汽油稀薄燃与缸内喷射FSI-GDI技术(常用版)

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汽油机稀薄燃与缸内喷射技术汽油稀薄燃与缸内喷射FSI-GDI技术（常用版）(可以直接使用，可编辑完整版资料，欢迎下载）稀薄燃烧什么叫稀燃？顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：25以上。稀薄燃烧的关键技术汽车汽油发动机实现稀燃的关键技术归纳起来有以下三个主要方面：

2.1提高压缩比

采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进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。

2.2分层燃烧

如果稀燃技术的混合比达到25：1以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。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。

为了提高燃烧的稳定性，降低氮氧化物（NOx），现在采用燃油喷射定时与分段喷射技术，即将喷油分成两个阶段，进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部随后在缸内均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四周被点燃，实现分层燃烧。

2.3高能点火

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。有些稀燃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。

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。因为各种汽油发动机稀燃方式的技术措施不完全一样，甚至同一部发动机在不同的工况下稀燃方式也会不完全一样。有些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。三、稀燃技术的发展历程在20多年前就已经有人在研究稀燃技术。面对21世纪70年代初欧美国家的排放规定以及石油危机引起的降低油耗的需求，人们探索了由稀混合气运行，用氧化催化剂净化排气的方法，采用了一种带副燃烧室的发动机。这种由丰田及本田公司发明的燃烧方式由于从副燃烧室喷出火焰会造成热能损失，稀混合气发动机改进对油耗的效果不明显。

从那以后，随着进气口的改进，气缸内旋涡生成技术的进步，由通用、福特、丰田、本田、日产等汽车公司先后搞成的开口式燃烧室可以形成比带副燃烧室还好的稀薄混合气燃烧，并且随着进气口燃料喷射技术的发展和稀混合气传感器技术的开发，精密控制空燃比已成为可能。80年代中期，丰田正式使稀混合气发动机（T－LCS）产品化，三菱、本田也相继将其产品实行产品化。

进入90年代，三菱汽车公司研制出来的缸内直喷技术使稀燃技术又进了一步。目前，各大公司都拥有自己的稀燃技术，其共同点都是利用缸内涡流运动，使聚集在火花塞附近的混合气最浓，先被点燃后迅速向外层推进燃烧，并有较高的压缩比。

比较著名的三菱缸内喷注汽油机（GDI），可令混合比达到40:1。它采用立式吸气口方式，从气缸盖的上方吸气的独特方式产生强大的下沉气流。这种下沉气流在弯曲顶面活塞附近得到加强并在气缸内形成纵向涡旋转流。在高压旋转喷注器的作用下，压缩过程后期被直接喷注进气缸内的燃料形成浓密的喷雾，喷雾在弯曲顶面活塞的顶面空间中不是扩散而是气化。

这种混和气被纵向涡旋转流带到火花塞附近，在火花塞四周形成较浓的层状混和状态。这种混合状态虽从燃烧室整体来看十分稀薄，但由于呈现从浓厚到稀薄的层状分布，因此能保证点火并实现稳定燃烧。

大众的直喷汽油发动机（FSI），则是采用了一个高压泵，汽油通过一个分流轨道（共轨）到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。

本田最新的VTEC发动机也将采用稀燃技术。这款取名为VTEC－i2.0升发动机将比一般本田发动机省油20%，其特点是将VTEC技术与稀燃技术相结合，也是当低转速时令其中一组进气门关闭，在燃烧室内形成一道稀薄的混合气体涡流，层状分布集结在火花塞周围作点燃引爆，从而起到稀薄燃烧作用。

