汽油机缸内直喷技术发展的分析与研究
缸内直喷see
（2）三菱GDI基础技术 总体来说，三菱公司是采用了四个关键技术来实现 GDI的。立式吸气口使最理想的气流进入气缸；弯曲顶 面活塞通过对燃油空气混合气定形来控制燃烧；高压燃 料泵提供了缸内直接喷射的必要压力；而高压旋转喷射 器控制了燃料喷雾的蒸发和扩散。 这些基础技术与其他燃料控制技术的结合让三菱的GDI 发动机实现了低燃油消耗以及高功率输出。在下文将分 别进行详细介绍。
2.燃油供给系统的组成
1)低压油泵 低压油泵是电动泵,并联一个机械式燃油压力调节器,出口 压力为0.35MPa. 2)高压油泵 高压油泵由发动机的凸轮轴驱动在0.35MPa基础上将油压 提高到12MPa. 3)燃油蓄压器 用铝制成管状,上有用于连接高压油泵、喷油器、燃油 压力传感器和燃油压力控制阀。 4）燃油压力传感器 用于测定燃油蓄压器中的压力，测量电阻采用薄膜技术。
3.控制策略
1)按工况区分控制模式 GDI之所以能节油20％，主要是低 工况范围无节流损失的超稀薄燃烧，采用充气分层，而充气分 层离不开推迟喷油的配合。高工况范围恰恰相反，强调的是提 高转矩和功率，必须采取略稀或λ≤1的混合气。
2)转矩控制策略 低工况加速质调节 高工况加速量调节
3)模式切换策略 低工况质调节和高工况量调节两种模式间的切换需要进行 控制。 （1）切换前，节气门必须先关闭，进气压力下降，A/F↓， 此时必须避开A/F=19～23的禁区，质调节在A/F＜22（λ＜1.5） 左右时会产生黑烟;而采用变量调节时A/F超过19 （λ=1.3） 左右时会发生燃烧不稳定甚至缺火 .所以切换点要增加喷油量, 使A/F突变,迅速越过上述禁区 （2） A/F突然↓会使转矩突然↑，为使转矩保持恒定，必 须减小点火提前角，以抵消影响。
HC排量不高，在第2个工作循环时即可正常运转。
简述缸内直喷汽油机的原理
简述缸内直喷汽油机的原理
缸内直喷汽油机是一种燃烧室内部直接喷射燃油的发动机。
它的工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 进气阶段：汽缸内的活塞向下移动，使进气门开启，进入混合气。
此时，燃油喷射器关闭，只有空气通过进气道进入缸内。
2. 压缩阶段：活塞上升，压缩进入缸内的混合气。
这种压缩相对较高，确保了燃油完全燃烧。
3. 燃烧阶段：在活塞达到顶点的时候，燃油喷射器开始喷射燃油进入高压喷油器中，并喷射到燃烧室内。
喷油器通过压力和控制系统控制燃油的喷射量和喷射时间。
4. 排气阶段：燃烧后，气体产生高温高压，向外推动活塞下降。
此时进气门关闭，排气门开启，将燃烧后的废气排出缸外。
总体来说，缸内直喷汽油机通过直接喷射燃油进入燃烧室，使燃油可以更充分地与空气混合，提高燃烧效率和动力输出。
这种发动机具有燃油利用率高、动力强、排放少的特点，广泛应用于现代汽车。
缸内直喷式的汽油机工作原理
缸内直喷式的汽油机工作原理缸内直喷式的汽油机是一种高效的内燃机，它采用了直喷技术，能够更好地控制燃油的喷射和燃烧过程。
这种发动机结构简单，燃油的利用率高，能够在提供足够动力的同时减少尾气排放。
缸内直喷式汽油发动机的工作原理如下：1.压缩行程：在发动机的第一次行程中，活塞从上死点开始向下移动，压缩燃料和空气混合物。
在这里，燃油被喷入燃烧室的底部，然后与空气充分混合。
引入燃油的方式有两种：均质混合和分层注射。
2.点火和燃烧行程：当活塞接近下死点时，点火塞设备会在燃料喷射完成后自动点燃混合气。
点火塞会产生火花，点燃燃料和空气混合物，从而引发爆炸。
爆炸产生的高温和高压推动活塞向下运动，驱使曲轴旋转。
3.排气行程：在活塞运动向上行驶时，废气通过排气门排出。
通过排气管可以将废气导出汽车。
缸内直喷式发动机的特点是可以更好地控制燃油的喷射和燃烧过程，从而提高燃油的利用率和发动机的效率。
这是通过以下几点实现的：1.精确的燃油喷射：缸内直喷式发动机直接将燃油喷射到燃烧室内，而不是喷射到进气歧管。
这种直接喷射的方式可以更精确地控制燃油的喷射量和喷射时间，从而获得更好的燃烧效果。
2.高效的燃烧过程：由于燃油直接喷射到燃烧室内，混合气的温度和密度更高，形成更好的燃烧条件。
这种高温高压的燃烧过程可以提高燃油的利用率，并减少污染物的排放。
3.灵活的喷射方式：缸内直喷式发动机可以根据需要和条件灵活地调整喷射的方式。
根据引擎工作负荷和转速的不同，喷射可以采用均质混合和分层注射两种方式。
均质混合可以获得良好的燃烧效果，而分层注射可以提高低负荷工况下的燃油经济性。
缸内直喷式汽油发动机相比传统的多点喷射发动机具有更高的燃油利用率和更低的尾气排放。
同时，由于直喷系统更加复杂，需要更高的精确度和控制能力，因此缸内直喷式发动机的研发和制造成本也较高。
尽管如此，由于其高效节能和环保的特点，缸内直喷式发动机已经成为了主流的汽车发动机技术。
