汽油机缸内直接喷射技术 论文

汽油发动机缸内直接喷射技术应用研究摘要：本文分析了汽油发动机缸内直接喷射技术典型代表奥迪FSI技术、博世DI- Motronic MED7系统和奔驰CGI系统的技术特点，阐述了汽油发动机直接喷射技术的先进性及广泛应用需解决的一些问题。

关键词：FSI技术，DI- Motronic MED7系统，CGI系统问题，技术应用，解决问题近年来，由于能源枯竭和环境污染情况日益严重，汽车用发动机面临着越来越严峻的考验。

目前汽车使用的发动机主要是汽油机和柴油机。

柴油机的混合气是在气缸内部形成的，它采用直接喷射的方式，在压缩冲程末尾，直接经高压喷油泵将高压柴油喷入燃烧室，因气缸内的空气被压缩而产生高温，高于柴油燃点时，引发柴油自燃。

故柴油机不需电火花来点燃，构造相对汽油机简单，因此压缩比较大。

但由于压缩比大，柴油机工作粗暴，柴油机的这种燃油喷射技术不能直接应用于汽油机。

目前大多数汽油机采用多点燃油喷射技术，但混合气在进气门处形成，汽油雾化不完全，混合气质量欠佳，所以燃烧不充分，冷起动排放和燃油经济性较差。

汽油发动机缸内直接喷射技术那么与多点喷射系统迥然不同，该技术与柴油机相类似，是将汽油直接喷射到气缸里，通过相应的控制手段，可以大大进步发动机的燃油经济性和动力性，同时降低排放。

早在1954年，奔驰300SL就应用了缸内直接喷射技术，它将雾状燃油直接喷入进气歧管，比化油器发动机提供了更大的动力和更高的燃油经济性。

自单点和多点喷射技术在80年代普遍应用以来，发动机技术改进一直在进气系统做文章，如气门数增加、可变进气、可变气门升程及正时等，而没有实现根本的突变。

缸内直接喷射技术是通过“均匀燃烧〞和“分层燃烧〞，在发动机高负荷，尤其是低负荷下工作时燃油消耗降低，动力还有很大提升，部分负荷时具有的很大节油作用，对城市轿车和客车来说非常实用。

目前，世界上有很多知名公司对缸内直接喷射技术做了研究。

1996年8月日本三菱公司研制出第一台汽油直接喷射〔简称为GDI〔Gasoline Direct Injection〕〕发动机，1996年末日本丰田汽车公司研制出D—4型GDI发动机，随后日本的日产、马自达、本田以及美国的福特、克莱斯勒、德国的奔驰等公司都在积极研究和开发GDI发动机。

对汽油缸内直喷式技术的研究与应用汽油缸内直喷技术是引擎设计的关键技术环节，文章通过实验方法，对汽油缸内直喷技术的需求与设计、缸内直喷技术性能分析工具及方法进行了说明，并经过分析，得到了一系列有价值的结论。

标签：汽油；缸内直喷；技术；应用1 汽油缸内直喷技术发展概述汽油引擎设计需求包含低噪声振动（NVH）、足够发电功率、低成本与维修费、低重量及高效率等，并且能在车体内有限空间安装与驱动，一般需能产生20～50kW 的功率方能作为发电用途，目前汽车界所发展的引擎包含转子引擎（Rotary engine）、微涡轮（micro gas turbine）及2～4 汽缸的内燃机引擎等，其中四缸引擎可采用对卧、V型及直列式汽缸排列，如GM公司所采用的1.4L 四缸内燃机、FEV及MAHLE 公司发展的V型四缸汽车引擎。

采用V型可避免縱向震动，最佳化转速设定在4000 RPM，可达可接受噪声振动标准，并可达功率30 kW及平均制动有效压力（Brake Mean Effective Pressure，BMEP）10 bar的目标。

汽车引擎界大都采用岐管喷油（Port Fuel Injection，PFI）方式喷油，现今引擎发展朝向采用缸内直喷（Gasoline Direct Injection，GDI）、进气增压及阀门控制等技术进行新引擎设计开发，汽油缸内直接喷射引擎具有很多的潜力与优点，如：燃油经济性佳、高扭力输出及低污染等等，这些正面性的特性吸引着汽车与机车引擎生产者致力于发展该项技术。

