缸內(nèi)直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)（GDI）

缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)（GasolineDirectInjection）簡(jiǎn)稱：GDI系統(tǒng)；又因?yàn)槿加褪欠謱尤紵‵uelStratifiedInjection）故又稱：FSI系統(tǒng)。小知識(shí)分層燃燒把燃燒室設(shè)計(jì)成特殊的形狀，使進(jìn)入燃燒室的燃?xì)饣旌蠚庑纬蓽u流，并且使火花塞周圍混合氣濃一些，離火花塞較遠(yuǎn)的地方則要稀一些，這樣有利于在火花塞周圍混合氣迅速燃燒，并且?guī)?dòng)較遠(yuǎn)處較稀混合氣的燃燒。這種燃燒就叫做“分層燃燒”。/v_show/id_XMTUyNDQzMDgw.html傳統(tǒng)式的電噴汽油機(jī)，是將汽油噴射在進(jìn)氣門外側(cè)的進(jìn)氣歧管中，在進(jìn)氣過程中壓縮過程中，將均質(zhì)混合噴入汽缸。這樣，燃油在氣缸內(nèi)滯留時(shí)間過長（接近360ο曲軸轉(zhuǎn)角），燃油的粘結(jié)損耗較大，加速響應(yīng)性低，極易產(chǎn)生“爆燃”，氣缸磨損加大。

一、缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)，是在傳統(tǒng)的電控噴射系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)研發(fā)的。在其他結(jié)構(gòu)方面無過多的變化，只是在可燃混合氣的形成方法上，和燃燒過程方面發(fā)生了概念性的變革。僅就GDI系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)介紹。元件名稱？1、直立式進(jìn)氣管產(chǎn)生下降大進(jìn)氣流，直接流入氣缸，流速快，可達(dá)40～50m/s，充氣效果好。與傳統(tǒng)的橫向進(jìn)氣管相比，它的進(jìn)氣渦流方向是相反旋轉(zhuǎn)，噴油后能在火花塞處形成濃油霧區(qū)，極易點(diǎn)火燃燒，起動(dòng)性能好，能實(shí)現(xiàn)分層燃燒。2、頂面彎曲活塞—引導(dǎo)空氣產(chǎn)生進(jìn)氣渦流和擠壓高速旋轉(zhuǎn)渦流，以便形成理想地分層燃燒的可燃混合氣。旋轉(zhuǎn)渦流為“正向渦流”，與傳統(tǒng)的“逆向渦流”方向相反，有利于混合氣按濃稀方式層狀分布，進(jìn)行分層燃燒。

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3、采用兩級(jí)串聯(lián)式供油泵—低壓供油泵為電動(dòng)渦輪式，油壓為0.35Mpa；高壓供油泵為往復(fù)柱塞式，由凸輪軸驅(qū)動(dòng)，使燃油軌道的油壓不斷堆積，產(chǎn)生5～5.5Mpa的噴射油壓，經(jīng)噴油器高速噴入氣缸，提高了霧化質(zhì)量，形成旋轉(zhuǎn)的燃?xì)鉁u流。三角形凸輪驅(qū)動(dòng)油泵柱塞吸油和壓油，能快速平穩(wěn)的建立起油壓，當(dāng)軌道壓力達(dá)規(guī)定值（5Mpa）后，壓力傳感器信號(hào)通過ECU使仃供電磁閥斷電OFF，彈簧將進(jìn)油閥頂開，高壓供油泵即短暫仃止供油。4、軌道壓力傳感器—是壓敏電阻制成的橋式電路傳感器，原理與傳統(tǒng)的進(jìn)氣管壓力傳感器Map類同。為ECU提供軌道內(nèi)燃油壓力的高低，當(dāng)壓力達(dá)5Mpa時(shí)，ECU指令仃供電磁閥斷電OFF，其彈簧推開高壓油泵的進(jìn)油閥，使高壓油泵仃止吸油。此時(shí)，低壓油泵也同步仃止供油，維持規(guī)定的油壓。5、高壓旋流式噴油器—由ECU直接用脈沖電流控制其開閉，噴油量的多少由脈沖寬度控制；用特殊的噴孔形狀，向氣缸內(nèi)噴出旋轉(zhuǎn)的霧狀燃油，與擠壓渦流快速的混合，以便點(diǎn)火燃燒。它沒有進(jìn)氣管沉積油膜的缺點(diǎn)，又因噴油壓力較高，噴油器的自潔功能高，不易產(chǎn)生臟堵故障。做直噴發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器工作原理課件6、噴油器是屬于瞬時(shí)高電壓和大電流“峰值保持型”驅(qū)動(dòng)方式（用100～110V和17～20A打開；又用限流電阻以3～5A的電流，保持開啟狀態(tài)），又稱，強(qiáng)勁、高頻、量化控制方式。小知識(shí)逆變—用晶閘管電路把直流電轉(zhuǎn)變成交流電這種對(duì)應(yīng)于整流的逆向過程,定義為逆變。逆變電路—把直流電逆變成交流電的電路稱為逆變電路。例如：應(yīng)用晶閘管的電力機(jī)車，當(dāng)下坡時(shí)使直流電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)制動(dòng)運(yùn)行，機(jī)車的位能轉(zhuǎn)變成電能，反送到交流電網(wǎng)中去。無效噴射時(shí)間—因?yàn)殡姶啪€圈有一定的阻抗，故開啟時(shí)間較Tr管導(dǎo)通時(shí)間遲后，該時(shí)間無燃油噴出，故針閥升起和座落與噴油脈沖寬度不吻合。