缸内直喷式汽油机燃烧特性分析
社 ,1986
环变动率较小 , 在
5 %左右 , 发动机运
转十分平稳 。从图
中可以看出 ,随着负 荷的增加 ,循环变动
图 2 发动机循环变动率
率降低 。这是因为当负荷增加时 ,循环供油量增加 ,
混合气变浓 ,火焰传播速度加快 ,降低了循环变动 。
从图中还可以看出 ,随着转速的增加 ,循环变动出现
了先增加后降低的趋势 。当转速较低时 ,采用分层
(1) 缸内直喷式汽油机的最大燃烧压力要高于 传统化油器式汽油机 ,最大压力升高率与传统化油 器式汽油机相当 ,且最大压力升高率所在的曲轴转 角在 5～10°CA A TDC 之间 ,处于较为理想的位置 , 燃烧具有较好的定容度和较高的热效率 ,能实现低 噪声柔和运转 。 (2) 缸内直喷式汽油机的燃烧循环变动在 5 % 左右 ,发动机运转十分平稳 。
燃烧的方式 ,火焰能否快速稳定地传播依赖于混合
气的浓度分布 ;当转速增加时 ,缸内气流运动增强 ,
导致火花塞间隙附近混合气浓度和气流速度的变动
增加 ,使循环变动加大 ;当转速进一步增加时 ,发动
机采用均质混合气预混燃烧的方式 ,混合气在缸内
均匀分布 ,因此缸内气流运动的增强能加快火焰的
传播速度 ,可以降低循环变动 。
(3) 缸内直喷式汽油机采用均质预混合燃烧时 , 曲线的形状与传统的预混和汽油机的放热率曲线完 全一致 。
(4) 采用分层燃烧 ,当转速和负荷较高时 ,与传 统的预混和汽油机的放热率曲线相似 ,但是燃烧初 期速率明显要高于传统的预混和汽油机 ;当转速和 负荷较低时 ,瞬时燃烧率曲线存在类似柴油机燃烧 率曲线的双峰 ,存在比较明显的扩散燃烧 。
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。
基于仿真的缸内直喷汽油机燃烧系统的开发与改进
关键词 ： 汽油 直接 喷射 ； 合气形 成 ； 混 浓度 分布 ； 流 ； 动能 滚 湍
Ｔｈ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｆＣｏ ｕ ｔ ｎ Ｓ ｓｅ ｅ Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔａ ｄ Ｉ ｒｖ ｍｅ ｔｏ ｍｂ ｓｉ ｙ ｔｍ ｏ
ｉ ｎ ａ ＧＤＩ Ｅｎ ｉ ｅ Ｂａ ｅ ｎ Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｇｎ ｓ ｄ ｏ ｉ ｌｔｏ
汽
车
工
程
２１年（ ３ ０ １ 第 ３卷 ） １ 第 ０期
Ａｕｔｍｏｉ ｅＥｎ ｉ ｅｉ ｇ ｏ ｔｖ ｇｎｅ ｒｎ
２ １ ７１ ０１ ｌ
基 于仿 真 的缸 内直 喷汽 油 机燃 烧 系统 的开 发 与改 进
叶伊 苏 王伟 民 王兆 文 ， 帅韬 ， ， 一章
（ ．东风 汽 车公 司技 术 中心 ， 汉 ４ ０ ５ ； ２ １ 武 ３０８ ．华 中科 技 大 学 能 源与 动 力工 程 学 院 ， 武汉 ４ ０７ ３０ ４）
Ｙ ｅ Ｙｉｕ ｓ ．Ｗ ａ ｅｍ ｉ ｎｇ Ｗ ｉ ｎ ，Ｗ ａ ｇ Ｚｈ ｏ ｅ ’ ＆ Ｚｈａ ｈｕ ｉａ ｎ ａ ｗ ｎ ｒ ｒｔ ｎ ｕ ａ ４ ０ ５ ； ． ｅｈ ｉ ｌ ｎ ｒｆＤ ｎｆｎ ｏ ｏａｉ ，Ｗ ｈ ｎ ３０ ８ ｃ Ｃ ｅｏ ｐ ｏ
广泛应 用在 Ｇ Ｉ Ｄ 汽油机燃 烧 系统开 发 中。
刖 舌
１ Ｇ Ｉ 油机 的燃 烧 系统 Ｄ 汽
［ 摘要 ］ 以某款采用均质混合气燃烧模式 的缸 内直喷汽油机燃烧 系统 的开发为例 ， 介绍 了 Ｃ Ｄ技术 在喷雾模 Ｆ
拟 中的 应 用 。首 先 对 喷 油 器 的 喷雾 模 型 进 行 试 验 标 定 ， 后 将 标 定 好 的模 型 应 用 到缸 内 瞬 态 流 动 和 喷 雾 仿 真 中 。 然 对 最 大转 矩 点 （ ０ ｒｒ ｎ 和 额定 功 率 点 （ ０ ｒｍｎ 两 种 工 况 下 的 缸 内 流场 、 合气 形 成 过 程 和 点 火 时 刻 的 浓 度 １ ０／ ｉ） ８ ａ ５５０／ ｉ） 混 分 布进 行 详 细 分 析 ， 提 出 了改 进 建议 。最 后 对 改 进 方 案进 行 模 拟 ， 果 显示 混 合 气 形 成 质 量 明 显 改善 。 并 结 ‘
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。
第三章缸内直接喷射技术
• (2)压电直喷技术 • 目前的缸内直喷发动机都存在分段控制模式—— 低转速时使用分段多次喷射燃烧,高转速下不使用。
–主要原因是目前的喷油器都是螺旋线圈电磁控制式的, 在高转速状态下,喷油时间要求极短,喷油器响应速度 并不适合太高转速。
• 因此,奔驰开发了压电触发的喷油器。
