缸内直喷式汽油机工作

1、缸内直喷式汽油机（GDI ）工作原理1缸内直喷式汽油机（Gasoline Direct Injection） 简称：GDI系统；又因为燃油是分层燃烧（Fuel Stratified Injection） 故又称：FSI系统。 传统式的电喷汽油机，是将汽油喷射在进气门外侧的进气歧管中，在进气过程和压缩过程中，利用时间和空间的均质混合方式，完成可燃混合气的形成，再点火燃烧作工。2这样，燃油在气缸内滞留时间过长（接近360曲轴转角），燃油的粘结损耗较大，加速响应性低，极易产生“爆燃”，气缸磨损加大。能否和柴油机一样，在压缩终了，往缸内直接喷射燃油，迅速混合点火燃烧，这只是人们多少年来的一个梦想。3一

2、、电控汽油喷射系统的重大变革：1、三菱汽车公司和丰田汽车公司，在上个世纪的九十年代，即研发出“高灵敏度、高压缩比、超稀薄混合气”的缸内直喷式汽油机。压缩比可达1213：1，实现了“低油耗、低污染、高功率”的梦想。42、它抛弃了传统的利用空间和时间的均质混合方式，采用缸内强涡流运动混合方式，在压缩冲程的后期，和柴油机一样，直接向缸内喷射燃油，实现“质的调节”，它对燃油的质量要求不高，摆脱了汽油质量对压缩比提高的制约。相继点火后，实现分层燃烧，利用A/F=3040：1的超稀薄混合气稳定燃烧，极大的改善了汽油机的动力性、经济性、净化性。53、我国上海大众和一汽大众己引进生产了“斯克达-明锐”（SKO

3、DA-Octavia-1.8T-FSI）和“迈腾”（Magotan-1.8T-FSI）缸内直喷式汽油机乘用车，己经投入市场。随着汽车保有量和排放污染物的骤增，以及社会环保法规要求的提升，缸内直喷式汽油机将成为今后“时代的宠儿”。6二、缸内直喷式汽油机的主要结构： 缸内直喷式汽油机，是在传统的电控喷射系统的基础上，改进研发的。在其他结构方面无过多的变化，只是在可燃混合气的形成方法上，和燃烧过程方面发生了概念性的变革。仅就GDI系统的主要结构介绍：71、直立式进气管产生下降大进气流，直接流入气缸，流速快，可达4050m/s，充气效果好。与传统的横向进气管相比，它的进气涡流方向是相反旋转，喷油后能在

4、火花塞处形成浓油雾区，极易点火燃烧，起动性能好，能实现分层燃烧。82、顶面弯曲活塞引导空气产生进气涡流和挤压高速旋转涡流，以便形成理想地分层燃烧的可燃混合气。旋转涡流为“正向涡流”，与传统的“逆向涡流”方向相反，有利于混合气按浓稀方式层状分布，进行分层燃烧。93、采用两级串联式供油泵低压供油泵为电动涡轮式，油压为0.35Mpa；高压供油泵为往复柱塞式，由凸轮轴驱动，使燃油轨道的油压不断堆积，产生55.5Mpa的喷射油压，经喷油器高速喷入气缸，提高了雾化质量，形成旋转的燃气涡流。10三角形凸轮驱动油泵柱塞吸油和压油，能快速平稳的建立起油压，当轨道压力达规定值（5Mpa）后，压力传感器信号通过EC

5、U使仃供电磁阀断电OFF，弹簧将进油阀顶开，高压供油泵即短暂仃止供油。114、轨道压力传感器是压敏电阻制成的桥式电路传感器，原理与传统的进气管压力传感器Map类同。为ECU提供轨道内燃油压力的高低，当压力达5Mpa时，ECU指令仃供电磁阀断电OFF，其弹簧推开高压油泵的进油阀，使高压油泵仃止吸油而仃供。此时，低压油泵也同步仃止供油，维持规定的油压。125、高压旋流式喷油器由ECU直接用脉冲电流的宽度，控制喷油量的多少，利用特殊的喷孔形状，向气缸内喷出旋转的雾状燃油，与挤压涡流快速的混合，以便点火燃烧。它没有进气管沉积油膜的缺点，又因喷油压力较高，喷油器的自洁功能高，不易产生脏堵故障。136、特

6、别指出：喷油器是属于瞬时高电压和大电流“峰值保持型”驱动方式（用100110V和1720A打开；又用限流电阻以35A的电流，保持开启状态），又称，强劲、高频、量化控制方式。14喷油器可小型化，又缩短了“无效喷射时间”，开启速度快，响应性好，计量准确。所谓“无效喷射时间”是因为电磁线圈有一定的阻抗，故开启时间较Tr管导通时间迟后，该时间无燃油喷出，故针阀升起和座落与喷油脉冲宽度并不吻合，故而需要改善。 15为此，喷油器的检测方式，应使用专门的仪器（MVT-2诊断仪），以防触电和逆变电源过载。16三、缸内直喷式汽油机的工作原理：1、气缸内涡流的运动在进气过程中，通过“直立式进气管”，在气缸吸力的作

7、用下，产生强大的下降气流，使充气效率得到提高。又在“顶面弯曲活塞”的作用下，形成比传统汽油机更强大的“滚动涡流”。这个滚动涡流，将压缩后期喷射出的旋转油雾，带到燃烧室中央的火花塞附近，及时点火燃烧，这是一种革新手段。172、高压旋转油雾的产生高压旋转式喷油器，在压缩冲程的后期（此时，缸内压力为0.61.5Mpa），以5Mpa的高压喷射出旋转的油雾，卷入“滚动涡流”中，迅速吸热汽化，以层状混合状态，被卷到火花塞附近。此时，火花塞附近为“高浓度”混合气，极易点燃。缸内的燃气呈“稀包浓”状态（O2分子包围HC分子） ，它与气缸壁间形成了绝热层，提高了热效率，使功率提高，油耗降低。183、高速燃烧涡流