自从一九九四年，日本三菱公司率先宣布它的装有缸内直喷式(GDI，GasolineDirectInjection)发动机的汽车即将上市，以及随着日益严格的排放法规和能源危机，促使世界各主要汽车和发动机厂商，纷纷开始研究GDI发动机了。到目前为止，国外已有许多著名的汽车公司如丰田、三菱、福特、奥迪、本田、雷诺、AVL等都已开发了比较成熟的GDI机型和产品。我国在这方面的研究相对落后些，西安交通大学开发了缸内直接喷射周向分层燃烧系统，该系统的特点是利用具有非均匀性周向分布的机械式喷嘴实现周向分层。四、GDI缸内直接喷射系统4.1GDI优点GDI发动机是在适当的曲轴转角，将汽油直接喷入汽缸中，因而它兼有柴油机热效率高和汽油机升功率大的特点。较之传统的进气道喷射式发动机(PFI)，GDI发动机具有许多明显的优势。a．冷启动时未燃碳氢(UBHC)排放少。这主要是由于GDI不会在进气道表面形成油膜，允许用较大的废气再循环(EGR)率。b．GDI发动机可以不再使用节气门来调节负荷，而是利用缸内空燃比的变化来达到发动机的工况要求，这就避免了PFI发动机部分负荷时节气门所引起的节流损失，并提高了发动机在部分负荷时的容积效率，燃油经济性也随之得以改善。c．启动快。GDI通常在第一个循环或第二个循环就可着火，而PFI则至少需要l0个循环以上才能着火。d．燃油经济性有进一步改善，燃油消耗下降率高达35%。e．瞬态反应快、对空燃比的控制更精确及具有系统进一步优化的潜能。4.2GDI的电子控制策略GDI中最关键的是要控制好混合气浓度在空间的分布及其随时间的变化，依靠采用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，可达到高燃油经济性和高性能。如图1GDI电控系统基本工作原理图。发动机电制软件油泵、喷油器传感器、开关故障指示灯发动机监控/标定软件RS-232ECUCAN喷射控制故障诊断发动机管理图1GDI电控系统基本工作原理图4.3分层控制策略现代GDI通常是根据大、小负荷区不同的要求，采用不同的混合燃烧模式来改善其燃油经济性的。在中小负荷区域，要求有良好的燃油经济性，因而通常采用压缩冲程中喷油实现分层燃烧的控制模式，即在压缩冲程后期向缸内喷油，并通过活塞顶部形状和气流运动来限制其扩散，使喷射到气缸内的燃油所形成的可燃混合气集中在火花塞周围，而在火花塞外周部的极稀薄混合气与层状空气则形成了分层混合气，使燃烧在整体空燃比30～40的超稀薄混合气下进行，此时尚有足够的过量空气可供在短时间内燃尽燃烧生成的黑烟。由于此时GDI放弃使用节气门节流，因而可以减少发动机的泵气损失，过量的空气还会吸收气缸壁上的热量，降低了热损失，从而大幅度改善燃油耗。图2为丰田2.0L双顶置凸轮轴GDI发动机的分层进气控制方法：在活塞顶上有渐开线形的燃烧室凹坑，位于涡流运动上游较窄的区域a是混合气形成的主要区域；较宽的区域b是主要燃烧空间，用以促进混合气快速扩散。设计成渐开线形凹坑的c是为便于蒸发的燃油流向火花塞。凹坑壁的角度和凹坑深度也进行了优化，以适于混合气形成，同时防止混合气扩散流出凹坑。在高负荷区域，要求提高发动机扭矩和功率，必须采取略稀或理论当量的混合气或浓混合气。故此时发动机采用进气冲程喷油，实现均质燃烧的控制模式。即在进气冲程早期向气缸内喷射燃油，使其可在整个燃烧室内均匀扩散，在点火时刻形成预混燃烧的均质混合气。此时由于燃油汽化时吸收了汽化潜热，使得缸内充量得到了冷却，增大了空气密度，在提高体积效率的同时还减少了爆震的倾向，使发动机的压缩比可上升到12，提高了热效率，发动机以接近理论空燃比14.7：1图2丰田D-4分层混合气的控制策略控制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，以防扭矩变化带来振动。为此，三菱、丰田等公司在模式切换时采用了二段喷射技术，即在进气行程中喷射一部分燃料，以便在燃烧室全空间内形成稀薄的预混合气。第二次在即将点火之前向火花塞喷射，以保证稀混合气的稳定着火和分层燃烧。据报道采用二段喷射技术的GDI发动机可实现从中小负荷区向大功率区的平稳过渡，并可降低缸内的气体温度，从而抑制了爆震的发生，增加了功率的输出。4.4扭矩控制策略对扭矩的控制实际上就是对发动机喷油量的控制。通常情况下，GDI主要是根据油门踏板的位移量来确定应有的扭矩，并由负荷的高低来切换对扭矩的调节方式。从理论上讲GDI可以不使用节气门，但实际上它还是配备了电动节气门。这其中最主要的原因是GDI在大负荷工况下工作时需要均匀混合气；其次是在应用EGR降低NOx排放时，需要有节流阀控制的进气歧管的真空度；再次，传统的制动系统制动时也需要真空度；最后，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。因此，当发动机的扭矩和转速对应于低工况区时，电动节气门就保持全开，发动机在保持进气量基本不变的情况下，通过改变空燃比来调节每循环的喷油量，进而对扭矩实行控制。这时发动机采用的调节方式是与柴油机相同的“变质调节”，此时进气量和点火提前角几乎不影响扭矩。当发动机的扭矩和转速对应于高工况区时，即油门踏板位移量较大时，其空燃比被稳定在14.7左右，通过改变电动节气门的开度来调节进入气缸的空气量，进而改变喷油量实现对扭矩的控制。这时发动机采用的是“变量调节”方式。此时点火提前角对扭矩有很大影响。表1为GDI按工况区扭矩控制模式，图3为扭矩控制策略的不同燃烧模式的控制范围。工况主要目标空燃比电动节气门冲量扭矩调节喷油正时喷油压力喷油穿透燃油雾化底经济性25～40不节气（全开）分层变质调节压缩行程的晚期高浅好高动力性14.7左右节气均质变量调节进气行程的早期低深差表1GDI按工况区扭矩控制模式图3扭矩控制策略的不同燃烧模式的控制范围按工况区扭矩控制的结果是，其燃油经济性相对以往的汽油机可以提高25%左右，实现并超过了目前柴油机所能达到的低燃料消耗水平；动力输出也比目前正在广泛使用的进气道喷射的汽油机增加了近10%，保证了人们对车辆动力性的要求。3.3喷油定时控制策略GDI可根据不同的工况区域来确定不同的混合气生成方式，而不同的混合气生成方式对油束的要求也不相同，如图4。发动机处于低工况时，采用的是变质调节和分层充量，这就要求燃油恰好喷在活塞顶部凹坑内，因而油束要尽可能集中，且雾化质量要高，可燃混合气能在短时间内形成。故此时应将喷油推迟到压缩行程的后期进行。因为：a．此时活塞正处于向上运动，气缸内的压力很大，这就迫使燃油喷射时所需的压力相应地增大。喷油压力越大，SMD越小，燃油蒸发越快，雾化程度越高，油滴喷射距离有限，穿透度不深。b．随着缸内压力的增大，充量被强制压缩，密度增大，因此油束中油滴所受的阻力也增大，油滴运动很快地受到衰减，使油束比较集中，并且喷射出的燃油穿透距离也保持适中。C．活塞的上行运动，减少了喷油与活塞项部凹坑之间的距离，保证了燃油可更加准确而又有效地被喷射在活塞项部凹坑范围内，通过限制其在凹坑内不向外扩散，使得它能被迅速地加热汽化，从而在抵达火花塞之前的短暂时间内促进空气迅速卷入汽化的燃油中，形成可燃混合气。