学者使用引擎模拟软件GT-Suite，针对引擎喷射正时及点火正时进行最佳化模拟，并且通过引擎验证性能输出，可以确立其计算模型建立的可行性。

2 汽油缸内直喷技术的需求与设计本研究将以自行改装的1000cc四缸汽油缸内直喷（Gasoline Direct Injection，GDI）实体引擎为基础平台，在不更改原本内部几何构型（进气型式与管道尺寸、阀门形状），采用商用引擎模拟软件GT-Suite辅助分析与设计四缸汽车引擎，预计可单点或多点最佳化操作，使BSFC可低于230g/kW-hr，以满足未来环保要求，该目标引擎可在4000 RPM输出30kW，以满足汽车充电需求。

汽油机缸内直喷的研究现状与发展摘要:本文介绍了汽油机缸内直喷的一些优点 ,并从燃油供给系统、喷油器、喷雾模式、燃烧系统等方面介绍了GDI发动机的研究状况。

阐述了 GDI发动机开发中的一些难点 ,并指出 GDI技术将得到更大的发展。

关键词: 汽油机;直喷;排放自1994 年日本三菱公司宣布它的装有缸内直喷式汽油机 GDI, (Gasoline Direct Injection ) 的汽车即将上市以来 ,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 ,国外已有许多汽车公司和研究机构都开发了比较成熟的机型和产品。

在当前能源危机和排放法规越来越严格的形势下 ,GDI发动机以其诸多的优势 ,正受到越来越多人们的青睐 ,并被认为是 21 世纪最具潜力的发动机之一。

1 GDI发动机的优点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、GDI发动机可解决进气道喷射式发动机冷启动时高碳氢化合物排放的问题。

PFI 发动机是把汽油经较大的油滴(100～300 μm ) 喷向进气阀背部和阀口附近的壁上 ,汽油蒸发和空气混合主要依靠进气阀和进气道壁面的高温及在进气门打开时灼热的废气的倒流和冲击。

但在冷启动时 ,汽油蒸发和油气混合严重不足 ,此时就不得不过量供油使发动机得以启动 ,这就造成了很高的 HC排放。

GDI发动机是将汽油直接喷入缸内 ,油气混合主要依靠喷雾和缸内空气运动。

与冷启动时低温关系不大 ,勿需过量供油 ,因而 HC排放底。

此外汽油直接喷入缸内 ,也使发动机具有良好的加速响应性和优异的瞬态驱动特性。

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。

汽油机缸内直喷技术应用研究关键词：汽油机；缸内直喷；技术应用；研究汽油机缸内直喷技术的不断成熟，降低了汽车的油耗，避免了汽油在进入燃烧室前累积在气管中气管堵塞的问题，已经成为现代汽车工业发展的关键技术。

但汽油机缸内油气直喷需要克服缸内较大的压力，因而其对喷油系统设计和材料要求比较严格。

这意味着缸内直喷汽油发动机的制造成本要高于传统化油器汽油发动机，成本的提高影响了汽油机缸内直喷技术的应用和发展。

但随着近年来人们对环保和节能日渐重视，加之国家在相关领域投入大量财力物力，并给与优惠政策，因而我国缸内直喷汽油机发展事态良好，并已经影响到我国汽车产业的格局。

我国汽油机在经历了化油器、单点电喷、多点电喷技术阶段后，终于进入了直喷时代，越来越多的车型开始使用直喷发动机，在满足人们对发动机动力需求的同时，降低了汽车的油耗，为环保和节能目标的实现做出了巨大贡献。

一、汽油机缸内直喷技术概述1、缸内直喷技术缸内直喷技术就是指油气直接喷射到气缸内，与空气混合爆炸做工，推动发动机的一种油气混合技术。

缸内直噴技术发展遇到的最大障碍就是气缸内空气压力过大，导致油气喷射需要的压力较大，同时气缸所需要承受的压力也较大。

如果在发动机设计时，不能控制好喷雾的形状、喷嘴位置，则会导致油气喷射到气缸后无法与空气及时混合，降低燃烧效率。

随着我国直喷技术的发展，现如今喷嘴位置、喷雾形状、进气气流控制以及活塞形状设计已经比较规范化，能够有效的实现油气在气缸内均匀混合，实现油气的充分燃烧，提高能量转化效率。

