现代缸内直喷式汽油机_六_
现代车系发动机机械参数
0.020-0.060
0.030-0.070
0.020-0.040
许用极限
0.10
0.10
0.10
第三道活塞环（油环）
开口间隙
标准值
0.20-0.70
0.20-0.70
0.020-0.070
0.20-0.70
0.30-0.90
许用极限
1.00
1.00
1.00
气缸直径
82.300-82.330
0.150
0.150
气门锥角（°）
45.5
45.5
45
45-45.5
45-45.5
气门最小边缘厚度
进气门
标准值
1.00
1.00
0.70
1.00
0.70
许用极限
0.70
0.70
0.70
排气门
标准值
1.50
1.50
1.00
1.50
1.50
许用极限
1.00
1.00
1.00
气门弹簧
自由长度
标准值
48.3
48.3
102/5000
116/4500
91/3000
121/5000
168/2500
缸径×行程
82.3×75.0
81.5×88
75.5×82.0
85×88
91.1×76.0
气缸排量（L）
1.6
1.8
1.468
2.0
3.0
压缩比
9.2:1
9.2:1
9.4:1
9.0:1
8.9:1
气门座宽度
进气门
现代燃油直喷燃烧技术将引领车用发动机市场
系统 ， 虽然名字 不同 ， 但它们 都代表 了汽 油缸 内直喷 。
旦这一新理论在 实践得到应用 ， 以预见 ， 后的 可 今
发动机会更加高效、 更加清洁， 汽车的使用将更加安 全 且有利于环保 。
２ 直喷技术 能均 匀燃烧和分层燃烧 ．
说， 空燃 比是 １． １ ４ ７： 的混合气集中在火花塞周围， 在燃烧室的其他 部分则足纯净 的空气。混合汽层的 大小范围精确地反映了瞬时发动机动力的需求。 在
分 层燃烧 时，直 到压 缩行 程 时才喷 射燃油 ，油雾 直
接进入燃烧室中的空气 ，而喷油就发生在点火前瞬 问。分层燃烧时 值达到 ４ ，可见发动机在中、低 速 时燃 油 足多么 节 省 。另一个 优 点是 ，在 燃烧 时空 气层 隔绝 了热 ，减 少 了热量 向气缸 壁 的传 递 ，从 而
料的燃烧 ， 化学能转化 为热 能 ， 把 再将热 能转化 为机
燃 油得到 完全雾 化 ，使混 合气 均匀地 充满燃 烧室 ， 自然 会得 到充 分 的燃 烧 ，使 发动机 动力得 到淋漓 尽
致的发挥 。 在均匀燃烧时有着和传统喷射发动机相
同的空 气 与燃 油 混合 比，即 空燃 比是 １． １ ４７： ，此
械能的热动力机械 。内燃机是热效率最高的热力机 械，但仍存在着 巨大的节能及降低尾气污染的潜力。 对于量调节 式的汽油机而 言，在部分 负荷 时， 因节 会 气门开度小而造成发动机的泵气损失大， 从而降低发
动机 的机械 效率 ， 响到经 济性 。 影 取消节气 门就是提 高汽油机 经济性 的最根 本措施 。 由于 目前的汽 油机 但
时的 值是 １ 。而燃油的蒸发又使混合气 降温 ，去
GDI(汽油机缸内直喷技术)排放特性及后处理
GDI排放特性及后处理1前言随着经济的发展及人民生活水平的不断提高,汽车保有量越来越大。
汽车在带给人类巨大便利的同时也带给人类严重的环境污染，为此世界各国纷纷制定愈来愈严格的排放法规，以减少汽车废气排放污染。
为满足排放法规的要求，人们对发动机排放控制技术的研究也在不断的深入。
2汽油机有害排放物的成分及其危害汽油机排放物的成分非常复杂,除了N2、O2、CO2、H2和水蒸气等无害外，其余均为有害成分，主要是从排气管排出的废气和其它部位漏出的燃料蒸汽以及从曲轴箱窜出的气体，主要包括不完全燃烧生成的CO，未燃烧的燃料HC，高温燃烧时生成的NOx 等。
（1）CO是城市大气中的主要污染物，而汽车排出的CO占整个大气中的90%以上，CO易与血红蛋白结合，致使人体缺氧，引起头痛、头晕、呕吐等症状，严重时可使人窒息死亡；（2）NOx、HC化合物在阳光中紫外线照射作用下发生一系列的链式化学反应，NOx 是光化学烟雾产生的主要元凶，使人眼红、头痛、手足抽搐，还会使植物枯死并使橡胶破裂。
空气污染的危害广泛而深远，已严重威胁着人类的生存与发展。