同时结合活塞向上运动，由翻滚气流将可燃混合气带往火花塞，并在火花塞附近区域聚集形成浓的可燃混合气，而在燃烧室的其它空间形成稀薄混合气，从而实现混合气的分层和超稀薄燃烧。图4两种工况下对喷油正时和油束特性的要求当发动机处于高工况时，采用的是变量调节和均质充量。应尽可能减少油束沾湿活塞和气缸壁面，否则会导致HC排放增加，并且活塞壁面会向燃油提供汽化潜热，从而丧失利用汽化潜热冷却缸内充量以提高容积效率的机会。同时要求油束的穿透深度应当大一些，以便扩大油束在气缸内的分布范围，使其能有足够的空间和时间让燃油和空气进行混合，形成均质充量。故此时应将喷油提早到吸气冲程的前期。4.5存在的难点问题4.5.1GDI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，总体讲要高于传统的在理论空燃比下工作的加三元催化剂的进气道喷射汽油机。其排放问题主要有：中小负荷下未燃HC排放较多。原因有：采用混合气分层时引起火焰从浓区向稀区的熄灭，稀燃造成缸内温度偏低，不利于未燃HC随后的继续氧化；远距离方式组织的燃烧系统因喷雾碰壁较多，而活塞顶和缸壁的温度低，形成较多HC；其它设计不当引起的混合气混合不充分和火焰延迟，也会造成火焰传播速度降低，使HC排放升高。采用较稀的空燃比后，气缸内的反应温度较低可使NOx排放有所降低，但混合气分层将不可避免地在火花塞附近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，稀燃时由于排气中始终处于氧化氛围，使NOx的还原比较困难。GDI汽油机的微粒排放在低负荷、过渡工况和冷启动情况下要高于传统进气道喷射汽油机。主要是由局部地区过浓的混合气或未蒸发的液态油滴扩散燃烧所引起，缸内温度低也造成了微粒氧化不完全。4.5.2GDI汽油机在超稀混合气燃烧时，易因高温缺火引起积炭。原因是在火花塞点火时刻，缸内的分层混合气只占据一小部分空间，其他空间只有极微弱的燃油存在，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，造成熄火，使混合气不能充分燃烧，产生积炭。4.5.3传统的三元催化器同时净化NOx、CO、HC三种排放物的效果只有在理论空燃比下才能实现。而GDI汽油机工作在稀空燃比条件下，其造成的富氧使传统的三元催化器对NOx的转化率不高，废气排温较低也不利于三元催化器的起燃，限制了它在GDI汽油机上的应用。4.6研究新技术展望为了解决GDI汽油机存在的这些问题，必须作进一步的深入研究，开发出一些切实可行的新技术。4.6.1目的是减少积炭的生成，提高GDI汽油机的机械抗爆性，进一步增大压缩比，提高发动机的机械效率。二次混合技术是指在进气行程中先喷入所需燃料的1/4，形成极稀的均质混合气。在压缩行程后期再次喷射，喷入剩余燃料，形成分层混合气。故在火花塞点火前，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，可点燃稀混合气。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。4.6..2二次燃烧和反应式排气管目的是降低HC排放。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。通常启动后的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进行，从而加速激活催化剂，使4.6.3废气再循环EGR是降低NOx排放的一种有效方法。EGR可有效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。在GDI汽油机中，因稀燃使缸内富余氧气较多，可使用较高的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，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。4.6.4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。目前正在开发的各种适用于稀燃的催化器，有稀燃选择还原型NOx催化器、吸藏还原型NOx催化器、未燃HC氧化催化器等。但这些催化器都不同程度地存在转化效率低、工作温度范围窄、性能不如传统的三元催化器等问题，还需进一步的研究。6.7GDI总结现代电子控制、制造等技术的发展使GDI开发比过去所受限制大大减少。当前社会的要求给GDI的发展提供了动力。GDI中最关键的是要掌握好混合气浓度在空间的分布及其随时间的变化。目前在一些先进国家如日本、欧美的GDI汽油机在保持汽油机动力性能优势的同时，在燃油经济性方面已达到甚至超过柴油机水平。可以预见，车用汽油机GDI技术将得到更大发展，并将取代进气道直喷成为电控喷射的主要形式。参考文献黄海波、张国芬、张正芳.车用燃料排放清洁性判别的探讨.四川工业学院学报.2002年第21卷第4期曹治琬.汽油机电控燃油喷射系统及其发展趁势（上、下）.汽车电器、2001年第1期宋建锋、李国岫、张欣.现代控制技术在发动机空燃比控制中的应用.小型内燃机与摩托车、2001年第4期王凤军.发动机可变配气相位的研究.农机化研究、2007年第2期陶建武.基于智能控制的汽车发动机可变配气相位系统.机械工程学报、2003年第9期陆展华.GDI发动机及其稀燃优化技术.柴油机DieselEngine、2003年第6期夏淑敏、邱先文、赵新顺.车用汽油机缸内直喷技术的研究现状与展望.农业机械学报、2003年第5期尚秀镜、江俊峰、张建昭.汽油机缸内直喷的关键技术和发展现状.天律大学、2001年第3期ProspectofResearchSituationonGasolineDirectInjectionTechnology（schoolofTransportationandAutomotiveEngineering,XihuaUniversity,Chengdu610039China）Abstract：Thispaperintroducessomeadvantagesofgasolinedirectinjectiontechnology(GDI)comparedwithportfuelinjectedsystem(PFI)andtheresearchsituationoftheGDIenginebyworkingstatusoflayeredcontrolstrategy,torquecontrolstrategyandinjectinggasolinetimingcontrolstrategyetc.ItexpoundssomeproblemsappearedinthedevelopmentofGDIengineandpointsoutsomenewtechnologypotentialsofGDI.Keywords:Gasolineengine；Directinjection；Electroniccontrolstrategy;Technicalproblem;ForesightFSI燃油分层喷射中的稀薄燃烧技术