–利用活塞在压缩行程的压力,通过压力变形下的微弱电 信号,经过放大电路放大后控制阀门开闭。压电喷油器 百万分之一秒的反应时间,使喷油器基本的多点分层喷 射成为可能,在每次压缩的短时间内,再分为多次喷射, 特别是高转速下,也同样有分段喷射,从而得到更理想 的稀薄燃烧,这对提高发动机燃烧效率是至关重要的。
8
• 3.缸内直接喷射技术的问题 • 缸内直接喷射技术存在的一个主要问题是废气后 续处理。在分层充气模式和均质稀薄充气模式中, 传统的闭环三元催化转化器不能快速地将燃烧过 程中产生的氮氧化物转换成氮气。
–开发了氮氧化物存储式催化转化器后,才使得排放废气 符合欧Ⅳ废气排放标准。在该系统中,氮氧化物被暂时 地储存在转换器中,然后系统性地转换成氮气。
21
• (1)燃油供给与喷射系统
–CGI发动机上使用的高压压电喷油器,采用几微米宽锥 状环形喷孔, 塑造一个稳定的、非常理想的从浓到稀 的喷雾效果。在喷射时,还可以吸收周边紊乱的空气颗 粒,进入燃油喷射的层与层之间,形成一个理想的点火 前状态。 –CGI发动机还包括高压燃油泵以及后面的燃油导轨以及 其中的燃油压力调节阀,它们为系统提供稳定的燃油。 在燃油导轨中,峰值燃油压力可以达到20MPa,约是普通 电喷汽油发动机的70倍,比一些其他缸内直喷发动机也 高得多,这样做的目的就是为了分层喷射时有理想的喷 雾效果,在高转速下有足够量的汽油供给。而且由于在 喷射瞬间,导轨内的压力不可避免会出现瞬间下降,高 压也会让这种瞬间压力变化减小,喷射也就更加精确无 误。
汽油发动机技术发展趋势分析报告
汽油发动机技术发展趋势分析报告汽油发动机技术发展趋势分析报告一、引言汽油发动机作为内燃机的一种，一直以来都是主流的动力装置之一。
随着汽车工业的快速发展，人们对发动机的性能和环保要求也越来越高。
本报告将从几个方面对汽油发动机技术的发展趋势进行分析，以期为未来的发动机研发提供指导。
二、技术发展趋势1. 提高燃烧效率燃烧效率的提高可直接增加发动机的功率和燃油利用率。
这是汽油发动机技术发展的重要方向之一。
目前，直喷技术是提高燃烧效率的主要手段之一。
通过将汽油直接喷射到气缸内部，可以更好地控制燃油的分布和混合，使燃烧更加充分。
此外，采用高压缸内直喷和柔性喷油系统等技术也可以进一步提高燃烧效率。
2. 减少排放排放控制是环保性能的重要指标之一。
汽油发动机技术的发展要求减少氮氧化物（NOx）、碳氢化合物（HC）和颗粒物（PM）的排放量。
目前，利用催化转化和废气再循环等技术已经能够有效地减少排放。
此外，采用先进的排气净化装置，如氧化催化转化器和颗粒捕集器等，也是减少排放的重要手段。
3. 提高动力性能汽油发动机的动力性能一直是用户关注的焦点。
为了满足市场需求，发动机制造商不断努力提高动力输出。
通过改进气缸设计、增大气缸容积、优化排气系统等方式，可以提高发动机的功率和扭矩。
此外，采用涡轮增压技术可以进一步提高发动机的动力输出，为用户提供更好的驾驶体验。
4. 提高燃油经济性燃油经济性是汽油发动机技术发展的重要方向之一。
随着石油资源的日益稀缺和油价的持续攀升，节能减排已成为社会的共识。
为了提高燃油经济性，发动机制造商正在通过降低发动机内部摩擦、减小排气阻力、提高热效率等方式来改善燃油经济性。
此外，采用混合动力和纯电动技术也可以进一步提高燃油经济性。
5. 推动新能源汽车发展随着环境问题的日益突出，新能源汽车已经成为未来汽车发展的重要方向之一。
虽然电动汽车在环保性和能源利用方面占据优势，但仍存在续航里程有限等问题，而汽油发动机由于其功率密度高、储油量大等优势，仍具备广阔的市场需求。
汽车发动机新技术的开发与展望
汽车发动机新技术的开发与展望近年来，汽车技术的发展飞快，特别是对于发动机技术的研发更加注重，以改善燃油效率和减少排放为目的。
下面我将介绍一些新兴技术以及未来的发展方向。
一、缸内直喷技术传统的汽车发动机采用的燃油喷射方式是在进气道的气流中加入燃油，然后在汽缸内进行混合燃烧。
而缸内直喷技术则是将燃油直接喷射到汽缸内，这种喷射方式比传统的喷射方式更为高效，能够提高燃油利用率并降低排放。
缸内直喷技术还具有调控发动机功率和油耗的作用。
它可以根据车速、转速等不同的行驶状态进行燃油喷射量的控制，从而实现不同动力输出和油耗要求。
二、电动增压技术在传统汽车车型中，增压技术是通过机械方式实现的，从而增加发动机的输出功率。
电动增压技术则是通过电机代替传统的机械增压器，让增压器旋转时的操作更加灵活和快捷。
电动增压技术的主要优点在于其快速响应和可变增压能力，它可以根据汽车行驶状态的变化即时进行调整，从而实现更加精准的提速和油耗控制。
三、质子交换膜燃料电池技术质子交换膜燃料电池技术已经成为汽车发动机的一项新兴技术。
它能够将氢和空气作为燃料在电池中反应，然后将能量转化为电能，并将水作为唯一的废气排放物质。
相对于传统内燃机，燃料电池的优势在于其高效、清洁和可持续能性。
尽管目前还存在一些技术和成本上的挑战，但燃料电池作为汽车未来发展的趋势是可以预见的。