3传统内燃机有害成份的生成机理3.1CO生成机理CO是一种不完全燃烧的产物，是汽油机排气中有害成分浓度最大的物质，其生成主要受混合气浓度的影响，在过量空气系数Φa＜的浓混合气工况时，由于缺氧使燃烧中的碳不能完全氧化成CO2，CO作为中间产物生成。
在Φa＞1的稀混合气工况时，理论上不应有CO产生，但实际燃烧过程中，由于混合不均匀部分区域的Φa＜1条件成立，由局部燃烧不完全而产生CO或者已成为燃烧产物的CO2 和H2O在高温时吸热，产生热离解分解反应，由此生成CO。
3.2HC生成机理HC排放物的生成除了曲轴箱通风口漏出和油箱蒸发外，主要是不完全燃烧、壁面淬熄等原因：（1）不完全燃烧：发动机运转时，若混合气过浓或过稀，或着废气被严重稀释，或者点火系统发生故障，则火花塞可能不跳火，或者跳火后不能使混合气着火，或者着火后又在传播过程中熄灭，致使混合气中部分燃料，甚至全部燃料以未燃HC形式排出，使HC排放明显升高。
缸内直喷技术
2、汽车发动机新技术---缸内直喷式
近年来，当代汽车汽车飞速发展，汽车新技术不断涌现和应用，带动汽车性能不断改善。下面就现代缸内直喷式汽油机进行简单介绍。
汽油机的发展经历了100多年的漫长历史，其中具有里程碑意义的发展阶段无不是以油气混合方式和机理的变迁为标志的。
早期的化油器式汽油机依靠化油器喉口气流流速增加所产生的真空度将汽油吸出被高速进气空气流雾化以及汽油油滴本身的蒸发而与空气形成可燃混合汽。油气混合比(空燃比=进气空气质量/燃油质量)取决于化油器喉口的设计和量孔直径，负荷的调节是由节气门的开度来调节进入汽缸的油气混合汽量来实现的，因此属于混合汽外部形成的量调节方式，且没有任何反馈控制。由于汽油-空气混合汽能在相当宽的空燃比范围内点燃，这种不太精确的控制对早期汽油机的正常运行并不存在什么问题。
既然油气混合物能有如此惊人的杀伤力，那在汽车上引入显然也会获得更高的动力和更省油的表现。根据云爆弹原理，大众为高压泵设计了一个非常精巧的结构，通过进气阀的凸轮轴来为油泵提供动力，这样很好的解决了油泵和进气阀之间的正时问题，也提高了燃油效率；同时作为一个纯机械的结构，这个高压泵具备了非常高的可靠性，大众（博世）甚至还设计了一个内部保护回路防止油压过高。可惜的是，大众和博世的设计尽管确保了机械自身的可靠性，但高压燃油轨(Rail)里的高压燃料是无法保护的，为了保证发动机运转的顺畅性，燃油轨中必须保持一定的压力。这个在平时是没有问题的，问题就出在了碰撞上。当发动机受到巨大的外力撞击时，位于发动机前部的高压共轨喷射系统就成了发动机首先受到撞击的部分。
汽油机缸内直喷技术开创发动机新时代
此 外 ， 款 新 型 ６缸 发 动 机 还 使 这
喷入 燃烧 室 ， 而降低 了发动 机 的热 从
用 了 奥 迪 可 变 气 门 升 程 系 统 （ Ｓ） ＡＶ ，
量损 失 。 Ｆ Ｉ 动 机 配 备 了 按 需 控 制 的 燃 Ｓ发
维普资讯
新 枧 Ａ Ｍｌ ｌＮＣ 努 Ｕ ０ Ｎ ＡＥ Ｔ Ｂ ＴＮ ＯＬ Ｅ
汽油机缸 内直喷技术开创发动机新 时代
口吉林／ 车万华
奥 迪 轿 车 装 备 的 发 动 机 采 用缸 内直 喷 技 术 ， 种 缸 内 直 喷 发 动 机 被 这 称 为 汽 油 直 喷 式 发 动 机 （ Ｓ ）直 喷 ＦＩ，
油 供 给 系 统 ， 缸 ４只 气 门 ， 变 进 每 可 气 歧 管 以及 进 、 气 凸 轮 轴 连 续 可 调 排
装 置 。 汽 油 被 直 接 喷 入 燃 烧 室 ， 活 单 塞 高 压 泵 的 共 轨 高 压 喷 射 系 统 负 责 提 供 精 确 的 燃 料 ， 并 形 成 ３０～ ．
秒 级 精确 计 算注 入汽 油 量 的功 能 ， 大 大提 高 了 Ｆ Ｉ 动机 的压 缩 比 ， 也 Ｓ发 这 是 提高 发动机 效 率 的必要 先决 条件 。 例 如 ， 奥 迪 Ａ６ 轿 车 配 备 的 Ｌ
２８ Ｓ ．Ｌ Ｆ ＩＶ６缸 内 直 喷 发 动 机 ， 能 够 在 ５ ｏ ～ ０ Ｏ／ ｉ ５ ｏ ６ ０ ｒｒ ｎ时 输 出 １ ４ Ｗ 的 ａ ５ｋ 最 大 功 率 ， 并 在 ３ ０ ５ ０ ｒｍｉ ０ ０～ ０ Ｏ ／ ｎ的 宽转 速 范 围 内输 出 ２０ １ ８ Ｎ・１的 最 大 １
扭 矩 。 奥 迪 Ａ６ ． Ｆ Ｉ轿 车 仅 用 Ｌ ２８ Ｓ