综上所述，

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。因为各种汽油发动机稀燃方式的技术措施不完全一样，甚至同一部发动机在不同的工况下稀燃方式也会不完全一样。有些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。

本田三菱雷诺的稀薄燃烧技术详解本田飞度1.3匹配的发动机从结构上看起来没有什么亮点，甚至有些落后??每缸两气阀设计，单顶置凸轮轴。但是本田却宣称它的这款发动机的技术是世界同步的，甚至比它1.5的4气阀VTEC发动机还要先进，这是为什么呢？熟悉飞度的都知道，飞度1.3的这款发动机被本田称作i－DSI发动机，之所以先进，也就是这个i-DSI。那这个i－DSI有什么特殊呢？是不是本田在搞噱头？从参数看，60千瓦的功率也却是没有什么值得夸耀的，这款发动机显然注重的不是高功率输出。从本田的宣传来看，i-DSI就是双火花塞点火，它可以提高燃烧效率。其实，这款发动机真正的核心技术是“稀薄燃烧”技术，双火花塞的设计只是为了实现这种“稀薄燃烧”所采用的手段而已。这篇文章，我们就来重点讨论一下“稀薄燃烧”技术。这种技术的最大特点就是燃烧效率高，经济、环保，同时还可以提升发动机的功率输出。因为在稀薄燃烧的条件下，由于混合气点火比理论空燃比条件下困难，暴燃也就更不容易发生，因此可以采用较高的压缩比设计提高热能转换效率，再加上汽油能在过量的空气里充分燃烧，所以在这些条件的支持下能榨取每滴汽油的所有能量。本田的i-DSI发动机的稀燃技术。本田这款发动机采用的是比较少见的缸外稀薄燃烧技术，虽然没有缸内直喷先进，但是相对于直喷发动机而言成本低廉。

我们还是先来说说什么叫做稀薄燃烧吧。所谓稀薄燃烧，是指通过提高发动机内混合气的空燃比，让混合气在空燃比大于理论空燃比数值的状态下燃烧。说得直白一些，就是让汽油在很稀的混合状态下燃烧。我们知道，理论空燃比是发动机的一个基本参数，普通发动机是不能随便改变空燃比的，那如果要让发动机实现稀薄燃烧，就必须具备两个条件：首先，稀薄燃烧技术需要很强的点火能量。这一点很好理解，混合气里面汽油的比例小了，混合气被点燃就需要更大的能量，而i-DSI发动机采用双火花塞设计，就能很好的满足这一需求。其次，稀薄燃烧技术需要空气能跟汽油充分混合。汽油在混合气中的比例减小了，对于空气与燃油的混合要求就更高了。如果燃油不能与空气充分混合，当火花塞点火的时候，遇到混合不均匀的混合气中汽油更少的部分，点火将更加困难。本田给这款发动机采用了传统的2气阀设计，因为2气阀发动机能在混合气进入汽缸以后能较强的涡流，让汽油跟空气有更多混合的机会。i-DSI发动机就是通过这些手段解决了稀薄燃烧的基本需求，实现稀薄燃烧的。由于i-DSI是在普通缸外喷油发动机的基础上开发的，所以它更注重的是燃油经济性，而对于功率输出，则没有太大帮助。i－DSI发动机通过燃烧“更稀的混合气”达到同等功率输出的情况下，燃烧更少的汽油。换句话说，就是让汽油能够更充分的燃烧，尽可能的让所有的汽油都变成动力释放出来，从而降低燃油消耗。从本田的宣传也能看出，对于飞度1.3，它一直宣称的就是能达到同级别发动机中最低的燃油消耗（而没有宣传过动力输出）。三菱GDI汽油直喷发动机国产哈飞赛马有一个很有趣的现象，在国内最北端哈尔滨生产的汽车，却在国内的最南端广东卖得好——与北方的销售不温不火相比，赛马在广东的销量确实不错。除了广东是日系车的天堂以外，还有一个很重要的原因，就是赛马的原型车Dingo在广东的近邻香港口碑非常不错，无论是动力性能还是经济性能，反映都非常好。其实，虽然外形几乎完全一样，赛马和Dingo还是有本质区别的，最大区别就在发动机。香港市场上出售的Dingo装配的1.5GDI是其最大的卖点。为何赛马没有装配GDI发动机呢？除了成本原因以外，还有没有其他原因呢？熟悉三菱的人一般都知道GDI，这是三菱缸内直喷发动机技术的英文缩写，全称是GasolineDirectInjection。三菱很早就开发了GDI发动机，是日系品牌中缸内直喷技术的倡导者。目前，三菱已经将GDI技术普及到不同平台的发动机，无论是小排量的1.5L直列四缸发动机还是大排量的4.5LV8发动机，都有采用GDI技术的机型。三菱的GDI发动机通过稀薄燃烧技术，让燃料消耗减少20%-35%，让二氧化碳排放减少20%，而输出功率则比普通的同排量发动机10%。这些指标看起来是非常诱人的，缸内直喷真的这么神奇吗？它的原理是什么？下面，我们就来讨论一下这个问题。缸内直喷技术是稀薄燃烧技术的一个分支。与普通发动机最大的不同之处就在于它的直接喷射系统。其实缸内直喷并不是什么新鲜技术，在很多年以前，许多柴油发动机就采用了这种技术设计，而将它运用在汽油发动机上，才属于几年的事情。简单的说，缸内直喷技术有两大好处：1、发动机能在火花塞点火之前把汽油直接喷射到高压的燃烧室，同时在ECU的精确控制下，使混合气体分层燃烧。这种技术可以让靠近火花塞处的混合气相对较浓，远离火花塞的混合气相对较稀，从而更有效的实现“稀薄”点火和分层燃烧。2、由于汽油是直接被喷射到汽缸内的，与传动的缸外喷射相比，混合气体不需要经过节气阀，因此能减小节气阀对混合气体产生的气阻。传统的MPi（multi-pointinjection）缸外喷射发动机，其燃料是被喷射到进气管当中的。为了让汽油被喷射到进气管以后有足够的时间跟空气混合，喷油器需要与气门隔着一段距离，待汽油与空气在这段空间充分混合以后，再被引入到汽缸当中燃烧。对于这种传统的设计，如果将汽油直接喷射到汽缸内，势必会造成空气与汽油没有足够的时间混合，这种没有混合的气体，显然是不能满足发动机点火需求的。缸内直喷发动机首先要解决的就是这个问题。我们先来看看三菱是怎么样解决的：这张图就是GDI发动机与传统MPI发动机的不同结构图：