四、电力化技术汽车电力化已经成为汽车企业的一项研究重点。
传统的汽车发动机主要依靠燃油来提供能源，而电动发动机则通过电池储存的电能来提供动力。
这种技术能够更加灵活地调控车速、强化启动加速性能，同时还能够降低噪声和减少碳排放。
尽管目前电动汽车的成本和性能还存在一些局限性，随着新的技术的推出和成本的下降，电动化将成为未来发动机技术的中心领域。
未来发动机技术的发展趋势在于提高燃油效率和降低碳排放，为汽车行业的可持续发展贡献力量。
通过不断的技术研发和开发，“技术驱动”的汽车行业将实现更加强大的发展，并为人类的未来带来更加美好的生活。
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。
缸内直喷式的汽油机工作原理
缸内直喷式汽油机工作原理
一、燃油喷射系统
缸内直喷式汽油机的燃油喷射系统与传统的汽油机有所不同。
在缸内直喷式汽油机中，燃油喷射器直接将燃油喷入汽缸内，而不是像传统汽油机那样将燃油喷入进气歧管。
这种设计使得燃油能够在压缩冲程后期与空气混合，为燃烧过程提供了更佳的条件。
二、燃烧过程
缸内直喷式汽油机的燃烧过程更加高效。
由于燃油直接喷入汽缸内，因此能够更好地控制燃油的喷射量和喷射时间，使得燃油能够更好地与空气混合。
这种设计使得缸内直喷式汽油机的燃烧温度更高，从而提高了发动机的功率和扭矩。
三、空气流动
在缸内直喷式汽油机中，空气流动也与传统的汽油机有所不同。
在传统的汽油机中，空气通过进气歧管进入汽缸内，而在缸内直喷式汽油机中，空气通过进气门进入汽缸内。
这种设计使得缸内直喷式汽油机能够在更高的压力下工作，从而提高了发动机的压缩比和效率。
四、控制系统
缸内直喷式汽油机的控制系统也是其工作原理的重要组成部分。
这种控制系统可以精确控制燃油的喷射量和喷射时间，使得发动机能够在各种工况下都能够保持最佳的工作状态。
同时，控制系统还可以根据发动机的工况和驾驶员的需求来调整发动机的功率和扭矩输出，从而提高了驾驶体验和燃油经济性。
总之，缸内直喷式汽油机的工作原理涉及到燃油喷射系统、燃烧过程、空气流动和控制系统等多个方面。
这些方面的协同工作使得缸内直喷式汽油机具有更高的功率和扭矩输出、更佳的燃油经济性和更低的排放等优点。
缸内直接喷射汽油机的新技术
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Ｍｕａｈ ｎ ｔｕｅｏ ｅ ｈ ｏ ｇ Ｓｍｄ ｏ ｉ ｓｓ ｉＩｓ ｔｔ ｆＴ ｃ ｎ ｌ ｙ ｉ ｏ ｌ ｏ Ｔａ ｘｏ
性最有前途的对策。
２ ＧＩ Ｄ 发动 机 的研究开发
如何在各种运行工况下精确地控制燃油的喷雾特 性， 并组织气流运动 ， 在火花塞附近形成可燃 混合气 ， 实现燃油 的合理分布， 以保证在各 种工况下都能正常 点火并稳定燃烧是 Ｇ Ｉ Ｄ 的关键技术 ． 也是其难点所在 。 目 ＧＩ 前 Ｄ 发动机的研究 ， 正是围绕着这个核心问题 ， 分 别从燃油 喷射系统 的开发 、 燃烧 系统的设计 、 混合气形 成的基本理论研究 、 燃烧排放特性研究和控制等几方
Ａ ｓｍａ Ｔ ｉ ｐｐ ｒ ｎ ｏｕｅ 哪 ｐ。 ａｄｕ ０ ｎｏｖｄｐｏｌ ｓ ｆ ａｏ ｎ ｉｃ ｉ ｅｔ ｎｅｇ ｅ ｂｔ ｔ ｈ ａｅ ｔ ｄｃｓｎ Ｉｇ ｓ ｉｒ ｎ ｐｔ ｎｗｕ ｓｌ ｒｂ ｍ ｓｌ ｅ ｒ ｔｎ ｃｏ ｎ ｉ ｓ ｏ ｅ ｅ ｏｇ ｉ ｄｅ ｊ ｉ ｎ
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２Ｏ Ｏ２年（ ３ 卷 ） ２期 第 ｌ 第
小
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缸 内直接 喷射汽油机 的新技术
清华大学
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王燕军
王建昕
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武藏工业大学
首藤登志夫
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摘要
本 文从 燃 油喷射 系统、 燃烧 系统 、 合 气形 成 的基 础 理论研 究 、 烧 和排放 等 几 方 面介 绍 了汽 油 混 燃
新型燃油喷射缸内直喷二冲程汽油机的研究与开发(续2)
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油耗最少 ； 在点 火提 前角 不是 特别 大 的时候 ， 对 而 它
一
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Ｈ Ｃ和 Ｃ Ｏ的影 响不 大 。 这是 因为 当点 火 提前 角非 常 小 时 ， 燃 严 重 ； 当点 火 提 前角 太 大 时 ， 内燃 烧 后 而 缸