汽油机缸内直接喷射技术
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
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。
汽油机缸内直喷GDI
缸内燃油喷射定时和进气运动更易实现混合气分层；
瞬态响应特性改善； 燃油喷射雾化混合气的形成质量改善，进气温度影响
较小，充气效率提高； 可以采用高的压缩比或高的增压比，或同等情况下降 低对燃料辛烷值的要求； 取消节气门，减少泵气损失，发动机的经济性改善 高压缩比时缸内混合气的温度压力提高，改善了点火 和燃烧条件，可降低冷起动时未燃碳氢排放； 便于采用多次喷射、后喷射等冷起动排放控制策略； 通过后燃喷射等提高排气温度及能量，提高增压器的 快速响应性能。
用优化设计的进气道与活塞形 成空气流动，实现混合气在缸 内பைடு நூலகம்层分布，由此可获得在传 统发动机中不可达到的稀空燃 比（如40:1），实现超稀薄混 合气稳定燃烧。
6
前两种方式有可能形成壁面油膜，是造成碳氢排放高的主要原 因；后一种方式则与喷雾特性、喷射时刻关系密切，但控制起 来比前两种要难。
7
同常规汽油机空燃比为
难以在全部运转范围内实现混合气理想的分层（负荷分
段控制策略）； 喷油器内置气缸内，喷孔容易结垢，影响喷雾特性和喷 油量（研制具有自洁功能的喷嘴）； 低负荷时HC排放高，高负荷时NOx排放高，有碳烟生 成 （采用二次混合、二次燃烧和反应式排气管、废气再 循环EGR等技术）； 部分负荷时，混合气稀于理论空燃比，三效催化器转化 效率下降，需采用选择性催化转化技术（采用稀燃催化 器）； 气缸和燃油系统磨损增加（开发抗磨损能力强、功率消 耗低的供油系统和燃油喷射系统）。
采用NOX催化反应器；
采用两次喷油的控制方法；
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，喷 油的数量不大，这部分少量的汽油 会汽化挥发吸收热量的，这样就能 降低汽缸内的温度，气缸内混合气 密度增大。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。
汽车新技术之汽油机缸内直喷培训课件(ppt 45张)
4.缸内直喷技术现状
• 燃油供给和喷射系统 • 喷射模式 • 燃烧系统 • 缸内空气运动的组织
4· 1.燃油供给和喷射系统
• 现代的GDI发动机燃油供给系统设计，为了 达到分层稀薄混合气所要求的喷雾质量和 灵活的喷油定时，均采用了精度高、响应 快的柔性电控手段。高压共轨喷射系统加 电磁驱动喷油器被认为是满足缸内灵活喷 射要求的喷射系统之一。 • 该系统由低压输油泵、燃油压力传感器、 喷油压力控制阀、高压油泵、蓄压燃油轨、 喷油器等组成。
• 缸内直喷就是将燃油喷嘴安装 于气缸内，直接将燃油喷入气 缸内与进气混合。喷射压力也 进一步提高，使燃油雾化更加 细致，真正实现了精准地按比 例控制喷油并与进气混合，并 且消除了缸外喷射的缺点。同 时，喷嘴位置、喷雾形状、进 气气流控制，以及活塞顶形状 等特别的设计，使油气能够在 整个气缸内充分、均匀的混合， 从而使燃油充分燃烧，能量转 化效率更高。
图1.丰田D—4稀薄燃烧系统
3· 1.分层燃烧缸内直喷
• 三菱4G稀燃系统(图2)与丰田D一4系统相近。 进气采用立式进气道，能够产生强大的进 气气流，直接流入气缸，流速可达40m/s 一50 m/s，充气效果好，以保证高度的纵 向涡流及充气系统。活塞顶部的凹坑浅， 且壁面有一定的斜度。在部分负荷输出时， 油束与壁面碰撞后飞溅的油滴，随含有汽 油蒸气和细小油滴的气流斜向上运动(图2中 倒滚流)，被位于缸盖中部的火花塞点燃。
汽车新技术之汽油机缸内直喷
汽油机缸内直喷技术
1.缸内直喷技术概述 2.缸内直喷技术的工作原理 3.缸内直喷技术特点 4.缸内直喷技术现状 5.缸内直喷技术的实际应用 6.缸内直喷发动机目前存在的问题 7.缸内直喷技术推广应用的主要问题 8.缸内直喷技术今后的研究开发方向
缸内直喷简介