噴油器小型化，可縮短“無效噴射時(shí)間”，開啟速度快，響應(yīng)性好，計(jì)量準(zhǔn)確。

三、缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)特點(diǎn)

1、氣缸內(nèi)的渦流運(yùn)動(dòng)—在進(jìn)氣過程中，通過“直立式進(jìn)氣管”，在氣缸吸力的作用下，產(chǎn)生強(qiáng)大的下降氣流，使充氣效率得到提高。又在“頂面彎曲活塞”的作用下，形成比傳統(tǒng)汽油機(jī)更強(qiáng)大的“滾動(dòng)渦流”，將壓縮后期噴射出的旋轉(zhuǎn)油霧帶到燃燒室中央的火花塞附近，及時(shí)點(diǎn)火燃燒，這是一種革新手段。2、高壓旋轉(zhuǎn)油霧的產(chǎn)生—高壓旋轉(zhuǎn)式噴油器，在壓縮沖程的后期（缸內(nèi)壓力為0.6～1.5Mpa），以5Mpa的高壓噴射出旋轉(zhuǎn)的油霧，卷入“滾動(dòng)渦流”中，迅速吸熱汽化，以分層混合狀態(tài)卷到火花塞附近。火花塞附近為“高濃度”混合氣，極易點(diǎn)燃。缸內(nèi)的燃?xì)獬省跋“鼭狻睜顟B(tài)（O2分子包圍HC分子）

，它與氣缸壁間形成了絕熱層，提高了熱效率，使功率提高，油耗降低。3、高速燃燒渦流的產(chǎn)生—“稀包濃”的強(qiáng)燃燒渦流，因未燃物和己燃物溫度、密度和離心力的差異，在旋轉(zhuǎn)中逐層換位和剝離（未燃物溫度低、密度大、離心力大，向外移動(dòng)；己燃物溫度高、密度小、離心力小，向內(nèi)移動(dòng)），并從內(nèi)向外穩(wěn)定地、徹底的分層燃燒。“稀包濃”狀態(tài)的燃?xì)鉁u流，與氣缸壁間產(chǎn)生絕熱層，從而提高了熱效率。

因高壓縮比和高速強(qiáng)渦流及渦流分層高效率燃燒的結(jié)果，即：進(jìn)氣渦流、壓縮渦流、燃燒渦流的綜合效果，與傳統(tǒng)的電噴汽油機(jī)相比，輸出的功率Pe和輸出扭矩Me提高了10%。超稀薄的混合氣，空燃比A/F可達(dá)30～40：1，與傳統(tǒng)的汽油機(jī)相比，因燃燒過程和燃燒溫度控制的合理，節(jié)油率可達(dá)40%，使排氣中的CO、HC、NOx等有害物質(zhì)大幅度降低。

4、起動(dòng)性能

因燃油為直接噴入氣缸，無燃油的粘結(jié)損耗，又因火花塞處為高濃度混合氣，與傳統(tǒng)的均質(zhì)混合方式相比，起動(dòng)性能得到提高，發(fā)動(dòng)機(jī)在1～2個(gè)循環(huán)，即可起爆運(yùn)轉(zhuǎn)。而傳統(tǒng)的均質(zhì)混合發(fā)動(dòng)機(jī)，需要十幾個(gè)循環(huán)，才能起爆運(yùn)轉(zhuǎn)。5、中小負(fù)荷工況時(shí)的噴油特點(diǎn)

乘用車在市內(nèi)行駛占有的時(shí)間為75%～85%，多在中、小負(fù)荷工況下工作，應(yīng)在壓縮行程后期噴油，以經(jīng)濟(jì)超稀薄混合氣成分為主，為分層燃燒方式。6、大負(fù)荷工況時(shí)的噴油特點(diǎn)：

為了獲得大負(fù)荷時(shí)的功率值（包括其他工況），應(yīng)加濃可燃混合氣，以動(dòng)力性為主，采用“兩次噴油方式”。第一次是在進(jìn)氣行程，噴入適量燃油，形成均質(zhì)燃燒混合氣，此為“補(bǔ)救功能”；此時(shí)，還可利用燃油的汽化熱，來降低進(jìn)氣溫度，提高充氣效率。第二次是在壓縮行程的后期噴油，形成濃稀不均的層狀混合氣，再點(diǎn)火燃燒。在大負(fù)荷工況時(shí)，一個(gè)工作循環(huán)中，電腦發(fā)生兩次噴油脈沖信號(hào)，兩次的脈沖寬度不同。