大部 分 在上 死 点 以前 就 完 成 了 ， 而活 塞 消耗 的压 从
２
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ｌ
ｌ
０
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ｌ ２５
ｌ５ ４５ ５５ ｌ ３ ｌ ６ 如 ｌ ５ ０ ｌ 如 如ｌ ４ ６ ５ ８ ２
０，
０． ５ ６
０． ５ ７
０． ５ ８
０． ５ ９
Ｇ （ ｇ ｈ 一 】 ／ ｋ ／ ＼ ｝ ｃｚ ｒ｛ ０×餐 ｝ 一） ｝
３０ ７
缩负 功 增加 ， 使得 油 耗 升 高 。但 是 若 点 火提 前 角 太
大则会 引起爆 震从 而使 Ｈ Ｃ升 高 ，随 着点 火 提前 角
３０ ６
鲫 ０
∞ ０
∞ Ｏ
加 ０
０
的增 大 ， 内温 度 上 升 ， Ｏ 就会 相 应 升 高 ， 过 总 缸 Ｎ 不
一 ．× ００ 餐 一 一 ＼ ｝ ０ｚ． ｝ ｝ ｒ｛ 】 ｌ３ ０ ０ 一．× 餐 ０｜ ０ｅ ／ ）
发动机技术解析缸内直喷与缸外直喷的优劣
发动机技术解析缸内直喷与缸外直喷的优劣发动机技术一直是汽车制造商和消费者关注的热点之一。
其中，缸内直喷和缸外直喷这两种燃油喷射技术备受关注。
它们分别在汽油和柴油发动机中被广泛应用。
本文将对这两种喷射技术的优劣进行解析和比较。
一、缸内直喷技术缸内直喷技术是将燃油喷射器直接安装在汽缸内（柴油发动机）或燃烧室（汽油发动机）内部。
其优势主要体现在以下几个方面：1. 燃烧效率提升：缸内直喷技术可以实现更高的压缩比和更精确的燃油控制，从而提高燃烧效率和动力输出。
2. 减少污染物排放：由于燃油喷射直接进入燃烧室，缸内直喷技术可以更好地控制燃烧过程，减少尾气中产生的有害物质排放。
3. 提高燃油经济性：缸内直喷技术可以更有效地利用燃油能量，降低燃油消耗，从而提高燃油经济性。
缸内直喷技术的缺点是：1. 发动机噪音较大：由于燃油喷射直接进入燃烧室，可能会产生较大的喷油噪音。
2. 燃油喷射器易受污染：喷油器直接暴露在燃烧室的高温和高压环境下，容易受到燃烧残渣的污染，进而影响喷油效果。
二、缸外直喷技术缸外直喷技术是将燃油喷射器安装在燃烧室外部，通过进气门将燃油喷射到汽缸内（柴油发动机）或燃烧室（汽油发动机）内。
下面是缸外直喷技术的优势和不足之处：优势：1. 降低噪音和振动：相比缸内直喷，缸外直喷技术可以减少喷油噪音和振动，提升发动机的舒适性和可靠性。
2. 降低碳积垢：由于燃油喷射器远离燃烧室，不易受到燃烧残渣的污染，减少发动机碳积垢的形成。
不足：1. 燃烧效率相对较低：燃油喷射到燃烧室之前会与进气气流混合，这可能会降低燃烧效率，从而影响动力输出和燃油经济性。
2. 排放污染物增加：缸外直喷技术中，燃油喷射到进气道上，容易形成积炭，导致排放污染物的增加。
综合比较：缸内直喷和缸外直喷技术各有优劣，具体应用取决于车辆制造商的需求和设计选择。
在柴油发动机中，由于其燃烧方式和压力要求较高，缸内直喷技术被广泛应用。
它可以提高燃油经济性和动力输出，同时减少尾气排放，符合环保要求。
缸内直喷式汽油机的研究进展及技术难点
报道 可 以实现 负荷从 中小 区域 向大负荷 医的平稳 过 渡 ， 可 以降低 缸 内气 体温 度 ， 而抑制 了爆 震 的发 并 从 生 ， 加 了功率 的输 出＿－Ｊ 增 】３。
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Ｇ Ｉ Ｄ 发动机超稀薄空燃 比的利用和工作方 式
的改变 有不少 优点 ， 如取消 节 流降低 了泵 吸损 失 ， 燃 油 蒸发 引起 的缸 内温度 降低 ， 高 了汽 油机 可 工作 提 的压缩 比 ； 油在进 气行程 中对 进气 的冷却 ， 高 了 燃 提 充 气效 率 等。这些 优点 使得 它 的燃 油经 济性 可以提 高 ２ ％左 右 ， ５ 动力输 出也 比进 气 道 喷 射 的汽 油机 增 加 了将 近 １ ％ 。另 外 ． 高 的 瞬 态 响 应能 力 、 确 ０ 提 精 的空燃 比控 制 、 速 的玲 启 动 和减速快速 断 油能 力 、 快 潜 在的系统 进一 步优化 能力 都显 示 了它 比进 气道 喷 射 汽油机 的优越 性 ｊ 。
维普资讯
行 业 综 述
缸 内 直 喷 式 汔 油 柚 硇 研 穷 进 展 及 技 市 难 点
孙 勇， 王燕 军 。 建昕 。 王 帅石 金
（ 清华大学 汽车工程系 汽车安全与节能国家重点实验室 ， 北京 １０８ ） ００４
摘要： 在概述 缸内直喷汽油机研究的共同点的基础上， 详细分析 和讨论 了 近几 年来缸 内直喷汽 油机在 燃油喷射 系 统、 燃烧 系统 设计 、 油气混台 基础研 究 烧和排放几方 面所取得 的新进 展 以及 目前 尚未 解决的 技术难 点 ， 出较 燃 指