宽带氧传感器也是利用二氧化锆元件制 成，由“泵电池和感应电池”组成，测量室外 侧与大气相通，内侧有小孔和废气相通，给它 加上3～5v的工作电压后，由于电流的流动，使 氧离子也流动，泵电流将废气中的氧气，泵入 测量室中，从而测量出废气中的氧含量。 利用测量室内外侧氧浓度的差异，使感应电池 产生电动势，经控制器放大处理后，输出给电 脑ECU使用（测量室内电压产生的原理与普通 二氧化锆传感器原理相同）。
输出电压为O～5V，与氧浓度成正比，为 线性关系。当A／F＝１４．７时，电压 应为１．５V；当A／F＞１４．７时，电 压应高于１．５V；当A／F＜１４．７时， 电压应低于１．５V。如果电压固定在0V； 1.5V；4.9V不变时，说明氧传感器己损 坏。
五、 GDI系统工况特点： 1、中小负荷工况时的喷油特点： 轿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。
7、增装废气涡轮增压系统，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。
1.4L的排量，可获得2.5L的动力。 FSI系统100%的使用了增压技术。
8、空燃比的反馈控制，必须使用二氧化 钛氧传感器或宽带氧传感器—
（1） 二氧化钛（TiO2）0x的构造和原理： 其钛片为“嗅敏电阻”，随氧含量而突变。输 入端加上5v基准电压，输出端即产生0~5v随动 电压。其体积小、电压变化幅度宽、反馈控制 能力大、抗污染和抗干扰能力强。
当代汽车新结构介绍
5、大负荷工况时的喷油特点： 为了获得大功率值，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，此为“补救功能”； 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。
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。 “两次喷射”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。
（2）又因为石蜡式节温器不是一个真正的 “渐变开关阀”，热起反应速度慢，而是 极不稳定的振荡式开关阀。又因离心水泵 的流量特性，在特殊工况中，易发生“过 热”和“过冷”故障，热量的 “冷却损失” 难以控制。为此，冷却系需要改进。
2、改进后的结构优点： （1）在传统的石蜡式节温器中，加 装电脑控制的电加热器，提高了流量 控制能力。
进气通 道细、长（或容积小），压力波变长，提 高了进气流速，进气涡流强，气流动能大， 改善了燃烧过程，可提高发动机的转矩， 燃油经济性好。 （2 ）高速时—控制阀打开，进气通道粗、 短（或容积变大），压力波变短，减小进 气阻力，充气效率高，可提高发动机功率。
（1 ）低、中速时—控制阀关闭，
六、电控巡航系统（CCS）：
（4）能提高点火系统的可靠性，不易出
现“缺缸”故障。 （5）可以简化“硬件系统”结构，变 四缸16气门为8气门，去消了复杂的 “可变气门正时机构。
（6）同样转速下，单位时间内，通过
线圈的电流小，线圈不易发热;可以加 大初级线圈的电流和导通时间（闭合 角），能在9000r/min的宽转速范围内， 提供足够的点火电能量。
（3）保温式冷却系的优点： A、起动时，机温较高，能快速冷起动和缩短 热起时间。 B、起动后，机温较高，能降低了HC和CO排 放量。 C、减小了发动机在热起时的磨损量，提高使 用寿命。
大众公司EA111和EA112系列1.4L燃油分层直喷式汽油机（一）
范明强(本刊专家委员会委员)教授级高级工程师，曾任中国第一汽车集团公司无锡研究所发动机研究室主任、湖南奔腾动力科技有限公司轿车柴油机项目部总工程师、无锡柴油机厂高级技术顾问和多所高校客座教授。
大众公司EA111和EA112系列1.4L燃油分层直喷式汽油机(一)文/江苏 范明强一、现代汽油发动机的发展随着全球生态环境日益恶化，欧盟议会要求到2012年，各汽车公司所生产的汽车平均CO2排放量应低于90g/k m，也就是汽油车燃油耗低于3.8L/100km，柴油车燃油耗低于3.4L/100km(见图1)。
随着技术的发展，直喷式柴油机的普遍推广与应用，特别是汽油缸内直接喷射技术的逐渐成熟，使汽油车的燃油耗和C O2的排放量也大幅降低，越来越接近柴油机的水平(见图2)。
