩： 课程（论文）评分依据（必填）： 任课教师签字： 日期：年月日

缸内直喷技术应用及发展现状 摘要：对汽油机缸内直喷技术的发展现状和应用前景进行了介绍，并分析了其工作过程中的关键技术环节，指出来制约其发展的主要原因和问题，并对其前景进行了展望。 关键词：汽油机；缸内直喷；燃油经济性；爆燃 Application and Development Situation Gasoline Direct Injection Technology Abstract:The status and prospects of development of gasoline direct injection technology was introduced, and analyzes its working process of the key technical aspects, pointing out that the main reason for the constraints and problems of its development, and its prospects were discussed. Key words:Gasoline engine；Direct injection；Fuel economy；Deflagration 1 引言 随着汽车给环境带来的排放污染和能源短缺问题日益严峻，世界各国对排放标准法规要求也愈加严格。我国于2013 年发布了国V排放标准并于近期审查通过了《乘用车燃料消耗量限值》第四阶段标准。由于目前中国汽油车占据相当大比例，所以在降低汽油车油耗和排放方面具有一定技术优势的缸内直喷技术的发展就显得尤为重要。汽油缸内直喷(GDI)是提高汽油机燃油经济性的重要手段，近些年来，以缸内直喷为代表的新型混合气形成模式的研究与应用极大地提高了汽油机的燃油经济性。据研究表明其燃油经济性可以提高15％左右，HC排放量可减少30％[1]。目前汽油机缸内直喷技术虽然已经比较成熟，但其在燃烧控制、燃油喷射、排放控制、增压技术等方面还需进行深入研究。 2 缸内直喷技术的发展过程及应用现状 缸内直喷技术诞生于20世纪20年代，最初应用于军事技术，直到20世纪