汽油机缸内直喷技术发展趋势分析

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1、汽油机缸内直喷技术发展趋势分析汽油机缸岀现，使汽车发动机进入了一个崭新它在21世纪有取代传统汽油机和柴油机的趋势，成为理想的轿车动力装置。传统的汽汕发动机是将汽汕喷射到进气管中，与空气混合后再进入气缸内燃烧，而GDI发动机是将汽汕直接喷入气缸，利用缸内气流和活塞表面的燃料雾化与空气形成混合气进行燃烧。GDI发动机具有良好的工作稳定性和负荷性能，同吋低温启动性能得到了明显改善，能实现分层燃烧，燃油经济性大大提高，其油耗町达到涡轮增压直喷(TDI)柴油机的水平，且省略了涡轮增压装證，省却了复杂的高压喷射系统。GDI发动机能采川稀薄燃烧技术，空燃比可

2、高达40：1,最高甚至可达100：1,使的功率和转矩均高于传统汽油机，油耗、噪声及CO2的排放虽都较低。GDI发动机工作的均匀性、瞬时反应性、启动性等均比传统汽油发动机有较大的改进。因此，各国汽不生产企业都在大力开发这种技术先进、性能优异的GDI发动机。2」GDI发动机技术发展现状对于汽油机缸内直喷的工作方式,20世纪5()年代徳国的Benz3()()SL车型和60年代MAN—FM系统，70年代美国Texaco的TCCS系统和Ford的PROCO系统就曾经采用过。这些早期技术大多基于每缸2气门和碗形活塞燃烧室，利用柴油机的机械泵和喷油器实现后喷

3、。这些早期的GDI发动机在大部分负荷范围实现了无节气门控制并R燃油经济性接近非直喷柴汕机。其主要缺点是由于采川机械式供汕系统，各负荷其至全负荷时后喷时刻是固定的撚烧烟度限制了空燃比不能超过20:lo采用柴油机供油系统并利用涡轮增压技术来增加功率输出,使得汽油机性能与柴油机相似，且在部分负荷时有-更芜的HC排放。空气利用效率低，机械供汕系统受到转速范伟I的限制，使得发动机的输出功率非常低。因此，受当时内燃机制造技术水平的限制，加之尚无电控喷射手段，开发出的GDI发动机性能和排放并不理想，没有得到实际应用。20世纪90年代以后，由于发动机制造技术的

4、迅速提高，制造精密、性能优良的内燃机部件的应用和精度高、响应快的电控汽汕直喷系统的应用使得GDI发动机的研究与应用得到快速发展。GDI发动机瞬态响应好，可以实现精确的空燃比控制，具有快速冷起动和减速断油能力及潜在的系统优化能力，这些都显示了它比进气道喷射汽油机更优越。采用先进的电子控制技术，解决了早期直喷发动机的控制和排放等方面的许多问题。新技术和电子控制策略的发展使得许多发动机制造企业重新考虑GDI发动机的潜在优点ol996年日木三菱汽车公司率先推出1.8L顶置双凸轮轴16气门4G93壁面引导型直喷发动机;丰出公司开发出了同吋采用GDI和PF

5、I两套供油系统的2GR—FSEV6发动机;通用公司2004年开发出了采用可变气门定时VVT技术的分层稀燃百喷发动机;宝马公司在低压均质混合气直喷GDIV12发动机的基础上,2006年乂开发岀了可以实现分层稀燃的R6直喷发动机;徳国人众公司2000年底利用电了控制系统把与TDI柴汕机相似的原理用在汽汕机上，开发了壁面引导型燃油分层直喷FSI发动机拼用于Lupo车上，其100km的平均油耗只冇4.9L,成为世界上第-•辆5L汽油机汽车;2004年奥辿公司开始将其2.0T—FSI燃油分层直接喷射增压汽油机推向市场。目前，引进的人众FSI发动机是我国唯

6、一量产的GDI发动机。缸内直喷技术对汽汕的汕品质量是个严格考验，正是基于这个原因，大众在中国的FSI发动机上取消了分层燃烧技术，只保留了均匀燃烧模式。由于排放、燃烧稳定性、燃汕品质、性能及叮靠性等方面的问题限制了GDI发动机普遍应用，GDI技术完全替代PFI技术目前仍然存在一些技术难题。国GDI技术与PFI气门口喷射技术的比较混合气形成策略不同是PFI发动机与GDI发动机的主要区别°PFI发动机产品中，20%喷嘴装在气缸盖上进气门的背而,8()%安装在进气歧管上靠近气缸盖位置，在发动机起动时，会在进气门附近形成瞬时的液态汕膜，这些燃汕会在每次进

7、气过程逐渐蒸发进入气缸燃烧。因此，进气口处的油膜如同电容，具有积分的作用，发动机瞬时的供油量不能通过喷油器实现精确控制。由于部分蒸发现彖导致油量控制延迟和计量偏差，冷机起动时由于燃油蒸发困难，使得实际供汕量远大于需求空燃比的供汕量，这样会导致冷起动时发动机有4个〜10个循环的不稳定燃烧，显箸加大发动机未燃HC排放。GDI技术可以避免气门口燃油湿壁现象，实现燃烧各阶段准确供油，能够实现更稀薄燃烧并且降低缸与缸之间、循环与循环之间的变动，冷起动首循环不需加浓控制，降低瞬态工况HC的排放。然而GDI发动机对燃油蒸发和混合物形成有更严格的要求，需要通过

8、更高的喷油压力提高燃油的雾化率。PFI发动机的另一限制是屮、小负荷时采用节气门来控制负荷，存在节流损失，GDI发动机在中、小负荷时采用分层充气工作模式