从图上可以看出，与普通的缸外喷射发动机不一样，GDI采用的垂直进气歧管设计，并且在活塞头部设计了一个凸起的形状。采用了这种设计以后，当活塞在进行压缩冲程的时候，汽缸内会形成强大的涡流。此时将汽油被直接喷射到燃烧室内，这股强大的涡流就能让汽油跟空气充分混合，从而解决了缸内直喷燃油与空气混合的问题。当发动机运转在压缩行程的时候，气缸内的压力是非常大的。这对于缸内直喷发动机来说，普通的燃油泵就无法满足需求了。缸内直喷发动机的另一个重要特征就是它的燃油泵的供油压力非常高，这样才能将汽油有效的喷射到高压的燃烧室内。GDI发动机的喷油过程共分两个阶段，也就是两次喷油。辅喷油阶段：在发动机运行进气行程时，发动机会进行一次喷油，这次喷油是辅喷油，喷油的数量不大，喷油的主要目的也不是为了点火燃烧。当一定数量的汽油在进气行程被喷射到汽缸内的时候，这部分少量的汽油会汽化挥发，我们都知道，液体的汽化和挥发是会吸收热量的，这样就能降低汽缸内的温度。气缸内的温度低了，气缸内可以容纳的气体密度就会自然增大。所以这次喷油的后果在给气缸降温的同时，还可以提高进气密度，让更多的空气进入到汽缸，而且能确保汽油跟空气均匀的混合。

主喷油阶段：第二次喷射是主喷油过程。当活塞即将达到发动机压缩行程的上止点时，在火花塞点火之前，会有一定量的汽油再次被喷出，这次喷射被成为主喷油。此时，活塞的凹面会使混合气在火花塞周围形成一个浓度较高的区域，这种相对较浓的混合气能在火花塞点火的情况下被顺利点燃，而周围混合气较稀的区域是无法被火花塞的火焰直接点燃的，它只能在中心区域成功燃烧以后，利用燃烧产生的能量同时点燃。由于采用了上述设计，GDI发动机能在40:1的超稀空燃比情况下正常运转，而且它的空燃比能比普通缸外喷射发动机的空燃比更稀。这样的好处是显而易见的，在这种稀薄燃烧的情况下，燃料可以更加充分的燃烧，榨取每一滴燃油的所能产生的动能，与此同时，由于燃烧充分，可以大幅度减少未燃烧的气体从发动机里排出，从而获得更低的排放。GDI的分两段喷油除了实现上述好处以外，还能有效减小爆震的产生，从而可以采用更高的压缩比，获得更强劲的动力输出。我们都知道，爆震的产生是因为汽缸内温度和压力过高，从而导致混合气自燃导致的，换句话说，就是当活塞行程还未达到点火提前角时，混合气就开始燃烧。由于汽油的燃烧特性，普通发动机的压缩比往往不能设计的太高，否则就很容易产生爆震。由于GDI的喷射是分两个阶段进行的，第一阶段的预喷射能在汽油挥发的作用下带走大量缸内热量，降低汽缸温度，因此能非常有效的减小爆震的机率。所以，GDI发动机可以采用高达12.5:1的压缩比设计，从而有效的提高了功率输出。GDI的氮氧化物排放：虽然GDI发动机可以降低整体的废气排放污染，但是同时它有一个非常大的缺点，那就是氮氧化物的排放非常高。为了减小这类污染物的排放，需要采用有效的有针对性的三元催化装置才能保证尾气的排放达到环保部门的要求。但是在国内，油品中的含硫量非常高，这种含硫量高的汽油燃烧后很容易产生硫化物，这种硫化物会让催化器中毒，从而导致催化反应失效，这样一来GDI发动机高排放的氮氧化物无法得到还原处理。这也就是为何到目前为止，国内没有一款匹配GDI发动机的车型销售（包括进口汽车）的原因了。雷诺IDE(InjectionDirectESsence)直喷发动机对于三菱GDI发动机在排放方面的缺陷，雷诺开发出了更好的解决办法。雷诺的IDE发动机是其首次在欧洲推出的缸内直喷发动机，它使用了另一种不同的设计彻底解决了三菱GDI发动机的问题。IDE仍然采用了空气和燃油稀薄混合，但同时加大了EGR阀废气循环量。EGR是ExhaustGasRecirculation的缩写，翻译成中文就是废气再循环的意思。这项技术可以减小燃油消耗量，并且有效的降低燃烧温度——这一点，就是它有效解决GDI发动机排放问题的根源。众所周知，空气主要是由氮气、氧气、二氧化碳以及一些其他惰性气体组成的。其中占比例最大的氮气是一种非常稳定的气体，通常情况下很难被氧气直接氧化。但是如果处在高温高压的情况下，平时十分稳定的氮气则很容易与氧气发生反应，从而生成十分有害的氮氧化物。普通的发动机，包括上面提到的GDI发动机，在其正常工作时，气缸内的工作环境正好是处于高温高压状态，这样一来，空气和燃油混合的混合气体燃烧以后很容易生成氮氧化物。这对于缸内直喷的发动机来说，问题尤为突出。由于缸内直喷发动机的压缩比通常会设计得比较高，缸内压力比普通发动机更大，从而更容易产生氮氧化物。我们都知道柴油发动机排放的氮氧化物通常会比汽油发动机高出许多，主要也就是因为柴油发动机的压缩比高的缘故。在无法降低压力的情况下（因为高压缩比是提高发动机效率的必要手段），要减小氮氧化物的排放只能是通过降低气缸内的燃烧温度。IDE发动机的EGR废气再循环系统，就是通过把一部分排出气缸的废气再次引入到进气管内跟新鲜的空气和燃油混合燃烧，来降低燃烧室的温度的。我们知道，燃烧完的废气是不能再燃烧的，这些废气被引入到气缸内以后，会占据一部分气缸内的有效体积，这个效果相当于降低了发动机的排量，这样自然能有效降低燃烧温度，同时排放的废气自然就降低了。如果你不了解EGR废气再循环系统，可能会不太理解，那我们下面就来详细讨论一下EGR的工作原理。上面已经说到，EGR是废气再循环系统，它通过将部分排放的废气重新引燃燃烧室中燃烧，来达到一系列功效，如降低排放、提高经济性、降低燃烧室的温度等等。那EGR系统是如何达到这些功效的呢？众所周知，废气是不能再燃烧的，将废气引入到气缸内，就相当于减小了发动机的排量。