高的 放将 是制约缸内直喷汽油机发展的关键。 关键词 ： 汽油机 ； 缸内直接喷射 ； 展 进 中围分类号 ： Ｋ １ Ｔ ４９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ０ ４ ４ ２０ ）１ ０ ６— ５ ｉ ０ —６９ ｛０ ２ ０ —０ ０ ０
浅谈基于汽油机缸内直喷技术的发展与排放研究论文
浅谈基于汽油机缸内直喷技术的发展与排放研究论文浅谈基于汽油机缸内直喷技术的发展与排放研究论文随着石油资源越来越紧缺和近年来全球汽车总保有量日益增多,环境污染加剧,所以G D I技术的发展就是对排放控制必然的结果。
因为汽油的燃烧效率低,所以各大汽车制造企业都在研究, 采用不同途径来改进汽油的作功效率。
经过4 0多年的发展, 喷油器位于进气岐管内的汽油喷射(PFI)发动机现被广泛使用,其特点是:利用三效催化器的化学反应,稀有金属铂、钯、铑等与CO、HC和NOx等进行氧化、还原作用,变成无害的H 2O 、CO2、N2气体,排放到大气中,从而达到降低污染的目的,该汽油喷射缺点是:燃油经济性较差。
针对上述技术的限制,工程师开发出GD I技术,该技术的优势在于:在PFI技术的低排放基础上, 同时兼备有柴油喷射的负荷高时,燃油经济优良的特点;因此,近些年来,G D I发动机在高、中档轿车上逐渐使用,随装车数量的增加,制造成本的下降,G D I发动机会成为主流技术的代表,得以广泛应用。
1 GDI发动机特点与传统P F I的区别是:G D I发动机在压缩冲程中,通过安装在汽缸顶部的喷油器,将高压的汽油喷人气缸中, 汽油分子与缸内空气充分接触, 通过吸收进入空气的热量,得以蒸发;与P F I发动机的汽缸壁面吸热相比,混合气的温度大为下降,因此,GDI发动机进气状况明显改善, 发动机燃烧时的爆震现象也大为降低。
GDI发动机在传统P FI发动机基础之上,在控制原理和发动机构造都采取方案优化, 从而实现了燃烧机理和混合方式得以改进,达到节能和减排。
2 缸内直喷发动机分类及混合气原理( 1 )分层燃油喷射汽油机。
G D I系统,因为燃油是分层燃烧( F u e lStratified Injection)故又称为FSI系统。
FSI系统的诞生, 实现了汽油机能像柴油机一样直接喷射燃油,并迅速混合点火燃烧。
分层燃烧比传统的P F I发动机的燃烧效率高,由于取消了传统的节气门, 实现了电子控制,节流损失也减少、发动机的升功率也得以提高。
缸内直喷技术
GDI发动机的喷油压力一般在 10-15MPa左右,以保证燃油雾化质量及合适的贯穿距离。高压油泵一般由安装 在进气凸轮轴上的 4山凸轮驱动,升程在 2.5-4mm之间,升程对高压油泵的选择十分重要,直接影响着冷起动时直 喷系统的建压时间,升程需根据发动机性能需求、滚轮挺柱寿命、驱动凸轮型线及制造工艺等因素综合设计,一般 3.5mm左右的升程即可满足使用需求。
直喷发动机燃油和空气混合主要有三种方式,即喷射引导、壁面引导和气流引导,具体见图中a、b、c所示。 发动机的喷油器设计在缸盖顶部,火花塞设计在发动机的侧面,此种方式称为喷射式引导,在火花塞周围易形成较 浓的混合气,这种布置方式比较适合于分层稀薄燃烧,具有较好的燃油经济性。壁面引导方式是喷油器侧置,火花 塞顶置,通过活塞顶部的特殊形状引导油束运动并与空气混合,此种方式可以在火花塞周围形成较大面积的可燃区 域。气流引导方式同样采用喷油器侧置、火花塞顶置的形式,利用进气时形成的滚流强化油气混合。壁面引导方式 和气流引导方式结构形式相似,多用于均质燃烧模式,可以由传统的 PFI发动机转化而来,可以实现与 PFI发动机 共用燃烧室及缸盖毛坯,是直喷系统的核心部件,喷油器在燃烧室内的布置方式、喷嘴结构形式、油束的喷雾形状都直接影响燃 油的雾化、油气混合及燃烧过程,最后影响发动机的性能。另外喷油器喷嘴置于燃烧室内,受燃油品质量影响较大。 如果燃油的油品质不好,燃烧不充分,极易生成积碳并堵塞喷嘴,影响喷雾质量及喷油器自身的寿命。
缸内直喷发动机的活塞顶面形状对燃烧室内气流的运动及混合气的形成有很大的影响,因此缸内直喷发动机都 将活塞作为关键部件进行重点的设计和开发。无论是壁面引导、气流引导还是喷射引导,都需要特殊的活塞顶面凹 坑相适应,从而达到较为理想的油气混合效果,形成油气浓度的均质分布或梯度分布,保证燃烧的顺利进行。
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“简要评语”栏缺填无效。
2. 任课教师填写后与试卷一起送院系研究生秘书处。
3. 学位课总评成绩以百分制计分。