由于直喷汽油发动机设计、制造和材料成本较高，因而直喷发动机的造价相比于其他汽油发动机，仍然较高，因而该技术仍然有提高和进步的空间。

2、缸内直喷技术优势缸内直喷技术的发展，是伴随着电子系统控制技术水平提升实现的。

这是由于缸内直喷发动机中由于气缸内压力较大，因而很难实现对油雾气喷射形状和混合效率的控制，而电子控制系统的逐步完善，使工程师在设计中能够更好的实现对喷油量和雾化形状的控制，提高了气缸内油气混合效率。

汽油机缸内直喷技术发展分析与研究摘要：本文详细介绍了汽油机缸内直喷(GDI)技术的发展历程、技术特点、亟待解决的问题及今后研究工作的重点。

指出了排放的控制措施将成为决定其推广实用的关键因素。

最后对汽油机缸内直喷技术的发展进行了展望。

关键词：汽油机缸内直喷排放1 GDI技术的发展上世纪50年代，德国研制出了二冲程直喷汽油机，限于当时机械制造技术和电控水平较低，其性能和排放并不理想。

90年代后，缸内直喷汽油机的研究有了较大的进展。

缸内直喷汽油机改变了预混合汽油机的混合机理，可采用稀薄分层燃烧技术，降低HC等有害排放。

直喷方式的油滴蒸发主要依靠空气吸热而非壁面吸热，降低了混合气温度和体积，可降低爆燃倾向，提高发动机压缩比。

此外，GDI汽油机还具有瞬态响应好，易于实现精确的空燃比控制，具有快速的冷起动和减速快速断油能力等特点。

这些方面GDI汽油机都明显优于进气道喷射汽油机。

为此许多外国汽车公司和研究机构都成功开发出了自己的GDI发动机机型。

1996年，日本的三菱公司率先采用立式进气道与弯曲顶面活塞。

在进气行程中吸入的空气通过立式进气道被吸入气缸，形成强烈的滚流。

喷射的燃油经曲面形的燃烧室壁面引导被送到位于气缸中央的火花塞附近，形成稳定的燃烧。

开发的汽油直喷发动机应用于运动型轿车Galant 上，其油耗和二氧化碳的排放比同功率的传统汽油车降低了30%。

随后，装备了GDI发动机的中级轿车Carisma投放到西欧市场。

2000年底，大众公司研发了稀燃直喷式汽油机Lupo PSI，其高行驶功率下的百公里燃油消耗仅4. 9L，是世界上第一辆5L汽油机汽车。

实验表明，Lupo PSI的燃油消耗与同输出功率的进气道喷射汽油机相比，降低了34%。

2004年，奥迪公司研发了2. 0T-FSI燃油分层直接喷射增压汽油机。

随后为A级轿车研发了1. 8T-FSI高性能发动机，2007年初装备到新款奥迪A3轿车上。

2005年配备在全新奥迪A4 2. 0T上的TFSI涡轮增压汽油直喷发动机被权威杂志评为全球十大发动机第一名，代表了世界汽车发动机技术的顶尖水平。

汽油机缸内直喷最新技术分析摘要:本文简要介绍了汽油机电子燃油喷射的发展过程，对目前汽油机上应用较为广泛的进气道多点喷射和研究已经较为成熟的缸内直喷技术进行了比较分析，重点介绍了缸内直喷技术发展过程、技术难点、存在的问题及今后的研究发展方向。

关键词：汽油机缸内直喷排放引言随着汽车给环境带来的排放污染和能源短缺问题日益严峻，世界各国对排放标准法规要求愈加严格，我国政府已经向世界郑重承诺，到2020年中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。