比方说，如果EGR引入10％的废气进入气缸，就会占据10％的气缸容积，自然留给混和气的容积就减少了10％，这种状况下，也就相当于发动机的排量也就减小了10％。这种EGR系统是在ECU的控制下工作的，在全负荷工况（例如大力踩下加速踏板）的时候，EGR系统是不工作的。而在普通工况下，EGR系统才会启动。这样一来，匹配了EGR系统的发动机就相当于一台可变排量的发动机，在需要大马力的时候是大排量发动机，可以获得足够的动力；在日常行车，不需要过多动力的时候是小排量发动机，可以获得更好的经济性和更低的排放。普通发动机配备EGR系统的时候，通常只有10％－15％的废气利用率，因为引入过多的废气会减小混和气的浓度，导致混和气难以点燃。雷诺IDE由于采用了缸内直喷设计，可以引入达到25％的废气循环使用。那么IDE发动机是怎么样利用了25％的废气以后还能保证发动机正常工作的呢？这得益于它的缸内直喷系统。雷诺的IDE直喷系统与其他直喷发动机最大的不同就是它的喷油器布置在气缸盖的中心，就是平常布置火花塞的位置。这套西门子的喷油器能喷射能喷射出高达100bar的高压汽油，汽油直接进入燃烧室于空气混合。然后在火花塞周围形成一个很浓的混合区域，其浓度足够能被火花塞点燃，这样才能实现25％的废气混合。除了精确喷射以外，普通发动机在喷油时只能将汽油处理成雾状的小液滴，因此进入燃烧室的汽油的浓度是相同的，其结果是不能在火花塞周围形成较浓的区域。IDE发动机在不同工况下，分三段调节EGR废气再循环量。在全负荷工况下，不引入废气进行燃烧，这样能最大程度的获得功率输出，这种情况下的工况与三菱的GDI是一样的。虽然这个时候发动机也满负荷工作，燃料消耗比较大，但与传统的发动机相比仍然能减少16％的燃油消耗。通过这些技术的采用，一台1998CC排量的IDE发动机能输出140匹的功率和200牛米的扭力。虽然排量相同的没有配备IDE但配备了可变气门正时系统的发动机，也能输出140匹的功率，但是它只能输出188牛米的扭力。也许有人说，为何不把可变气门正时与IDE都匹配在同一台发动机上？这种想法工程师不是没有想到过，但是将可变气门正时匹配在IDE发动机上，会导致动力输出不平顺。国内生产的车型采用稀燃技术发动机的，除了飞度1.3以外，还有去年刚刚上市的奥迪A62.0TFSI发动机，对于大众的FSI技术，我们将在另外一篇文章里专门讨论。稀薄燃烧发动机稀薄燃烧发动机概念

什么叫稀燃？顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：25以上。

要了解稀薄燃烧，就先要了解发动机的空燃比。所谓空燃比是指在发动机进气冲程中吸入气缸的空气与燃油（汽油）重量之比，也就是说，混合气中的空气与燃油的比例称为空燃比。汽油与空气混合燃烧时，空气量过多或者过少都不能有效进行燃烧。汽油完全燃烧所必需的空气比例，可以根据理论计算得到，并称之为理论空燃比。具体地讲，一份汽油对14.7份空气。因此理论空燃比为14.7。必须根据发动机的工况改变空燃比。

在带有三效催化转化器的发动机中，发动机必须调整到理论空燃比，14.7∶1。在部分带节气门开启时，一般发动机以较稀薄的混合气，即空燃比在15－16∶1范围内运转，但在稀薄燃烧发动机中，将以更为稀薄的混合气，即空燃比大于18。

稀薄燃烧技术的最大特点就是燃烧效率高，经济、环保，同时还可以提升发动机的功率输出。因为在稀薄燃烧的条件下，由于混合气点火比理论空燃比条件下困难，暴燃也就更不容易发生，因此可以采用较高的压缩比设计提高热能转换效率，再加上汽油能在过量的空气里充分燃烧，所以在这些条件的支持下能榨取每滴汽油的所有能量。

比较著名的三菱缸内喷注汽油机（GDI），可令混合比达到40:1。它采用立式吸气口方式，从气缸盖的上方吸气的独特方式产生强大的下沉气流。这种下沉气流在弯曲顶面活塞附近得到加强并在气缸内形成纵向涡旋转流。在高压旋转喷注器的作用下，压缩过程后期被直接喷注进气缸内的燃料形成浓密的喷雾，喷雾在弯曲顶面活塞的顶面空间中不是扩散而是气化。

这种混和气被纵向涡旋转流带到火花塞附近，在火花塞四周形成较浓的层状混和状态。这种混合状态虽从燃烧室整体来看十分稀薄，但由于呈现从浓厚到稀薄的层状分布，因此能保证点火并实现稳定燃烧。

大众的直喷汽油发动机（FSI），则是采用了一个高压泵，汽油通过一个分流轨道（共轨）到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。

本田最新的VTEC发动机也将采用稀燃技术。这款取名为VTEC－i2.0升发动机将比一般本田发动机省油20%，其特点是将VTEC技术与稀燃技术相结合，也是当低转速时令其中一组进气门关闭，在燃烧室内形成一道稀薄的混合气体涡流，层状分布集结在火花塞周围作点燃引爆，从而起到稀薄燃烧作用。

稀薄燃烧发动机的技术

车汽油发动机实现稀燃的关键技术归纳起来有以下三个主要方面：

一、提高压缩比

采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进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。

二、分层燃烧

如果稀燃技术的混合比达到25：1以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。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。

为了提高燃烧的稳定性，降低氮氧化物（NOx），现在采用燃油喷射定时与分段喷射技术，即将喷油分成两个阶段，进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部随后在缸内均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四周被点燃，实现分层燃烧。

三、高能点火

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。有些稀燃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。

稀薄燃烧发动机的优势

1.对经济性的改善

随着空燃比的增加，发动机油耗明显下降，这主要来自几个方面的原因：首先是采用稀薄混合气燃烧时循环热效率提高。汽油机的实际循环接近于定容加热循环，定容加热循环的指示热效率与压缩比和绝热指数的关系可以看到，提高工质的绝热指数和压缩比有利于指示热效率的提高。随着空燃比的提高，空气所占的量增加，因此工质的绝热指数逐渐接近于空气的绝热指数，理论上，在空燃比达到无限大时，热效率达到最大值。另外，由于稀燃混合气燃烧温度低，燃烧产物的离解损失减小，并且降低了与气缸壁面的传热，也使热效率得以提高。由于稀燃发动机一般不受到高负荷时的爆燃极限的限制，可以采用较高压缩比，有利于热效率的提高。当采用稀薄混合气燃烧时，由于进入缸内空气的量增加，减小了泵吸损失，这对汽油机部分负荷经济性的改善是很明显的，同时也可以采用变质调节，不用节气门或是小节流，会大大较小泵吸损失，特别有利于改进部分负荷性能。

2.对排放的改善

随着空燃比的增加，由于采用稀的混合气使燃烧温度降低，NOx的排放明显减少，同时燃烧产物中的氧成分有利于HC和CO的氧化，因此，HC和CO的排放也减小，然而，随着空燃比增加到一定程度，由于燃烧速度的降低可能会使燃烧不完全，HC的排放会迅速增加。如果能合理地设计紧凑的燃烧室，并组织好空气运动使燃烧在短时间内完成，那么三种排放都可以大大减少。

稀薄燃烧发动机的不足

根据稀燃发动机运转状态，在分层稀薄燃烧到均质理论空燃比燃烧过程中，空燃比连续变化。因此，三效催化转化器不能够净化排放气体中的NOx。这是因为三效催化转化器要利用排气中的HC或CO进行NOx还原反应的缘故。在稀薄燃烧中，在排放气体中残留很多氧气，不能进行NOx还原反应。为了使NOx吸储型催化剂获得高效功能，其温度必须保持在250-500℃范围内。当超过这一温度范围发动机会自动转换到均质理论空燃比燃烧，并通过三效催化转化器进行废气处理。

然而这又与燃油经济性下降相关，为此，必须增加废气冷却装置。

利用这种冷却装置，排放气体通过NOx吸储型催化转化而被冷却，由于稀薄燃烧的范围宽，催化转化器的寿命也延长。然而，NOx吸储型催化转化器会受到硫侵蚀而中毒，所以必须把汽油中的含硫量尽量降低到最少。但是，如前所述，含硫低的汽油不是到处能供应的。大众汽车公司采取的措施是，把催化剂反应温度提高到650°以上，从而把附着在催化剂上的硫通过燃烧而加以消除。

在高速行驶时，能够保持这样高的催化剂温度，但是，在城市内行驶时则催化剂温度下降，就不能烧除附着在催化剂的硫。为此，通过NOx传感器监视硫附着在催化剂上的程度，根据监测情况提高排放气体的温度。