但是，欧洲汽车制造商联合会只能承诺到2012年，汽油车平均CO2排放量达到120g/km,也就是汽油车燃油耗低于5.1L/100km，柴油车燃油耗低于4.5L/100km，与欧盟议会的要求还有相当大的差距，有待于继续挖掘直喷式汽油机的节油潜力。
图3示出了现代汽油发动机各种技术措施节油潜力的比较。
图中可以清楚地看出，单一措施的汽油缸内直接喷射蕴含着最大的节油(即降低CO2排放量)潜力。
这种效果一方面是因为发动机的无节流运行降低了换气损失，另一方面由于充量分层运行，燃烧在燃烧室中央进行，周围有隔热的空气层，减小了壁面的热损失。
此外，全负荷时，爆震倾向降低，所以发动机能够以较高的压缩比运行。
这些措施在发动机整个特性曲线场范围内，对燃油耗起到了有利的作用。
而燃烧室内经过优化的充量运动，也使得混合汽在以化编者按：节能减排是现代乘用车发动机发展的永恒主题和不懈追求的目标。
12年来，大众公司在EA111系列1.4L汽油机平台的基础上，运用汽油缸内分层直接喷射和增压等现代新技术，开发出了1.4L-FSI自然吸气机型和1.4L-TSI废气涡轮与机械式复合增压机型。
汽油机缸内直喷技术
汽油机缸内直喷技术通过实现更均匀的混合气分布，优化了燃烧过程。这有助 于提高燃烧效率，降低燃油消耗和减少污染物排放。
性能优化
通过精确控制燃油喷射的时间和量，汽油机缸内直喷技术可以实现更高的性能 输出。例如，通过优化燃油喷射的时间和量，可以提高发动机的扭矩和功率。
排放控制与净化
排放控制
汽油机缸内直喷技术通过精确控制燃油喷射和混合气形成，减少了污染物排放。 这有助于满足日益严格的排放法规要求。
02
汽油机缸内直喷工作 原理
燃油喷射与混合气形成
燃油喷射
汽油机缸内直喷技术将燃料直接喷入气缸内部，形成混合气 。喷油嘴将燃料喷成雾状，使其与空气混合，实现更均匀的 混合气分布。
混合气形成
在燃烧室内，雾状燃料与空气迅速混合，形成均匀的混合气 。混合气的形成对于实现高效燃烧和优化排放至关重要。
燃烧过程与性能优化
汽油机缸内直喷技 术
2023-11-08
目 录
• 汽油机缸内直喷技术概述 • 汽油机缸内直喷工作原理 • 汽油机缸内直喷技术应用 • 汽油机缸内直喷技术的挑战与解决方案 • 汽油机缸内直喷技术对汽车产业的影响 • 汽油机缸内直喷技术未来发展趋势与展望
01
汽油机缸内直喷技术 概述
定义与特点
01
02
03
术可以提供更大的动力输出，提高汽车的性能。
缸内直喷的优点与局限
• 降低噪音和振动：如前所述，缸内直喷技术可以降低发动 机的噪音和振动，提高驾驶舒适性。
缸内直喷的优点与局限
局限
技术成本高：缸内直喷技术需要更高的制造精度和更复杂的控制系统，因此制造成 本相对较高。
油品质量要求高：缸内直喷技术对于油品质量的要求也较高，如果使用不良的油品 会导致发动机性能下降和损坏。
高性能内燃机气缸发动机的研究与开发
高性能内燃机气缸发动机的研究与开发第一章：引言内燃机是人类历史上最重要的发明之一，它的发明和发展推动了人类工业和交通的快速发展。
随着技术的不断提高，高性能内燃机已经成为当今社会的关键技术之一。
其中，气缸发动机是一种非常常见和重要的内燃机类型。
气缸发动机最早出现在19世纪末，经过多年的发展，现代气缸发动机已经取得了极大的成功。
其在汽车、船舶、飞机、工程机械等领域中得到了广泛的应用。
现代气缸发动机不仅在功率、效率、可靠性等方面取得了重大进展，而且在环保、节能等方面也取得了显著的成果。
本文将系统地介绍高性能气缸发动机的研究与开发，重点讨论气缸壁材料、缸内喷射和点火系统等关键技术，以期为相关领域的专业人士提供参考和帮助。
第二章：高性能气缸发动机的研究现状高性能气缸发动机是一种功率、效率和可靠性都比较高的动力装置。
它通常采用高转速、高压缩比、多气门、涡轮增压等一系列技术，以提高出力性能和燃油经济性能。
目前市场上普遍存在这样几款高性能气缸发动机：1. 奔驰AMG 4.0L V8 Bi-Turbo发动机；2. 福特EcoBoost3.5L V6双涡轮增压发动机；3. BMW M TwinPower Turbo 3.0L直列六缸发动机。
