【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 后的汽油，通過高壓油軌和噴油器，將其直接噴入缸內(nèi)，從而使缸內(nèi)的汽油得到充分霧化，并和空氣盡可能按照最優(yōu)化的模式進(jìn)行混合，提高了燃燒過程的可控性，并大大優(yōu)化了整個(gè)燃燒和做功過程。它具有使發(fā)動(dòng)機(jī)得到更高的充氣效率、更精確的瞬態(tài)和過渡工況的供油控制、大大增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的抗爆性和充分提高燃燒熱效率等優(yōu)點(diǎn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在獲得更高的動(dòng)力性的同時(shí)擁有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。 GDI技術(shù)一般可使發(fā)動(dòng)機(jī)的功率達(dá)到同排量非直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的 ～ ，燃油效率提高 20％以上 。 ? 柴油高壓共軌（ CR）：該技術(shù)將由高壓油泵產(chǎn)生的 1600大氣壓的柴油經(jīng)油軌和噴油器，在數(shù)毫秒的時(shí)間內(nèi)最多可分 5次直接噴入缸內(nèi)燃燒室，使高度霧化的柴油和空氣混合并燃燒。精確控制的多次噴射達(dá)到了優(yōu)化燃燒過程，可以增加功率、降低油耗、降低振動(dòng)噪音、減少 NOx及 HC排放并消除黑煙，使柴油機(jī)在進(jìn)一步提高并保證原有的高燃油經(jīng)濟(jì)性和大扭矩的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了 與汽油機(jī)相當(dāng)?shù)牡驮胍?、低排放和大功率? ? 渦輪 增壓中冷（ TCI）：渦輪增壓中冷技術(shù)利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣推動(dòng)渦輪，并通過渦輪帶動(dòng)壓氣機(jī)，增加發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力、提高進(jìn)氣密度，這樣通過增加單位體積里參加做功的氣體的質(zhì)量，提高單位做功體積的功率密度，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩。 ? 同時(shí)，增壓后提高了缸內(nèi)混合氣燃燒的速率和燃燒充分性，不但大大提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，還減少 CO和 HC等有害氣體的排放。 ? 中冷是協(xié)助將增壓后比較高的進(jìn)氣溫度降下來，從而更好地保證進(jìn)氣密度，提高進(jìn)氣效率，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓效果。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用渦輪增壓中冷技術(shù)后，其功率和扭矩可增加４０％以上，燃油消耗可以降低 10%15%左右 。 ? 可變配氣相位（ VVT）：可變配氣相位（ VVT）技術(shù)指的是發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位可以根據(jù)性能需要適時(shí)的改變，即根據(jù)燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放控制的要求對(duì)不同的工況采用不同的氣門正時(shí)相位，以達(dá)到進(jìn)氣系統(tǒng)的最優(yōu)化，對(duì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗、提高低速扭矩、改善功率特性有顯著效果。 ? 此外， VVT技術(shù)在提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的同時(shí)可以降低污染排放，從而取代或減少在排放控制零部件上的投入，甚至可以免去安裝 EGR、二次空氣等裝置就可以達(dá)到苛刻的排放法規(guī)的要求。發(fā)動(dòng)機(jī)采用該技術(shù)可以達(dá)到增加功率、減少油耗，改善排放的目的。 Gasoline DirectInjection發(fā)動(dòng)機(jī) ? 化油器（ carburetor）發(fā)動(dòng)機(jī)是在進(jìn)氣管道的化油器位置上吸出汽油，與空氣 混合，霧化形成混合氣，經(jīng)氣門進(jìn)入氣缸。 ? 電控汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)一般是在進(jìn)氣歧管，氣門之前的位置上噴射汽油 PFI（ port fuel injection）發(fā)動(dòng)機(jī)，再經(jīng)氣門進(jìn)入氣缸。 ? 因此，進(jìn)氣口處的油膜如同電容，具有積分作用，發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)供油量不能通過噴油器實(shí)現(xiàn)精確控制。 ? 由于部分蒸發(fā)現(xiàn)象導(dǎo)致油量控制延遲和計(jì)量偏差，冷起動(dòng)時(shí)由于燃油蒸發(fā)困難，使得實(shí)際供油量遠(yuǎn)大于需求的供油量，這樣單質(zhì)冷起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī) 4個(gè)～ 10個(gè)循環(huán)的不穩(wěn)定燃燒，顯著增大發(fā)動(dòng)機(jī) CO、 HC。 ? 直噴式汽油 (Gasoline DirectInjection)發(fā)動(dòng)機(jī)，將噴油嘴安裝在燃燒室內(nèi)，將汽油直接噴注在氣缸燃燒室內(nèi)，空氣則通過進(jìn)氣門進(jìn)入燃燒室與汽油混合成混合氣被點(diǎn)燃作功，這種形式與直噴式柴油機(jī)相似，因此有人認(rèn)為缸內(nèi)噴注式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是將柴油機(jī)的形式移植到汽油機(jī)上的一種創(chuàng)舉。 ? 缸內(nèi)噴注的關(guān)鍵在于產(chǎn)生與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)不同的缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過技術(shù)手段使噴射入氣缸的汽油與空氣形成一種多層次的旋轉(zhuǎn)渦流。 ? 因此 GDI采用了立式吸氣口、彎曲頂面活塞、高壓旋轉(zhuǎn)噴射器等三種技術(shù)手段。 ? 立式吸氣口代替?zhèn)鹘y(tǒng)的橫向吸氣口，通過來自上方的強(qiáng)大下降氣流，形成與以往發(fā)動(dòng)機(jī)相反的缸內(nèi)空氣流動(dòng)－縱向渦流轉(zhuǎn)流。 ? 彎曲頂面活塞利用活塞頂?shù)耐蛊鹦螤?，增?qiáng)了這個(gè)縱向渦流轉(zhuǎn)流，再通過高壓旋轉(zhuǎn)噴射器噴射出霧狀汽油，在壓縮沖程后期的點(diǎn)火前夕，被氣體的縱渦流融合成球狀霧化體，形成一種以火花塞為中心，由濃到稀的層狀混合氣狀態(tài)。 ? 這樣，從總體上看，雖然混合比達(dá)到 40： 1，但聚集在火花塞周圍的混合氣卻很濃厚，很容易點(diǎn)火燃燒。 ? 活塞頂?shù)男螤顚?duì)缸內(nèi)氣流的作用?；钊谏现裹c(diǎn)位置時(shí)，活塞頭頂面與氣缸蓋之間的間隙叫做燃燒室，燃燒室的容積是決定發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要因素。 GDI活塞頂面的凸起部分象屋頂，又稱“彎曲頂面活塞”，它縮小了燃燒室的容積，有助于形成強(qiáng)勢(shì)渦流。 ? 縮小燃燒室容積必然提高了壓縮比，因此 GDI的壓縮比達(dá)到 12： 1，比以往發(fā)動(dòng)機(jī)高出 1/3左右。壓縮比提高了，缸內(nèi)溫度必然也隨之提高，有助于稀燃。 ? 壓縮比高，輸出功率增大，這樣也就彌補(bǔ)了稀燃帶來的功率損失。 ? 壓縮比提高也就是說缸內(nèi)壓力提高了，與之配合的是高壓燃料泵，用高壓方式將汽油送進(jìn)燃燒室內(nèi)。 ? 但是，汽油的性質(zhì)決定壓縮比只能局限于一定的限度內(nèi)，否則就會(huì)出現(xiàn)爆燃，為了避免這一現(xiàn)象， GDI分兩步噴射的過程。 ? 第一步在進(jìn)氣沖程中噴射汽油以降低氣體溫度，適應(yīng)高壓縮比； ? 第二步在壓縮沖程后期噴射汽油，形成上面闡述過的層狀混合氣形態(tài)。這是一環(huán)扣一環(huán)的技術(shù)，相輔相成，缺一不可。 ? 稀燃技術(shù)有省油的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)楦邏焊邷丨h(huán)境也會(huì)產(chǎn)生NOx（氮氧化物）排放過高的現(xiàn)象。 ? GDI采用了 EGR技術(shù)解決這個(gè)問題。所謂 EGR是指排氣再循環(huán)技術(shù)，將排出氣缸已經(jīng)燃燒過的部分氣體利用氣門重疊時(shí)間再回到氣缸中，降低燃燒的最高溫度從而降低 NOx的排放量， GDI的 NOx可下降了 90%。 ? 缸內(nèi)噴注式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是油耗量低，升功率大?；旌媳冗_(dá)到 40:1（一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的混合比是 15:1），也就是人們所說的“稀燃”。 ? 機(jī)內(nèi)的活塞頂部一半是球形，另一半是壁面，空氣從氣門沖進(jìn)來后在活塞的壓縮下形成一股渦流運(yùn)動(dòng)，當(dāng)壓縮行程行將結(jié)束時(shí)，在燃燒室頂部的噴油嘴開始噴油，汽油與空氣在渦流運(yùn)動(dòng)的作用下形成混合氣，這種急速旋轉(zhuǎn)的混合氣是分層次的，越接近火花塞越濃，易于點(diǎn)火作功。 ? 由于缸內(nèi)噴注壓縮比達(dá)到 12，與同體積的一般發(fā)動(dòng)機(jī)相比功率與扭矩都提高了 10％。 ? 這種缸內(nèi)噴注式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是由日本三菱汽車公司創(chuàng)制的，這種稱為 16氣門 4G93型發(fā)動(dòng)機(jī)最早安裝在三菱 HSRV型概念車上，并在 96年 6月北京國(guó)際車展上廣泛做了宣傳，但當(dāng)時(shí)許多人認(rèn)為這種發(fā)動(dòng)機(jī)只是一種“概念”而已，沒有引起足夠的重視。 ? 但隨著這幾年美日歐等國(guó)大汽車廠商豐田、本田、奔馳、通用等對(duì)這種汽油發(fā)動(dòng)機(jī)都產(chǎn)生了興趣，紛紛修改了原來的方案研究起缸內(nèi)噴注式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，認(rèn)為這種發(fā)動(dòng)機(jī)很可能會(huì)成為下世紀(jì)初汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的主要機(jī)型，人們又重視起來缸內(nèi)噴注汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r了。 ? 而現(xiàn)在三菱的 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，無論是先進(jìn)性還是實(shí)用性都滿足市場(chǎng)的需要，三菱還將在 2023年推出新一代的 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)。 與傳統(tǒng)進(jìn)氣道燃油噴射 PFI（ PORT FUEL INJECTION）相比，汽油機(jī) GDI技術(shù)優(yōu)點(diǎn)主要為： 1. 可以實(shí)現(xiàn)分層稀燃，使壓縮比提高至 12～ 14。 2. 部分負(fù)荷時(shí)采用像柴油機(jī)那樣的質(zhì)調(diào)節(jié) (無節(jié)氣門的節(jié)流損失 )，可大幅度提高指示效率，達(dá)到節(jié)能 15%～ 20%的目標(biāo)，即達(dá)到直噴式柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性水平。 3. 循環(huán)熱量的利用更合理 (因混合氣同時(shí)被燃燒室壁和活塞加熱，使這一部分循環(huán)熱量被利用而不是傳給冷卻水 )，熱損失小，故熱效率較高。 4. 因進(jìn)氣充量溫度較低，所以具有較高的充氣效率和抗爆震特性。 5. 因汽油直接噴入缸內(nèi)，即使在低溫下也具有良好的加速響應(yīng)性和優(yōu)異的瞬態(tài)驅(qū)動(dòng)特性。 GDI燃燒本身仍有很多不足之處需要改進(jìn)： 1. GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油器放在氣缸內(nèi)，由于噴油壓力低，噴孔沒有自潔作用，因此很容易結(jié)垢，從而使噴霧特性變壞，噴油量減少，使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒惡化，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出和排放。 2. GDI的火焰在快速傳播的同時(shí)，會(huì)出現(xiàn)部分火焰熄滅的現(xiàn)象，這就會(huì)使 HC的排放增加，另外，缸內(nèi)壁面的燃油附著、著火延遲等情況也會(huì)使 HC的排放增加。 3. 由于氣缸內(nèi)混合氣的濃度和溫度分布不均勻， NOx在高溫區(qū)生成較多，而高空燃比造成的氧含量過高，又使對(duì) NOx的處理難度增加。 