“兩次噴射”的功能，也可在起動(dòng)工況、急加速工況出現(xiàn)，以調(diào)節(jié)空燃比A/F的大小，改善使用性能。7、高壓縮比，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率

提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的途徑

（1）加大進(jìn)氣量

（2）提高壓縮比

（3）控制燃燒過程

傳統(tǒng)式的電控噴射系統(tǒng)，因燃油質(zhì)量的制約，壓縮比已難突破10：1的大關(guān)，還需要使用辛烷值97#的汽油。而直噴式汽油機(jī)卻能突破這個(gè)界限值，使壓縮比提高到12~13：1。且對(duì)汽油的辛烷值無過高要求。

缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)高壓縮比的原因（1）因吸入的空氣量大幅度增加，進(jìn)氣冷卻效果較好，對(duì)“爆燃”的抑制作用加大。（2）直接噴入氣缸內(nèi)的超稀薄混合氣燃料的汽化熱，可降低氣體溫度和增大空氣密度，因而不易產(chǎn)生“爆燃”（3）缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)是在壓縮行程后期噴油，燃油在燃燒室內(nèi)滯留時(shí)間極短，使大幅度的提高壓縮比成為可能，可達(dá)12~13：1。爆燃是燃油滯留在氣缸內(nèi)的時(shí)間較長，己燃部分對(duì)未燃部分的擠壓和輻射，使未燃部分產(chǎn)生大量的極不穩(wěn)的“過氧化物”，不等火焰?zhèn)鞯?，自行不正常的急速燃燒。直噴式汽油機(jī)只能對(duì)點(diǎn)火早晚敏感，不存在“過氧化物”這個(gè)問題。相關(guān)知識(shí)8、因?yàn)椴捎贸”』旌蠚夥謱尤紵?，使有害的NOx生成量加大，故采用“存儲(chǔ)式兩級(jí)三元催化器”凈化方式，使尾氣在催化器中有較長的滯留時(shí)間（2s），從而使尾氣中的CO、HC、NOx成分轉(zhuǎn)化還原為CO2、H20、N2，并加裝溫度傳感器監(jiān)控。

9.二段燃燒法在進(jìn)行正常燃燒的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，除在壓縮行程后期噴油外，還在膨脹行程的后期補(bǔ)充噴油。它主要用在汽車起動(dòng)后冷機(jī)期間內(nèi)，提前激活催化劑，降低冷機(jī)時(shí)的HC排放量。在壓縮行程后期噴人的燃油在壓縮行程結(jié)束和膨脹行程的前期進(jìn)行分層混合稀薄燃燒。在膨脹行程的后期補(bǔ)充噴人的燃油會(huì)因?yàn)榈谝淮稳紵Y(jié)束時(shí)的高溫氣體和剩余的大量空氣而著火發(fā)生再次燃燒。二次噴射可使啟動(dòng)后的排氣體溫度上由200℃左右上升到800℃左右，這樣便可大大提前催化劑開始工作的時(shí)間。進(jìn)而降低有害氣體排放。10.熱反應(yīng)器式排氣管熱反應(yīng)器式排氣管可使發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣在排氣管中滯留，與空氣產(chǎn)生反應(yīng)，并使二段燃燒的膨脹行程后期的燃燒反應(yīng)在排氣管中繼續(xù)，從而加速催化劑的激活。無熱反應(yīng)器式排氣管的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后達(dá)到催化劑工作溫度（250℃）需要100s以上，采用二段燃燒后，這一時(shí)間縮短了1／2。再加上使用熱反應(yīng)式排氣管后，時(shí)間縮短到20s，從而大幅度降低了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的HC排放。四、典型車系供油系統(tǒng)介紹：

奧迪2.0-T-FSI乘用車，廢氣渦輪增壓式缸內(nèi)噴射汽油機(jī)。

1、燃油壓力傳感器—是壓敏電阻橋式電路，將軌道油壓的高低以電壓信號(hào)輸入ECU中，以便ECU使仃供電磁閥動(dòng)作，使高壓油泵及時(shí)仃止供油。2、仃供電磁閥—ECU發(fā)令使其推桿動(dòng)作，高壓油泵的進(jìn)油片閥即常開，仃止供油。

3、過壓閥—為柱塞式溢流閥，當(dāng)軌道油壓高于規(guī)定值時(shí)，即泄油降壓，維持軌道油壓，起保護(hù)作用。奧迪2.0-T-FSI汽油機(jī)供油系統(tǒng)特點(diǎn)4、高電壓噴油器—采用65V高電壓控制噴油，為強(qiáng)勁高頻量化控制方式，頻率響應(yīng)性高。理論證明：電壓值提高，電流值可大幅度減小，熱負(fù)菏降低，噴油器可小型化。5