这些发动机都采用了先进的技术，例如电控燃油喷射系统、涡轮增压系统、可变气门正时系统等。
其中，气缸壁材料、缸内喷射和点火系统对于高性能气缸发动机的性能具有重要影响。
第三章：气缸壁材料对高性能气缸发动机的影响气缸壁材料是气缸发动机的重要组成部分，它直接影响到发动机的效率、功率和寿命。
传统的气缸壁材料主要是铸铁和铜铅合金，但这些材料的热导率低、承受高温能力差、摩擦系数大等问题限制了其性能的提高。
因此，近年来发展了一系列新型气缸壁材料，例如铝合金氧化层材料、硅化类陶瓷涂层材料、氮化钛合金材料等。
其中，铝合金氧化层材料具有较高的热导率、强度和耐磨性能，但其耐腐蚀性能较差。
硅化类陶瓷涂层材料具有良好的耐腐蚀性能和高温性能，但其涂层厚度较大、涂层间断的问题限制了其应用。
基于Miller循环的缸内直喷汽油机性能研究
Research on Performance of Gasoline Direct Injection Engine Based on Miller Cycle 作者： 金明[1];黄昭明[2];潘金元[3];陈伟国[3]
作者机构： [1]安庆职业技术学院机电工程系,安徽安庆246003;[2]河海大学文天学院机械工程系,安徽马鞍山243031;[3]奇瑞汽车股份有限公司汽车工程技术研发总院,安徽芜湖241006
出版物刊名： 韶关学院学报
页码： 47-51页
年卷期： 2017年 第3期
主题词： 进气凸轮包角;GDI缸内直喷;Miller循环;一维仿真计算模型
摘要：针对一款进气凸轮包角为190°CA的2.0 T GDI缸内直喷奥拓循环汽油发动机,采用BOOST软件建立了一维性能仿真计算模型,在对模型进行标定的基础上,仿真计算了150°CA、170°CA进气凸轮包角所实现的Miller循环发动机的动力性和经济性.研究结果表明,所建立的一维仿真计算模型能够较为精确的模拟缸内直喷汽油机的比油耗、功率及扭矩;采用150°CA、170°CA进气凸轮包角的发动机相比于190°CA进气凸轮包角的额定功率有所下降,且150°CA和170°CA进气凸轮包角需采用更高的增压比;随着进气凸轮包角的减小,外特性工况油耗依次上升,但部分负荷的油耗随着进气包角的减小而显著改善.。
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88·J力；②减小火花塞间隙防止积炭；③采用两段直径中心电极来改善自洁能力；④采用半表面放电型设计(见下文)来改善自洁能力。
⑶高的点火性能和耐久性：为了实现分层稀燃，必须确保在稀混合汽中稳定可靠地点火，因此要求火花塞具有高的点火能量和较长的火花持续时间，并用铱合金的触点来提高火花塞的耐久性。
2.4.2．缸内直喷式汽油机火花塞技术的现状图37示出了目前缸内直喷式汽油机使用的两种火花塞：铱合金电极的标准型火花塞和半表面放电型火花塞。
它们与进气道喷射汽油机使用的火花塞是有区别的，在维修保养时绝不能任意换用。
⑴标准型火花塞：这种伸长型火花塞的接地电极伸入燃烧室较深，故将铜芯嵌入电极以提高其散热性，并通过增大金属端部的截面缩短电极本身的长度。
另一方面当部分负荷充量温度较低并进行分层燃烧时，需防止积炭，为此采用带有较长直形绝缘体和较小顶端直径的电极，以提高其局部温度。
为了防止积炭，采用两段直径的电极并减小火花间隙。
采用上述措施后，即使在容易产生积炭的分层燃烧时也能获得良好的点火性能和耐久性。
但是采用的细长电极的耐久性较差，故采用贵金属替代原有材料，考虑到缸内直喷式汽油机都使用高能点火线圈，因而采用抗烧蚀性好的铱合金电极来提高耐久性。
然而这种标准型火花塞对连续积炭的自洁能力仍然不足，必须采用进一步的改进措施。
⑵半表面放电型火花塞：和标准型火花塞一样，它也是伸长型的，火花塞的过热问题依然存在，为防止接地电极过热也采用伸长的金属壳，不过其接地电极比标准型火花塞短，因此不再需要如前所述的带铜芯电极。
但是，由于火花发生在紧靠绝缘体顶端表面的周边，因此即使发动机在可能形成积炭的工况下运行，也具有优异的自洁效果。
与标准型火花塞相比，这种火花塞在减少阻抗的下降和抗积炭性能方面更优越，因此在直喷式汽油机上表现出良好的使用性能，尤其是在发动机怠速和分层燃烧运行状态。