作为其措施，一般采用点火正时延迟，尽管这样做会引起燃油经济性恶化，但是为了净化处理NOx，这是不得已而为之。

另外，稀燃发动机由于喷射器的加入导致了对设计和制造的要求都相当的高，如果布置不合理、制造精度达不到要求导致刚度不足甚至漏气只能得不偿失。

另外稀燃发动机对燃油品质的要求也比较高。发动机稀薄燃烧技术——FSI和GDITony.Qian来源：盖世汽车网发布时间：2021年8月18日一、FSIFSI是FuelStratifiedInjection的英文缩写，意指燃油分层喷射。燃油分层喷射技术是电喷发动机利用电子芯片经过计算分析精确控制喷射量进入气缸燃烧，以提高使发动机混和燃油比例，进而提高发动机效率的一种技术。直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个高压油泵泵提供所需的100bar以上的压力，将汽油提供给位于汽缸内的电磁燃油喷嘴。然后通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室，通过对燃烧室内部形状的设计，让混合气能产生较强的涡流使空气和汽油充分混合。然后使火花塞周围区域能有较浓的混合气，其他周边区域有较稀的混合气，保证了在顺利点火的情况下尽可能的实现稀薄燃烧。与传统技术把燃油喷入进气歧管的发动机相比，FSI发动机的主要优势有：动态响应好、功率和扭矩可以同时提升、燃油消耗降低。理论上，FSI发动机油三种工作方式：分层燃烧、均质稀燃和均质燃烧。1、分层燃烧的好处在于热效率高、节流损失少、有限的燃料尽可能多地转化成工作能量。分层燃烧模式下节气门不完全打开，保证进气管内有一定真空度（可以控制废气再循环和碳罐等装置）。这时，发动机的扭矩大小取决于喷油量，与进气量和点火提前角关系不大。分层燃烧模式在进气过程中节气门开度相对较大，减少了一部分节流损失。进气过程中的关键是进气歧管中安置一翻版，翻版向上开启（原理性质，实际机型可能有所不同）封住下进气歧管，让进气加速通过，与ω形活塞顶配合，相成进气涡旋。分层燃烧时喷油时间在上止点前60°至上止点前45°，喷射时刻对混合气的形成有很大影响，燃油被喷射在活塞顶的凹坑内，喷出的燃油与涡旋进气结合形成混合气。混合气形成发生在曲轴转角40°至50°范围内，如果小于这个范围，混合气无法点燃，若大于，就变成均质状态了。分层燃烧的空燃比一般在1.6-3之间。点火时，只有火花塞周围混合状态较好的气体被点燃，这时周围的新鲜空气以及来自废气再循环的气体形成了很好的隔热保护，减少了缸臂散热，提升了热效率。点火时刻的控制也很重要，它只在压缩过程终了的一个很窄的范围内。2、均质稀燃模式混合气形成时间长，燃烧均匀，通过精确控制喷油，可以达到较低的混合气浓度。均质稀燃的点火时间选择范围宽泛，有很好的燃油经济性。均质稀燃与分层燃烧的进气过程相同，油气混合时间加长，形成均质混合气。燃烧发生在整个燃烧室内，对点火时间的要求没分层燃烧那么严格。均质稀燃的空燃比大于1。3、均质燃烧则能充分发挥动态响应好，扭矩和功率高的特点。均质燃烧进气过程中节气门位置由油门踏板决定，进气歧管中的翻版位置视不同情况而定。当中等负荷时，翻版依然是关闭的，有利于形成强烈的进气旋流，利于混合气的形成与雾化。当高速大负荷时，翻版打开，增大进气量，让更多的空气参与燃烧。均质燃烧的喷油、混合气形成与燃烧和均质稀燃模式基本一样。均质燃烧情况下空燃比小于或等于1。二、GDIGDI是指缸内直喷技术。缸内喷注式汽油发动机与一般汽油发动机的主要区别在于汽油喷射的位置，目前一般汽油发动机上所用的汽油电控喷射系统，是将汽油喷入进气歧管或进气管道上，与空气混合成混合气后再通过进气门进入气缸燃烧室内被点燃作功；而缸内喷注式汽油发动机顾名思义是在气缸内喷注汽油，它将喷油嘴安装在燃烧室内，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作功，这种形式与直喷式柴油机相似，因此有人认为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创举。缸内喷注式汽油发动机的优点是油耗量低，升功率大。混合比达到40:1（一般汽油发动机的混合比是15:1），也就是人们所说的“稀燃”。机内的活塞顶部一半是球形，另一半是壁面，空气从气门冲进来后在活塞的压缩下形成一股涡流运动，当压缩行程行将结束时，在燃烧室顶部的喷油嘴开始喷油，汽油与空气在涡流运动的作用下形成混合气，这种急速旋转的混合气是分层次的，越接近火花塞越浓，易于点火作功。由于缸内喷注压缩比达到12，与同体积的一般发动机相比功率与扭矩都提高了10％。三、FSI和GDI两者关系分层燃烧技术和缸内直喷技术一直是相关联的。分层燃烧的真正目的是可以实现较稀混合气的点燃，要实现分层燃烧，必须基于缸内直喷，对于缸外喷射的发动机，是无法实现分层燃烧的。而设计缸内直喷的主要目的则是为了实现稀薄燃烧，因此二者走到了一起。而发动机的稀薄燃烧技术是为了让混合气更加充分燃烧，达到减低油耗和排放的目的。[技术剖析]发动机稀薄燃烧技术——FSI和GDI责任编辑：://car885[2021-01-2108:56:30]来源：auto.gasgoo一、FSIFSI是FuelStratifiedInjection的英文缩写，意指燃油分层喷射。燃油分层喷射技术是电喷发动机利用电子芯片经过计算分析精确控制喷射量进入气缸燃烧，以提高使发动机混和燃油比例，进而提高发动机效率的一种技术。直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个高压油泵泵提供所需的100bar以上的压力，将汽油提供给位于汽缸内的电磁燃油喷嘴。然后通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室，通过对燃烧室内部形状的设计，让混合气能产生较强的涡流使空气和汽油充分混合。然后使火花塞周围区域能有较浓的混合气，其他周边区域有较稀的混合气，保证了在顺利点火的情况下尽可能的实现稀薄燃烧。与传统技术把燃油喷入进气歧管的发动机相比，FSI发动机的主要优势有：动态响应好、功率和扭矩可以同时提升、燃油消耗降低。理论上，FSI发动机油三种工作方式：分层燃烧、均质稀燃和均质燃烧。1、分层燃烧的好处在于热效率高、节流损失少、有限的燃料尽可能多地转化成工作能量。分层燃烧模式下节气门不完全打开，保证进气管内有一定真空度（可以控制废气再循环和碳罐等装置）。这时，发动机的扭矩大小取决于喷油量，与进气量和点火提前角关系不大。分层燃烧模式在进气过程中节气门开度相对较大，减少了一部分节流损失。进气过程中的关键是进气歧管中安置一翻版，翻版向上开启（原理性质，实际机型可能有所不同）封住下进气歧管，让进气加速通过，与ω形活塞顶配合，相成进气涡旋。分层燃烧时喷油时间在上止点前60°至上止点前45°，喷射时刻对混合气的形成有很大影响，燃油被喷射在活塞顶的凹坑内，喷出的燃油与涡旋进气结合形成混合气。混合气形成发生在曲轴转角40°至50°范围内，如果小于这个范围，混合气无法点燃，若大于，就变成均质状态了。分层燃烧的空燃比一般在1.6-3之间。点火时，只有火花塞周围混合状态较好的气体被点燃，这时周围的新鲜空气以及来自废气再循环的气体形成了很好的隔热保护，减少了缸臂散热，提升了热效率。点火时刻的控制也很重要，它只在压缩过程终了的一个很窄的范围内。2、均质稀燃模式混合气形成时间长，燃烧均匀，通过精确控制喷油，可以达到较低的混合气浓度。均质稀燃的点火时间选择范围宽泛，有很好的燃油经济性。均质稀燃与分层燃烧的进气过程相同，油气混合时间加长，形成均质混合气。燃烧发生在整个燃烧室内，对点火时间的要求没分层燃烧那么严格。均质稀燃的空燃比大于1。3、均质燃烧则能充分发挥动态响应好，扭矩和功率高的特点。均质燃烧进气过程中节气门位置由油门踏板决定，进气歧管中的翻版位置视不同情况而定。当中等负荷时，翻版依然是关闭的，有利于形成强烈的进气旋流，利于混合气的形成与雾化。当高速大负荷时，翻版打开，增大进气量，让更多的空气参与燃烧。均质燃烧的喷油、混合气形成与燃烧和均质稀燃模式基本一样。均质燃烧情况下空燃比小于或等于1。二、GDIGDI是指缸内直喷技术。缸内喷注式汽油发动机与一般汽油发动机的主要区别在于汽油喷射的位置，目前一般汽油发动机上所用的汽油电控喷射系统，是将汽油喷入进气歧管或进气管道上，与空气混合成混合气后再通过进气门进入气缸燃烧室内被点燃作功；而缸内喷注式汽油发动机顾名思义是在气缸内喷注汽油，它将喷油嘴安装在燃烧室内，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作功，这种形式与直喷式柴油机相似，因此有人认为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创举。缸内喷注式汽油发动机的优点是油耗量低，升功率大。混合比达到40:1（一般汽油发动机的混合比是15:1），也就是人们所说的“稀燃”。机内的活塞顶部一半是球形，另一半是壁面，空气从气门冲进来后在活塞的压缩下形成一股涡流运动，当压缩行程行将结束时，在燃烧室顶部的喷油嘴开始喷油，汽油与空气在涡流运动的作用下形成混合气，这种急速旋转的混合气是分层次的，越接近火花塞越浓，易于点火作功。由于缸内喷注压缩比达到12，与同体积的一般发动机相比功率与扭矩都提高了10％。三、FSI和GDI两者关系分层燃烧技术和缸内直喷技术一直是相关联的。分层燃烧的真正目的是可以实现较稀混合气的点燃，要实现分层燃烧，必须基于缸内直喷，对于缸外喷射的发动机，是无法实现分层燃烧的。而设计缸内直喷的主要目的则是为了实现稀薄燃烧，因此二者走到了一起。而发动机的稀薄燃烧技术是为了让混合气更加充分燃烧，达到减低油耗和排放的目的。汽油直喷技术，FSI是FuelStratifiedInjection的词头缩写，意指燃油分层喷射。燃油分层喷射技术是发动机稀燃技术的一种。什么叫稀燃？顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：25以上。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。