目录汽油机缸内直喷技术研究与发展 (1)1简介 (1)2 缸内直喷技术特点 (1)2.1分层燃烧缸内直喷汽油机 (2)2.2匀质混合燃烧缸内直喷汽油机 (3)3 GDI发动机的技术现状 (4)3.1燃油供给和喷射系统 (4)3.2喷射模式 (5)3.3燃烧系统 (5)3.3.1“喷束引导法”(spray-guided system) (6)3.3.2 “壁面引导法”(wall．guided system) (6)3.3.3 “气流引导法”(flow-guided system) (6)3.4缸内空气运动的组织 (6)4 GDI发动机目前存在的问题 (7)4.1 排放问题 (7)4.2催化器问题 (7)4.3积炭问题 (7)4.4喷油器问题 (7)4.5控制策略问题 (7)5今后GDI技术研究开发方向 (8)5.1降低NOx排放的技术 (8)5.2二次燃烧技术 (8)5.3二次混合技术 (9)5.4均质混合压燃技术 (9)6 GDI技术的发展前景 (9)参考文献 (10)汽油机缸内直喷技术研究与发展100177唐文来指导教师王鸿翔摘要：本文通过实例介绍了汽油机缸内直喷(GDI)技术的发展背景、技术特点、技术现状、目前面临的难题以及今后技术研究工作的重点，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新技术的发展，进行了展望。
关键词：汽油机缸内直喷排放1简介随着石油资源越来越紧缺，人们对汽车的燃油经济性要求也越来越高，为此，一种新型的汽油机燃烧方式应运而生，即发动机稀薄燃烧技术，而实现稀薄燃烧的理想方式是缸内直喷分层喷油，即缸内直喷（GDI）。
直喷式发动机是在气缸内喷注汽油，将喷油器安装在燃烧室内，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做功，这种形式与直喷式柴油机相似，因此，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重大创举。
上世纪50年代，德国就研制了直喷二冲程汽油机，但由于当时内燃机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快速发展。
缸内直喷汽油机改变了混合机理。
可采用稀薄分层燃烧技术，有效地降低HC等排放。
直喷方式的油滴蒸发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。
缸内直喷式发动机的空燃比达到40:1，具有节省燃油、减少废气排放、提升动力性能，减少发动机震动、喷油精度的提高、发动机更耐用等优点，目前各汽车制造企业纷纷推出了各自的缸内直喷发动机，如大众公司的FSI（燃油分层喷射）、通用公司的SIDI（点燃式直喷）、丰田公司的D—4S、宝马公司的HPI（高压直喷）、三菱公司的GDI（汽油缸内直喷）、保时捷的DFI（直接燃油喷射）等。
这些缸内直喷式汽油机各有自身的特点，技术先进，都明显优于进气道喷射汽油机。
2 缸内直喷技术特点缸内直喷汽油机是以传统电控喷射系统为基础，进行结构和控制技术的优化，使得混合气的形成与燃烧过程得到改善。
2.1分层燃烧缸内直喷汽油机这种发动机，部分负荷情况下采用分层燃烧，在火花塞附近形成极易点燃的较浓混合气，而在其他区域，则追求无油区，即形成空燃比趋向无穷大区域。
主要有壁面阻挡型和软喷射型等燃烧系统。
丰田D一4发动机采用壁面阻挡型稀薄燃烧系统(图1)。
当活塞运动到一定位置时，喷油器喷出的油束到达与活塞顶部凹坑基本垂直的壁面上，与壁面碰撞并飞溅。
进气气流经过电控涡流阀(E—SCV)，形成斜向进气涡流。
空气涡流运动使已蒸发的汽油蒸气和飞溅的油滴沿壁面横向运动，促进缸内混合气的形成。
喷油器为高压旋流式(8MPa～13MPa)，雾化性能好，雾滴高度微粒化，雾滴直径小于5μm。
喷射方式控制灵活，对不同转速与负荷采用不同的喷油控制方式，并带有电控废气再循环系统和氧传感器、三元催化器闭环控制系统等。
试验结果表明，其轿车工况试验油耗为17.4Km／L，而相应的装有PFI发动机的汽车油耗为13Km／L，节油达34％左右。
图 1 丰田D—4稀薄燃烧系统三菱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。
与丰田D一4系统一样采用高压旋流式喷油器，但喷油压力为5.0MPa，低于D一4系统。
发动机通过ECU直接用脉冲电流的宽度控制高压旋流式喷油器(如图2所示)喷油量的多少，利用特殊的喷孔形状，向气缸内喷出旋转的雾状燃油，与挤压空气涡流快速地混合，以便点火分层燃烧。
高压旋流喷油器采用的是瞬时高电压和大电流“峰值保持型”控制方式(用lOOV一110V和17A一20A打开，又用限流电阻以3A一5A的电流保持开启状态)。
这样，喷油器可以小型化，又缩短了“无效喷射时间”，开启速度快，响应性好，计量准确。
图 2 三菱4G稀薄燃烧系统软喷射型缸内直喷汽油机主要依靠适当的喷雾特性来形成分层混合气。