不过，这种半表面放电型火花塞优异的自洁效果是以电极之间放电时在绝缘体顶端表面形成沟槽为代价的，从而成为其潜在的弱点。
缸内直喷式汽油机比进气道喷射汽油机的压缩比高，更容易出现沟槽。
(接上期)2.4．点火系统2.4.1．缸内直喷式汽油机对火花塞的要求如图14所示(见本刊第4期)，现代缸内直喷式汽油机的点火系统普遍采用分缸独立高能点火系统，各缸的高能点火线圈直接与火花塞相连，与现代先进的进气道喷射汽油机无异，但是对火花塞提出了比进气道喷射汽油机更高的要求：⑴高的耐热性能：为了实现分层燃烧，混合汽应有足够的时间暴露在火花塞触点周围，点火点应尽量深入到易于点燃的足够浓的混合汽区域，并且为了保证稳定可靠地点燃，火花塞电极周围处于着火界限内的混合汽区域应足够大，因此缸内直喷式汽油机的火花塞要位于燃烧室较深的部位，其端部的温度也要比进气道喷射汽油机更高，因而必须具有更高的耐热性能。
为了使火花塞能够更好地散热，采用以下措施：①采用突出的金属壳来降低接地电极的温度；②采用铜芯接地电极来传热。
⑵高的抗积炭性能：分层燃烧时，较浓的混合汽集中在火花塞周围，特别是油束引导的分层燃烧过程喷射的油束会直接碰撞到火花塞，导致火花塞更容易积炭，这将会降低火花塞的绝缘性能而引起漏电，从而导致火花塞不点火，因此缸内直喷式汽油机用的火花塞应具有自洁能力和高的抗积炭性能。
为此，采用以下措施来提高火花塞的抗积炭性能：①采用直径较小的直形绝缘体末端改善自洁能范明强(本刊专家委员会委员) 教授级高级工程师，曾任中国第一汽车集团公司无锡研究所发动机研究室主任、湖南奔腾动力科技有限公司轿车柴油机项目部总工程师、无锡柴油机厂高级技术顾问和多所高校客座教授。
现代缸内直喷式汽油机(六)文/江苏 范明强标准耐久型半表面放电型类型特征优点缺点·突出的跳火间隙·铜芯接地电极·两段直径中心电极·铱合金电极·细长的直形绝缘体端部·伸长的金属壳·突出的跳火间隙·2个接地电极·半表面放电·伸长的金属壳耐久性好抗积炭差抗积炭好沟槽影响耐久性图37 目前用于缸内直喷式汽油机的火花塞8·耐久试验后绝缘体上大量的沟槽形成沟槽的影响因素电火花中心电极绝缘体电火花接地电极·半表面放电·多火花·火花强度·压下火花图38 缸内直喷式汽油机半表面放电型火花塞形成的沟槽图39 增大火花塞固有电阻可减少沟槽的形成耐久试验后绝缘体上的沟槽0k Ω 1.5k Ω5k Ω较大← 电容放电电流 →较小耐久试验后绝缘体上的沟槽1个接地电极2个接地电极4个接地电极严重← 沟槽形成 →轻微图41 增加接地电极的数量可减少沟槽的形成严重←沟槽形成→轻微火花路径集中火花路径分散长短图42 缩短中心电极的突出长度可减少沟槽的形成耐久试验后绝缘体上的沟槽半表面放电型混合型仅半表面放电空气放电和半表面放电严重←沟槽形成 →轻微图43 混合型火花塞可减少沟槽的形成接地电极分散的粉末中心电极金属氧化物电火花(碰撞的离子)飞溅的原子电火花绝缘体·氧化物薄膜是一种半导体·电容放电电压降低·电容放电电流降低沟槽形成减少(在火花塞温度较高时)(在火花塞温度较高时)氧化物薄膜绝缘体图44 金属氧化物镀层减少沟槽的形成中心电极接地电极重叠尺寸A绝缘体耐久试验后绝缘体上的沟槽A=0mm A=0.5mm严重←沟槽形成→轻微图40 增大接地电极与中心电极绝缘体的重叠尺寸可减少沟槽的形成火花路径集中火花路径分散3个接地电极半表面放电型火花塞(3-SSD)4个接地电极半表面放电型火花塞(4-SSD)3个接地电极混合型火花塞铂合金改进材料铂合金铂合金铂或铱合金中心电极直径φ2.2空气间隙0.6中心电极直径φ2.0空气间隙0.6中心电极直径φ2.2主间隙0.9 子间隙0.5·半表面放电·3个接地电极·改进后的中心电极材料·铂合金(镀层)·半表面放电·4个接地电极·铂合金(圆片)·半表面放电和空气放电(混合型)·铂合金或铱合金图45 三种长寿命半表面放电型火花塞目前，电极烧蚀是缩短火花塞使用寿命的主要原因，过多的沟槽将导致抗高温能力下降，加速火花塞的损坏，这是在缸内直喷式汽油机维修保养中经常会遇到的毛病。
2.4.3．缸内直喷式汽油机火花塞技术的改进目前，缸内直喷式汽油机广泛应用的半表面放电型火花塞在绝缘体顶端表面形成沟槽已成为影响火花塞耐久性的重要因素，必须予以关注和改进。