由于目前中国汽油机占据相当大比例，所以降低汽油机油耗和排放方面的技术显得尤为重要。

本文介绍了汽油机电子燃油喷射的发展过程，并详细介绍了目前较为成熟的汽油机缸内直喷技术的优点、存在的问题及对应的解决技术。

1电子燃油喷射发展过程汽油喷射技术首先应用于军用发动机上，轿车最早采用汽油喷射技术是在50年代初期。

当时的汽油喷射系统极类似于柴油喷射系统，采用机械式的高压喷射泵，直接向缸内喷射。

1967年，原西德Bosch公司推出了D-Jetronic电子控制汽油喷射系统，迎来了发动机电控技术百花竞开的春天。

排气法规出台和石油危机这两方面的压力，加上电子技术的飞速发展，使此后的电喷技术发展驶上了快车道。

首先是对空燃比控制技术的提高，对空气流量的测量，由速度-密度法发展到用空气流量计的直接测量；从开始利用翼片式、卡门漩涡式等空气体积流量计，到1981年推出热线式空气质量流量计；同时还发展了利用排气氧传感器的空燃比闭环控制技术。

其次，微机的加入及微机速度、容量的提高使控制功能越来越完善。

汽油喷射由简单的进气道多点喷射MFI（Multipoint Fuel Injection）向进气道多点顺序喷射SFI（Sequential Fuel Injection）进化。

但是，随着汽车排放污染及能源短缺问题日益严重，进气道喷射系统逐渐不能满足排放法规要求。

而且，随着对稀燃技术的研究，50年代曾经研究过的缸内直喷技术又重新成为研究热点。

汽油机缸内直接喷射技术摘要:由于能源枯竭和环境污染情况日益严重,即使是多点燃油喷射这样的技术也不能满足人们的要求了,于是更为精确的燃油喷射技术诞生了,那就是汽油机缸内直接喷射技术。

本文将对汽油机缸内直接喷射技术的类型、结构原理、存在问题等进行简要的论述。

关键词:缸内直喷类型结构原理存在问题近年来,由于能源紧缺和环境污染问题的日益突出,汽车用发动机面临着越来越严峻的考验。

目前为绝大多数汽车所采用的EFI发动机已显出明显不足,主要由于混合气在进气门处形成,汽油雾化不完全、混合气质量欠佳,所以燃烧不充分冷启动排放和燃油经济性较差。

汽油机缸内直接喷射系统则与EFI系统迥然不同,该系统是将汽油直接喷射到气缸里,通过相应的控制手段,可以大大提高发动机的燃油经济性和动力性能,同时大幅度降低排放。

1 汽油机缸内直接喷射技术汽油机缸内直接喷射技术,简称缸内直喷,顾名思义,就是把汽油直接喷射到气缸内。

随着技术的发展,化油器被淘汰后,开始采用汽油喷射技术,按照喷射位置可以分为进气道喷射和缸内直接喷射两种。

进气道喷射可以采用低压的喷射装置,是目前最常用的喷射方式,喷油嘴位于进气歧管的前方,汽油喷入进气歧管与空气混合后再进入气缸。

缸内直接喷射则更为先进,喷油嘴位于气缸内部,将汽油直接喷入气缸,与空气形成混合气,不过它需要较高压力的喷射装置以及其它一些专门的零部件,成本要更高一点。

2 缸内直喷的类型及其特点近年来,缸内直喷的发动机电控技术的研究与开发越来越受到重视,其被认为是内燃机解决能源和环境问题的重要方向之一,国内外许多研究机构和汽车厂商都致力于缸内直喷发动机的研究与开发,并推出了各种装备缸内直喷发动机的汽车。

2.1 FSIFSI是Fuel Stratified Injection的缩写,它代表大众汽车的缸内直喷发动机。

从理论上来说,采用FSI技术的发动机有至少两种燃烧模式:分层燃烧和均质燃烧,从上面3个英文单词来看,分层燃烧应该是FSI 发动机的特点。

浅析汽油机缸内直喷技术作者：李长灏来源：《科技创新导报》 2012年第8期李长灏(江苏汽车技师学院江苏扬州 225003)摘要:本文主要介绍了发动机缸内直喷技术,这套先进的发动机技术是目前最炙手可热的。

文章主要从汽油缸内直喷结构、FSI发动机的工作原理、汽油缸内直喷的工作过程,充分说明了汽油机缸内直喷技术的先进性。

关键词:汽油机缸内直喷技术中图分类号:U464 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)03(b)-0062-01在近来各厂家采用的发动机科技中,最炙手可热的技术非缸内直喷莫属。