8、的产生“稀包浓”的强燃烧涡流，因未燃物和己燃物温度、密度和离心力的差异，在旋转中逐层的换位和剥离（未燃物温度低、密度大、离心力大，向外移动；己燃物温度高、密度小、离心力小，向内移动），并从内向外稳定地、彻底的分层燃烧。19“稀包浓”状态的燃气涡流，与气缸壁间产生绝热层，从而提高了热效率。因高压缩比和高速强涡流及涡流分层高效率燃烧的结果，即：进气涡流、压缩涡流、燃烧涡流的综合效果，与传统的电喷汽油机相比，输出的功率Pe和输出扭矩Me提高了10%。20超稀薄的混合气，空燃比A/F可达3040：1，与传统的汽油机相比，因燃烧过程和燃烧温度控制的合理，节油率可达40%，可使排气中的CO、HC、NOx等

9、有害物质大幅度降低。 21 4、起动性能的提高：因燃油为直接喷入气缸，无燃油的粘结损耗，又因火花塞处为高浓度混合气，与传统的均质混合方式相比，起动性能得到提高，发动机在12个循环，即可起爆运转。而传统的均质混合发动机，需要十几个循环，才能起爆运转。225、中小负荷工况时的喷油特点：乘用车在市内行驶占有的时间为75%85%，多在中、小负荷工况下工作，应在压缩行程后期喷油，以经济超稀薄混合气成分为主，为分层燃烧方式。236、大负荷工况时的喷油特点：为了获得大负荷时的功率值（包括其他工况），应加浓可燃混合气，以动力性为主，采用“两次喷油方式”。第一次是在进气行程，喷入适量燃油，形成均质燃烧混合气，此

10、为“补救功能”；此时，还可利用燃油的汽化热，来降低进气温度，提高充气效率。第二次是在压缩行程的后期喷油，形成浓稀不均的层状混合气，再点火燃烧。24因此，在大负荷工况时，一个工作循环中，喷油器发生两次脉冲信号，脉冲宽度各不相同。“两次喷射”的功能，也可在起动工况、急加速工况出现，以调节空燃比A/F的大小，改善使用性能。257、高压缩比的实现汽油机高功率的输出：一是，加大进气量；二是，提高压缩比；三是，控制燃烧过程。传统式的电控喷射系统，因燃油质量的制约，压缩比已难突破10：1的大关，还需要使用辛烷值97#的汽油。而直喷式汽油机却能突破这个界限值，使压缩比提高到1213：1。且对汽油的辛烷值无过高

11、要求。究其原因如下：（1）因吸入的空气量大幅度增加，进气冷却效果较好。因而，使对“爆燃”的抑制作用也加大。 （2）直接喷入气缸内的超稀薄混合气燃料的汽化热，可降低气体温度和增大空气密度的目的，因而不易产生“爆燃”26（3）再因“缸内直喷”本来就具有不易产生“爆燃”的特性。因在压缩冲程后期喷油，燃油在燃烧室内滞留时间极短，使大幅度的提高压缩比成为可能，1213：1的高压缩比成为现实。 注爆燃的产生，是燃油滞留在气缸内的时间较长，己燃部分对未燃部分的挤压和辐射造成的，即未燃部分产生大量的极不稳的“过氧化物”，不等火焰传到，自行不正常的急速燃烧。可见，直喷式的汽油机只能对点火早晚敏感，不存在“过氧化

12、物”这个问题。278、因为采用超稀薄混合气分层燃烧，使有害的NOx生成量加大，故来采用“存储式两级三元催化器”净化方式，使尾气在催化器中有较长的滞留时间（2s），从而使尾气中的Co、Hc、NOx成分转化还原为CO2、H20、N2无害气体，并加装温度传感器监控。 28再者，在中小负荷工况，使EGR系统投入工作，并采用较大的EGR率（传统式电喷系统为5%15%，而GDI系统为20%），并采用专门的双级存储式的三元催化器TWC，进行废气净化处理。29废气量的控制：双计量系统的EGR装置的空气流量计AFS和进气管压力传感器MAP，能精密的测出新鲜空气的质量值和压力值，废气进入进气管后，管内压力即升高，

13、比较后即得出废气量值。309、如果增装废气涡轮增压系统（如：奥迪A6L-2.0T-FSI乘用车），充气效率将进一步提高，空气密度加大，氧含量提高，燃烧条件进一步改善，动力性、经济性和净化性将明显提高。31大众1.4LTFSI双增压系统：32四、典型车系供油系统介绍：奥迪-2.0-T-FSI乘用车，为废气涡轮增压式缸内喷射汽油机，其供油系统特点是：1、燃油压力传感器是压敏电阻桥式电路，将轨道油压的高低以电压信号输入ECU中，以便ECU使仃供电磁阀动作，使高压油泵及时仃止供油。332、仃供电磁阀ECU发令使其推杆动作，高压油泵的进油片阀即常开，仃止供油。3、过压阀为柱塞式溢流阀，当轨道油压高于规定值时，即泄油降压，维持轨道油压，起保护作用。344、高电压喷油器采用65V高电压控制喷油，为强劲高频量化控制方式，频率响应性高。理论证明：电压值提高，电流值可大幅度减小，热负菏降低，喷油器可