半表面放电型火花塞的沟槽是由于在中心电极与接地电极之间产生的电容放电使端面的绝缘材料剥落而形成的(图38)。
电容放电的电压和次数、火花强度与持续时间是形成沟槽的主要因素，而燃烧室中的压力、气体流动和温度是其外在因素。
增大火花塞的固有电阻(图39)、接地电极与中心电极绝缘体的重叠尺寸(图40)和接地电极的数量(图41)以及缩短中心电极的突出长度(图42)，或采用空气放电电极火花塞与半表面放电型火花塞相结合的混合型火花塞(图43)都能减少沟槽的形成。
此外，用金属氧化物半导体材料镀覆放电表面，能够降低火花塞的跳火电压减少沟槽的形成，但是当火花放电时这种镀层会快速消失。
为了防止镀层脱落，利用NTC(负温度系数)热敏电阻具有电阻随温度升高而降低的特性，采用含有这种热敏电阻材料的金属制成中心电极。
在跳火过程中来自中心电极的分散粉末飞溅到绝缘体表面形成氧化物薄膜，从而降低跳火电压(降低4.0kV)来减少沟槽的形成(图44)。
采用上述改善沟槽形成的方法，开发出了三种新型长寿命的半表面放电型火花塞(图45)：①3个接地电极的半表面放电型火花塞；②4个接地电极的半表面放电型火花塞；③3个接地电极的混合型火花塞。
90·J功能(图48)，通过进气空气质量流量计(进气空气质量流量信号)和安装在三元催化转化器前的λ传感器(氧传感器)(排气中氧分压信号)来调节喷油量，以实现所需要的精确的过量空气系数。
这些基本知识在进气道喷射汽油机的使用和维修实践中已为大家所熟悉，在此不再详述。
但是为了能更好地理解下文中有关分层稀燃直喷式汽油机的排气后处理，在此我们不妨回顾一下，为什么均质(λ=1)燃烧直喷式汽油机能应用三元催化转化器同时高效地净化这三种主要污染物CO、HC和NO X 。
在三元催化转化器中进行CO、HC和NO X 净化主要是通过如下的氧化和还原化学反应来实现的：①CO和HC的氧化反应：CO+O 2→CO 2CO+H 2O→CO 2+H 2C X Hy+O 2→CO 2+H 2O ②NO的还原反应：NO+CO→CO 2+N 2NO+H 2→HO 2+N 2NO+C X Hy→CO 2+H 2O+N 2三元催化转化器(图49)的芯子由圆形或椭圆形的蜂窝状多孔陶瓷(MgO 2、Al 2O 3、SiO 2)载体及其表面的催化涂层所组成，其体在实际运行中，它们都显示出了优良的自洁能力，具有高的抗积炭能力和耐久性，能确保分层燃烧过程的稳定性，特别是带有3个接地电极的混合型火花塞，能满足现代缸内直喷式汽油机分层燃烧等更为严酷的运行条件。
2.5．排气后处理系统在前面1.1节中已经介绍过现代缸内直喷式汽油机按照混合汽形成和燃烧过程的不同，可以分成均质燃烧(所有运转工况)和分层燃烧(确切地说应是部分负荷时的分层燃烧+中高负荷时的均质燃烧)两大类。
由于它们的混合汽形成和燃烧过程有很大差异，导致这两种缸内直喷式汽油机的排气成分及其后处理系统也有很大的不同。
2.5.1．均质燃烧直喷式汽油机的排气后处理均质燃烧直喷式汽油机由于与进气道喷射汽油机一样，在所有运转工况都用化学计量比(λ=1)混合汽运行，无论是HC还是NO X 排放都与进气道喷射汽油机差不多(图46)，因此排气后处理相对比较简单，可采用进气道喷射汽油机已广泛应用的三元催化转化器系统来进行排气后处理。
在三元催化转化器中三种主要污染物CO、HC和NO X 能同时被高效地净化，其必要条件是发动机必须以化学计量比混合汽运行(即在λ=1左右的高效转化窗口范围内)(图47)，为此由发动机电控系统中的空燃比调节有效燃油耗，g /k W ·h进气道喷射气门机构部分可变(VANS)缸内直喷汽油机λ=1进气道喷射气门机构全可变缸内直喷汽油机λ＞1直喷式柴油机进气道喷射汽油机缸内直喷汽油机λ=1缸内直喷汽油机λ＞＞1高压喷射缸内直喷汽油机λ＞＞1空气辅助喷射直喷式柴油机H C 比排放量，g /k W ·h工况点：n=2000r/min,We=0.2kJ/dm 3直喷式柴油机缸内直喷汽油机λ＞1缸内直喷汽油机λ=1进气道喷射汽油机平均指示压力标准偏差直喷式柴油机缸内直喷汽油机λ＞1缸内直喷汽油机λ=1进气道喷射汽油机N O X 比排放量，g /k W ·h图46 各种汽油机的排放以及燃油耗和运转平稳性的比较9·积是汽油机排量的50%～80%左右。