这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已经大量使用在包含VAG、BMW、Mercedes-Benz、GM以及TOYOTA(Lexus)等车系上。

其中VAG集团可以算是导入缸内直喷科技最具代表性的例子,目前包含Audi和VW都已将名为FSI的缸内直喷发动机列为旗下车款的高价动力来源,而且在Audi和VW车系的顶级车上,甚至更以FSI结合上涡轮增压以增大动力。

1 汽油缸内直喷结构供油系统的主要部件是:高压油泵、共轨、燃油压力传感器、压力控制阀、高压喷嘴和ECU。

首先是对喷嘴的要求提高了,以前的喷嘴是安装在进气歧管,今天不同了,亲临前线,安装在了燃烧室,自然要经受住烈火的考验。

高压电磁喷嘴扮演着重要的角色,电磁单元被激活的时间和油压决定了喷射量的多少。

燃油喷射时间则被控制在几千分之一秒。

供油系统采用缸内直喷设计的最大优势,就在于燃油是以极高压力直接注入于燃烧室中,因此除了喷油嘴的构造和位置都有异于传统供油系统,在油气的雾化和混合效率上也更为优异。

加上近来车上各项电子系统的控制技术大幅进步,计算机对于进气量与喷油时机的判读与控制也愈加精准,因此在搭配上缸内直喷技术以使得发动机的燃烧效率大幅提升下,除了发动机得以产生更大动力,对于环保和节能也都有正面的帮助。

大众汽车FSI汽油直喷技术是直喷式汽油发动机领域的一项创新的革命性技术。

浅谈汽油发动机直喷技术浅谈汽油发动机直喷技术摘要：缸内直喷技术与采用歧管喷射的汽油发动机同期逐步发展，后来尘封，上世纪九十年代，油价高企和环保的要求越来越严格，而直喷燃烧效率很高，非常省油，它开始回归，渐渐成为主流。

本文先介绍了汽油机缸内直喷技术的发展历史和技术的特点。

研究了FSI 发动机分层燃烧模式、均质稀燃模式和均质燃烧模式。

还介绍了国内汽车市场汽油机直喷技术的应用。

未来随着科技的发展，国内的油品改善，缸内直喷汽油机有可能成为汽车标配。

关键词：缸内直喷 FSI 分层燃烧匀质燃烧应用引言与采用歧管喷射的汽油发动机同期逐步发展的，后来尘封的缸内直喷技术，由于油价高企和环保的要求越来越严格，而直喷燃烧效率很高，非常省油于上世纪九十年代，开始回归，现在渐渐成为主流。

缸内直喷汽油机喷嘴被布置在气缸内，汽油直接喷入缸内与空气混合，为改善燃油雾化，喷射压力也相应提高，对喷油控制更精确，并且消除了缸外喷射的缺点。

同时，燃油和空气在缸内混合充分、均匀是通过特别的结构设计来保证，它的燃油燃烧充分，热效率更高。

当然，缸内直喷发动机也有局限性，易受汽油和机油质量的好坏影响。

一、汽油发动机缸内直喷技术的历史1917年缸内直喷汽油发动机便被研发出来，被装配到军用快艇，由于不能解决过热的问题，试验结果没能令人满意。

在接下来的20年里，这项技术在不断完善的过程，其可行性已被证实，它主要应用于航空领域，德国的一些公司，如宝马，奔驰，博世，西门子也投入了研发实力。

1951年，博世在法兰克福汽车展上展示了其用于二冲程 Gutbrod Superior 600 车型的汽油缸内直喷系统。

同年Goliath 在其GP700车型上配备相同的喷射系统，并于1953年至1955年期间进行量产。

世界上第一辆采用缸内直喷四冲程汽油发动机的跑车奔驰300SL于1955年诞生，经过对比试验这种发动机很省油，最大功率也提高了。

缸内直喷技术，虽然很早发明和大规模生产，也很省油，但成本比当时同期逐步发展的采用歧管喷射的汽油发动机高，而且当时汽油价格低廉，因此，歧管喷射方式的汽油发动机被大量采用，缸内直喷技术当时没有成为主流被尘封。