优点：在大幅提高了燃油的经济效率的同时增加发动机的功率。

缺点：对油品的要求十分苛刻。FSI特点是：能够降低泵吸损失，在低负荷时确保低油耗，但需要增加特殊催化转换器以有效净化处理排放气体。下面分别详细阐述：FSI发动机按照发动机负荷工况，基本上可以自动选择2种运行模式。在低负荷时为分层稀薄燃烧，在高负荷时则为均质理论空燃比（14.6-14.7）燃烧。在这两种运行模式中，燃料的喷射时间有所不同，真空作动的开关阀进行开启/关闭。在高负荷中所进行的均质理论空燃比燃烧中，燃油则是在进气冲程中喷射。理论空燃比的均质混合气易于燃烧，不必借助涡流作用，因此，由于进气阻力减少，开关阀打开。而在全负荷以外，进行废气再循环，限制泵吸损失，由于直喷化而使压缩比提高到12.1，即使在均质理论空燃烧比混合气燃烧中，仍能降低燃油耗。进一步说，在FSI发动机中，在低负荷与高负荷之间，作为第三运行模式而设定均质稀薄燃烧，在这种运行模式中，燃油在进气冲程喷射，并且由于产生加速稀薄混合气燃烧的纵涡流，开关阀被关闭。这时，阻碍燃烧的废气再循环（EGR）暂不进行。与均质理论空燃比燃烧不同的是，吸入空气量超过燃油的喷射量。如上所述，根据FSI发动机运转状态，在分层稀薄燃烧到均质理论空燃比燃烧过程中，空燃比连续变化。因此，三效催化转化器不能够净化排放气体中的NOx。这是因为三效催化转化器要利用排气中的HC或CO进行NOx还原反应的缘故。在稀薄燃烧中，在排放气体中残留很多氧气，不能进行NOx还原反应。为了使NOx吸储型催化剂获得高效功能，其温度必须保持在250-500℃范围内。当超过这一温度范围发动机会自动转换到均质理论空燃比燃烧，并通过三效催化转化器进行废气处理。然而这又与燃油经济性下降相关，为此，必须增加废气冷却装置。利用这种冷却装置，排放气体通过NOx吸储型催化转化而被冷却，由于稀薄燃烧的范围宽，催化转化器的寿命也延长。然而，NOx吸储型催化转化器会受到硫侵蚀而中毒，所以必须把汽油中的含硫量尽量降低到最少。但是，如前所述，含硫低的汽油不是到处能供应的。大众汽车公司采取的措施是，把催化剂反应温度提高到650°以上，从而把附着在催化剂上的硫通过燃烧而加以消除。在高速行驶时，能够保持这样高的催化剂温度，但是，在城市内行驶时则催化剂温度下降，就不能烧除附着在催化剂的硫。为此，通过NOx传感器监视硫附着在催化剂上的程度，根据监测情况提高排放气体的温度。作为其措施，一般采用点火正时延迟，尽管这样做会引起燃油经济性恶化，但是为了净化处理NOx，这是不得已而为之。以上是我们为您提供的一些汽油直喷技术(FSI)知识，如果还要了解更多的发动机知识请继续关注共赢网的另一篇文章《什么是转子发动机》2005/0851我国通用小型汽油机技术标准现状及发展趋势林漫群高翔贾滨景亚兵孙亚琴张顺阎希成（天津大学天津内燃机研究所）摘要：针对我国现有的通用小型汽油机相关技术标准，对其加以分类和简要介绍，并且对当前国家正在进行的标准清理工作、主要的标准现存问题和新制定中的排放标准加以介绍。关键词：通用小型汽油机技术标准ThePresentSituationandDevelopmentTrendofTechnicalStandardsforChineseUniversalGasolineEngineLinManqunGaoXiangJiaBinJingYabingSunYaqinZhangShunYanXicheng(TianjinUniversityTianjinInternalCombustionEngineResearchInstitute)Abstract:ThepaperdescribesbrieflythetechnicalstandardforChineseuniversalsmallgasolineengines,withtheproblemsinthepresently-usedstandardsandtheformulationofnewstandardstouched.Keywords:UniversalsmallgasolineTechnologyStandard1现存标准概述1.1标准清单我国现有通用小型汽油机技术标准22份，标准名单见表1。表1我国通用小型汽油机技术标准名单标准号名称GB/T15379—1995小型汽油机噪声限值GB/T15786—1995林业用小型汽油机通用技术条件GB725—91内燃机产品名称和型号编制规则GB/T10398—1989小型汽油机振动试验方法GB/T10399—1989小型汽油机振动评级GB3821—83中小功率内燃机清洁度测定方法JB/T5135.1—2001通用小型汽油机台架性能试验方法JB/T5135.2—2001通用小型汽油机可靠性、耐久性试验与评定方法续表标准号名称JB8890—1999往复式内燃机安全要求JB/T6731.1—1993小型汽油机用化油器技术条件JB/T6731.3—1993小型汽油机用化油器产品名称和型号编制规则JB/T6024—1992小型汽油机化油器量孔型式及结构尺寸JB/T5136—1991工程机械用汽油机技术条件JB/T5137—1991小型汽油机排气消声器技术条件JB/T5138—1991小型汽油机用化油器系列型谱JB/T5139—1991小型汽油机用磁电机系列型谱JB/T5141—1991小型汽油机排气消声器设计参数JB/T5144—1991工程机械用汽油机性能试验方法LY/T1077—1992175汽油机技术条件GN29—1981消防用小型汽油机台架试验方法JB/T5135.3—2001通用小型汽油机技术条件JB/T9774—1999中小功率内燃机清洁度限值的烦扰程度的一半，要实现这个目标应注意：a)了解噪声排放、性能参数与实际运行中所体现出来的烦扰程度之间的相关性，使管理部门制定出有效的噪声法规和最低许可限值。b)识别出每一种产品与噪声最相关的参数，使管理部门制定出有效的噪声法规成为可能。c)确定在噪声观测中，单个噪声源和联合噪声源的影响，使减少噪声烦扰程度的工作更加有效。d)保证使用产品一致性，避免机械产品在使用周期中噪声增长。在以上这些领域开展协作研究是非常重要的，这对噪声控制策略开发和完善法规制订将起到积极的推动作用，对于欧洲的持续发展有着极大贡献。（收稿日期2005-07-13）标准与法规522005/081.2标准类别特征从数量上看，通用小型汽油机技术标准以机械标准为主，有14个，占64%，其次为国标6个，占27%，林业部标准和公安部标准各1个，共占9%，其数量分布情况见图1。通用小型汽油机标准以机械标准为主的原因在于其生产企业大多隶属于机械行业，代表机械行业的标准化工作自然会更多地涵盖通用小型汽油机产品。1.3标准年代特征从标准制定的年代来看，80年代4个，90年代15个，2000年以后新发布的仅3个，其年代分布见图2。当前技术标准最早为1981年，最近为2001年，跨度整整20年，但最近4年没有发布新标准。分析通用小型汽油机行业标准随年代变化趋势须结合中国标准化整体发展趋势的大背景。随着国家经济快速发展和全球经济一体化步伐的加快，我国现行的国家标准总体水平偏低、标准老化、结构不尽合理。国家标准委从2004年开始清理国家标准，范围涉及现有和计划国家标准项目。320个标准化技术委员和相关的管理部门、6000多名专家参与了这项工作。2005年6月20日，历时一年半的国家标准清理进入公示阶段。据国家标准委提供的信息，第1批公示的经过清理的国家标准和计划项目占目前国家标准总量的83%。其中，2457项标准将废止，约9000项标准将修订或整合修订，通用小型汽油机的国家标准项目清理工作估计年底前进入公示阶段，经清理后，国家标准数量将削减23%。1.4标准内容特征通用小型汽油机各种标准所包含的内容主要有：整机型号编制方法、通用技术条件、台架性能、振动、噪声和零部件等。其中零部件的标准数量占总数量的40%，比例最高，标准内容分布特征见图3。型号编制规则属于通用型规范，小汽油机的国标主要内容为振动、噪声和清洁度方面的内容。在清洁度方面，国标与机械行业标准有重叠。部分标准所涉及内容与当前的市场运作和政府管理机制已经出现不同程度的脱节。2标准热点问题2.1通用小型汽油机的重要指标——功率当前通用小型汽油机生产企业必须在产品说明书上标明关键技术指标，否则将被认定为违规。作为动力性指标，功率是必须标注的，功率的概念似乎不难理解，但当前的情况没有那么简单。通用小型汽油机应用领域很广，用途不同对其动力要求不尽相同，有的要求长时间工作，如水泵；有的短时间工作，如家用剪草机、修边机等，一般使用1小时左右；有的要求工作时间更短，如伐木链锯，几分钟就可以。面对如此复杂的应用场合，在机械行业标准JB/T5135.3—2001给出了持续功率、12h功率、1h功率、15min功率和最大功率5种标定功率定义。当前行业比较熟悉前4种定义，但存在着将最大功率与标定功率相提并论的现象。图3标准内容分布特征整机型号1个安全1个振动2个噪声1个台架性能4个清洁度2个零部件7个通用技术条件4个其它2个图1通用小型汽油机标准数量分布国标6个机械标准14个16图2通用小型汽油机技术标准年代分布1980’s年代814121064201990’s2000’s新标准数量，个标准与法规2005/0853在功率标注问题上不排除有些企业希望标得大一些吸引消费者，甚至有一种对最大功率的错误解释——“该企业所生产的同型号发动机中功率指标曾经达到过的最大值”。这种理解显然不恰当。上述标准中明确定义“最大功率”——通用小型汽油机允许连续运转5min的标定功率”。与“标定功率”相平行的概念是“超负荷功率”，具体定义请参见标准原文。最大功率测量方法参见机械行业标准JB/T5135.1—2001中节的规定。简言之，认为“最大功率”不属于“标定功率”以及“最大功率”不必每台都达到这2种认识都是不恰当的。2.2通用小型汽油机可靠性与耐久性要求机械行业标准《JB/T5135.2—2001通用小型汽油机可靠性、耐久性试验与评定方法》中有关可靠性要求累计运行120h，耐久性要求连续运行200h。该规定是当前通用小型汽油机企业另一个关注的问题。如前所述，通用小型汽油机的广泛用途导致不同机器的设计使用寿命差异较大。例如，驱动水泵的发动机，设计寿命比较长，家用剪草机在美国一般一个月用1～2次，每次30min到1h，每年有草的季节有4～6个月，一台发动机只用1～2年便被废弃掉，如此算下来该发动机的实际使用时间不过30小时。可见，如现行标准不分用途一概要求120h可靠性和200h耐久性的做法欠妥，企业已经有修订该标准的意愿，现正在积极筹备中。2.2噪声标准我国于1986年12月发布了通用小型汽油机的噪声限值国家标准GBn264—86,于1995年修订为GB15739—1995,自1996年5月1日起实施，又于2001年提出了新的修订稿，至今还未批准。修订稿的适用范围为≤30kW的往复活塞式通用小型汽油机，不包括摩托车用发动机、舷外机等专用发动机。总的来说，对于非道路用车辆和机械噪声控制标准，基本分成2类：1）噪声测试方法标准，如：GB1859—2000往复式内燃机辐射的空气测量工程法及简易法；2）噪声限值标准，如GB15739—1995小型汽油机噪声限值；目前通用小型汽油机噪声限值采用的国家标准为GB15739—1995，适用范围是功率为30kW以下汽油机产品，主要内容为：噪声类型、测量方法、适用于小型汽油机允许的噪声限值。小型汽油机按其配套用途、使用环境，由生产厂规定其产品的噪声类型。同一机型采用不同的消声措施，可以属于不同的噪声类型：低噪声型（用于发电机组及室内环境使用的汽油机），高噪声型（转速大于7000r/min，有个人噪声防护条件或用于野外作业的汽油机），一般型（除以上2种以外的汽油机）。如前所述，通用小型汽油机噪声测试方法与限值分在2个标准中，这2个标准更新并不同步，GB15739—1995有关噪声限值标准所引用的测试方法——GB1859工程法和简易法在2000年修订并代替了GB1859—1989和GB81940—1987。GB1859—2000等同采用国际标准ISO6789:1995，欧洲的相关法规也大多引用ISO标准，这标志着我国通用小型汽油机噪声标准的测试方法与国际接轨。在欧洲一般只对通用小型汽油机安装到机具上以后的总成提出噪声限值要求。2.4排放标准排放是当前通用小型汽油机领域的热点问题。我国目前尚未发布适用于通用小型汽油机的排放标准，排放领域存在一个现象——企业对非道路通用小型汽油机排放控制领先于国家标准制订进程，这在汽车和摩托车领域是不多见的，当前通用小型汽油机出口欧美是其动因，目前我国通用小型汽油机部分产品已经通过美国和欧洲的排放认证。国家环保总局2004年开始着手调研国外排放和噪声等环保强制标准体系，调研发现欧美发达国家在严格控制道路车辆排放的同时于10年前开始关注非道路发动机排放问题，并且发布和实施了相应的标准。2004年受国家环保总局委