4. 傳統(tǒng)的三元轉(zhuǎn)換器只能在空燃比為 工作，顯然已不適合稀薄燃燒。 5. 發(fā)動(dòng)機(jī)不同負(fù)荷的噴油時(shí)刻相差較大，發(fā)動(dòng)機(jī)各種負(fù)荷的平滑過渡也有待進(jìn)一步解決，成品發(fā)動(dòng)機(jī)的成本較高，目前也很難大量占有市場(chǎng)。 為了解決 GDI汽油機(jī)存在的這些問題，必須作進(jìn)一步的深入研究，開發(fā)出一些切實(shí)可行的新技術(shù)： 1. 二次混合技術(shù) ?目的是減少積炭的生成，提高 GDI汽油機(jī)的機(jī)械抗爆性，進(jìn)一步增大壓縮比，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率。 ?二次混合技術(shù)是指在進(jìn)氣行程中先噴入所需燃料的 1/4，形成極稀的均質(zhì)混合氣。在壓縮行程后期再次噴射，噴入剩余燃料，形成分層混合氣。 ?故在火花塞點(diǎn)火前，缸內(nèi)混合氣形成超稀均質(zhì)混合氣和較濃的分層混合氣?；鸹ㄈc(diǎn)火時(shí)，首先在濃混合氣處形成較強(qiáng)的火焰，迅速向稀混合氣空間傳播，因火焰較強(qiáng)，可點(diǎn)燃稀混合氣。稀混合氣的燃燒又會(huì)反射，促進(jìn) 濃混合氣再次燃燒，使燃料充分燃燒，減少了積炭的產(chǎn)生。 ?目的是降低 HC排放。二次燃燒是指在進(jìn)行正常分層燃燒的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，除了在壓縮行程后期噴油外，在膨脹行程后期再次噴入少量燃油，在缸內(nèi)高溫、高壓氣體的作用下點(diǎn)火燃燒并使排氣溫度提高。 ?通常起動(dòng)后的怠速狀態(tài)下的排氣溫度為 200℃ 左右，使用二次燃燒可使排氣溫度上升到 800℃ 。這樣可大大加快催化劑開始工作的時(shí)間。 ?反應(yīng)式排氣管可使發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣在排氣管中滯留，激活與空氣的反應(yīng)，并使膨脹行程后期的二次燃燒反應(yīng)在排氣管中繼續(xù)進(jìn)行，從而加速激活催化劑，使 HC排放降低。 (EGR) ? EGR是降低 NOx排放的一種有效方法。 EGR可有效降低缸內(nèi)最高燃燒溫度及氧氣的相對(duì)濃度，從而降低 NOx排放。 ?在 GDI汽油機(jī)中，因稀燃使缸內(nèi)富余氧氣較多，可使用較高的 EGR比率而不會(huì)使燃燒惡化。 ?如果將再循環(huán)廢氣與可燃混合氣進(jìn)行分層，減少廢氣與可燃混合氣的摻混，保證點(diǎn)火時(shí)刻火花塞附近有適于著火的混合氣，避免廢氣靠近火花塞，能大大提高 EGR比率，從而大大降低 NOx排放。 ?采用電控 EGR可以精確控制 EGR比率，較好地解決發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性與 NOx排放之間的協(xié)調(diào)問題。 ? 稀燃催化器的開發(fā)將直接影響到 GDI汽油機(jī)排放問題的解決。 ? 目前正在開發(fā)的各種適用于稀燃的催化器有稀燃選擇還原型 NOx催化器、吸藏還原型 NOx催化器、未燃 HC氧化催化器等。 ? 但這些催化器都不同程度地存在轉(zhuǎn)化效率低、工作溫度范圍窄、性能不如傳統(tǒng)的三元催化器等問題，還需進(jìn)一步的研究。 直噴技術(shù)產(chǎn)生了 2個(gè)新的概念：均勻燃燒和分層燃燒 ?均勻燃燒：在全負(fù)荷時(shí)，燃油噴射與進(jìn)氣同步，燃油得到完全霧化，使混合汽均勻地充滿燃燒室，自然會(huì)得到充分的燃燒，使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力得到淋漓盡致的發(fā)揮。在均勻燃燒時(shí)有著和傳統(tǒng)噴射發(fā)動(dòng)機(jī)相同的空氣與燃油混合比，即空燃比是 ∶ 1，此時(shí)的 lambda值是 1。而燃油的蒸發(fā)又使混合汽降溫，去除了爆震的產(chǎn)生。也就是說在均勻燃燒情況下，在獲得高動(dòng)力輸出和 扭矩值的同時(shí)付出了較低的燃油消耗。 ? 分層燃燒：它 出色的經(jīng)濟(jì)性主要表現(xiàn)在部分負(fù)荷時(shí)的分層燃燒，可燃混合物只分布在火花塞周圍，換句話說，空燃比是 ∶ 1的混合氣集中在火花塞周圍，在燃燒室的其他部分則是純凈的空氣。 ? 混合氣層的大小范圍精確地反映了瞬時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的需求。在分