由于喷雾具有贯穿度较低、喷雾锥角较大、雾滴平均直径较小等喷雾特性，故称为软喷射(如图3所示)。
图 3 软喷射型缸内喷油汽油机2.2匀质混合燃烧缸内直喷汽油机福特汽车公司PROCO(Progrannned Combustion Injection)稀薄燃烧系统是程序化燃烧过程的缩写，采用匀质混合缸内直喷汽油机(如图4所示)。
进气道为螺旋式气道，汽油直接喷射到燃烧室内，利用涡流和滚流进行油气混合。
喷油器位于中央，两侧各有一个火花塞。
由于汽油在缸内雾化需要吸收能量，混合气温度下降。
因而可以采用高压缩比(ε=15)的发动机，并可在空燃比A/F=25的条件下工作。
图 4 福特PROCO稀薄燃烧系统3 GDI发动机的技术现状3.1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。
电动低压输油泵把燃油从油箱输送到高压油泵，高压油泵由发动机凸轮轴驱动，将低压油泵送来的压力约0.35MPa的燃油压力增高到8～12MPa，并送往蓄压燃油轨，充满各缸喷油器的油腔。
当ECU令喷油器的电磁线圈通电使针阀打开时，汽油就通过喷嘴喷人气缸。
直喷式汽油机供油系统油路见图5。
图 5 直喷式汽油机供油系统油路GDI发动机需要形成高质量的混合气，除了依靠进气涡流外，对喷油器的喷雾质量要求很高。
由于燃油蒸发混合的时闻很短，要求喷雾要微粒化，一般缸内直接喷射的平均油粒直径在20～25μm，为此，喷油压力要维持在4一13MPa。
为了实现油气均匀混合，必须使喷雾广泛分散在整个燃烧室。
另外，如果喷雾在直线方向上的运动过强，则燃油会直接喷射在气缸壁上，形成油滴沿壁流下，不利于混合气的形成，还会冲洗润滑油膜，破坏润滑性能。
因此，喷油器应能保证喷射出来的汽油微粒的速度在喷射直线方向上急剧衰减，而圆周运动方向上的油粒应尽量保持高速运动，这样才有利于混合气的形成。
燃油喷射系统中，喷油器的结构形式对喷雾质量的影响很大。
由于汽油机的喷射压力远低于柴油机，如采用多孔喷油器，其喷嘴容易在工作中积碳堵塞，雾化分层不好，燃烧时火焰传播不稳定，因此GDI发动机上一般不采用多孔喷油器。
目前在GDI发动机上得到广泛应用的是内开式旋流喷油器，只有一个喷孔，工作油压为5.0—10MPa，其内部设有燃油旋流腔，它可以通过涡流比的选择而实现较好的喷雾形态和合适的贯穿度的配合，且喷束方向便于调整，方便了在气缸内的布置。
图6为旋流式喷嘴结构简图。
目前各大公司的研究人员正在广泛开展对新型喷油器的研究，重点是对其内部的结构细节进行进一步的改进设计，以期进一步提高喷油器的性能和使用寿命。
图 6 旋流式喷嘴3.2喷射模式GDI发动机燃油喷射模式可以分为单阶段喷射模式和多阶段喷射模式。
单阶段喷射模式是指在中小负荷时，燃油在压缩行程后期喷入，实现混合气分层稀燃并采用质调节以避免节流阀的节流损失，从而使GDI汽油机达到与柴油机相当的经济性；在大负荷和全负荷时，燃油在进气行程中喷人气缸，实现均质预燃和燃烧，以保持汽油机升功率高的特点。
多阶段喷射模式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，其余燃料在压缩行程后期再次喷入，形成分层混合气。
火花塞点火时，首先在浓混合气处形成较强的火焰，然后向稀混合气空间迅速传播。
应用该技术可实现发动机从中小负荷到大负荷的平稳过渡，降低气缸内的气体温度，抑制爆燃的产生。
3.3燃烧系统燃烧系统的设计是GDI发动机的关键技术。
要成功实现中小负荷时的分层稀燃和大负荷时的均质预混，就需要进行燃油喷束、气流运动和燃烧室形状的优化合理配合。
已经开发的GDI发动机燃烧系统。
按喷油器和火花塞的相对位置和混合气的组织形式可以有3种类型。
3.3.1“喷束引导法”(spray-guided system)燃油喷嘴靠近火花塞布置，火花塞位于燃油喷束的边缘，这种方式的优点是保证当整个燃烧室内为稀薄混合气时，火花塞周围仍能形成可供点火的混合气浓度。
Ford、Honda公司生产的某些机型采用这种燃烧系统。
3.3.2 “壁面引导法”(wall．guided system)燃油喷嘴远离火花塞布置，利用特殊形状的活塞表面配合气流运动，将燃油蒸气导向火花塞并在火花塞间隙形成合适浓度的混合气，如三菱、丰田、Nissan等公司开发的机型。
3.3.3 “气流引导法”(flow-guided system)同样是燃油喷嘴远离火花塞，利用缸内有组织的气流运动来达到上述目的。
FEV、AVL 公司开发的方案采取这样的燃烧系统。
上述几种燃烧系统方案的划分是十分粗略的，实际情况是上述几种方案交叉存在，各种因素并存并相互影响。
根据AVL的Ricardo公司的研究，火花塞布置在靠近中心的位置可以减少火焰传播距离，在怠速和部分负荷时对分层便于控制，但发动机对喷油器和火花塞之间的位置误差、喷雾变形敏感，火花塞容易被燃油沾湿而形成污垢导致点火困难。