通用发动机SIDI缸内直喷技术解析_郑诚
sidi智能缸内直喷发动机特点
别克SIDI智能直喷发动机五大增效秘技2011年03月02日08:01东方早报[微博]我要评论(0)字号：T|T近年来，随着电子技术、计算机技术的快速发展，以及材料、工艺上的革新，助力发动机技术取得重大突破。
缸内燃油直喷技术就是当今发动机领域最为炫目的成就之一。
得益于此，直喷发动机在动力性能、节油、环保排放等各方面都有显著改进，为汽车消费者带来福音，因此被视为内燃式发动机下一阶段的必然趋势。
而别克大规模推出的SIDI直喷发动机就是其中的佼佼者。
在跨入2011年的第一时间，别克君越、君威更凭借卓越科技先行发力，将旗下2.4L车型全部换装2.4L SIDI智能直喷发动机。
尤其是高级轿车别克君越，至此拥有3.0L V6 SIDI和2.4L SIDI两款智能直喷发动机，以及2.0T SIDI直喷涡轮增压发动机，成为全系列装备直喷技术的“第一家族”，在令市场倍感振奋、竞争对手惊诧艳羡中，为这一发动机高端技术的普及化打响了第一枪。
直喷发动机究竟是何方神圣？以别克“双君”最新装备的2.4L SIDI智能直喷发动机为例。
该发动机荟萃前沿科技，最新荣膺国际权威的Ward’s Auto World发动机评选2010年度“全球十佳发动机”，是真正与国际先进科技同步的重量级尖端产品。
SIDI是Spark Ignition Direct Injection的缩写，直译为火花点燃直接喷射技术，用于标识通用汽车开发的采用智能缸内直接喷射技术的汽油发动机。
简单概括来说，别克2.4L SIDI智能直喷发动机拥有五大增效秘技：1. 缸内燃油直喷——实时调整，精确用尽每一滴油能量发动机做功依赖气缸内燃油与空气的混合燃烧，但如何让汽油与空气在气缸内形成最理想的混合，是工程技术人员一直以来孜孜以求的目标。
相对于传统的较为“粗陋”的化油器，上个世纪五十年代末期，燃油喷射技术的应用掀起了一场燃油控制系统的革命。
最开始是普通单点式喷射，喷油嘴布置在进气道内，油滴与空气早早进行混合，然后经过“长途跋涉”再进入气缸燃烧。
通用SIDI与大众TSI资料
国内市场SIDI发动机的主要规格参数
大众TSI发动机
大众的TSI技术（Twincharger Stratified Injection）指双增 压（涡轮和机械增压）分层喷射技术。涡轮增压的原理是利用发动机 排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮， 叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸，空气的 压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，发动机的输出功率就得到了较 大的提升。增压带来的好处是“既让马儿跑得快，又让马儿吃得少”， 通常情况下加装涡轮增压器以后的发动机功率和扭矩要提高20%-40%， 但废气涡轮在结构简单，性能突出的背后也有它的弊端，由于叶轮的 惯性作用对油门的突然变化反应迟缓，在急加速的情况下，会有短暂 的发动机“不出力”的现象。此外，废气涡轮依靠发动机油散热，工 作时过高的温度和超过每分钟30000次的转速都会让涡轮增压器在保 养或使用不当时成为易损部件。涡轮增压发动机在较低和较高转速时 都有一个动力的空挡，为了进一步提高发动机的效率，增加一个机械 增压装置，并让它在低转速时加大进气压力。而涡轮增压器的尺寸可 以再增大一些，去弥补高转速时的动力空挡，从而达到一个从低到高 转速的全段优异动力表现。
SIDI发动机的技术优势
燃油效率高，油耗低，有害物质排放少。 以搭载3.0 SIDI V6发动机的2010款凯迪拉克CTS为例， 它的油耗比先前的2.8 V6车型降低15%，碳氢化合物排放 减少了25%。 升功率（Kw/l）体现发动机品质高低主要是看动力性和经济 性，也就是说发动机要具有较好的功率、良好的加速性和 较低的燃料消耗量。影响发动机功率和燃料消耗量的因素 有很多，其中影响最大的因素有排量、压缩比、配气机构。 但这只是泛指而言。具体到发动机的比较，由于用途、设 计、材料及制造工艺的差别，往往造成显著差别。
汽车缸内直喷技术详解
汽车缸内直喷技术详解汽车缸内直喷技术是一种先进的燃油喷射技术，它将燃油直接喷射到汽车发动机的燃烧室内，而不是传统的喷射到进气歧管中。
这种技术可以提高燃油的燃烧效率，降低排放，提高动力性能，是现代汽车发动机技术的重要进步之一。
本文将对汽车缸内直喷技术进行详细解析，帮助读者更好地了解这一先进技术。
1. 汽车缸内直喷技术的原理。
汽车缸内直喷技术的原理是将燃油直接喷射到汽车发动机的燃烧室内，与传统的多点喷射技术不同，传统的多点喷射技术是将燃油喷射到进气歧管中，再通过进气阀进入燃烧室。
而汽车缸内直喷技术则直接将燃油喷射到燃烧室内，这样可以更加精确地控制燃油的喷射量和喷射时机，提高燃油的燃烧效率。
2. 汽车缸内直喷技术的优点。
汽车缸内直喷技术相比传统的多点喷射技术有许多优点。
首先，它可以提高燃油的燃烧效率，因为燃油直接喷射到燃烧室内，可以更好地与空气混合，提高燃烧效率，降低燃油消耗。
其次，汽车缸内直喷技术可以降低排放，因为燃油更加充分燃烧，排放更加清洁。
此外，汽车缸内直喷技术还可以提高动力性能，因为燃油更加充分燃烧，可以提供更大的动力输出。
3. 汽车缸内直喷技术的实现。
汽车缸内直喷技术的实现需要先进的喷射系统和控制系统。
喷射系统需要能够精确控制燃油的喷射量和喷射时机，以确保燃油能够充分燃烧。
控制系统需要能够根据发动机负荷和转速等参数实时调整喷射量和喷射时机，以提供最佳的燃烧效果。
此外，汽车缸内直喷技术还需要高压喷射系统，以确保燃油能够被有效地喷射到燃烧室内。
4. 汽车缸内直喷技术的发展趋势。
随着环保和动力性能要求的不断提高，汽车缸内直喷技术将会得到更广泛的应用。
未来，汽车缸内直喷技术将会进一步提高燃油的燃烧效率，降低排放，提高动力性能。
同时，汽车缸内直喷技术还将会与其他先进技术相结合，如涡轮增压技术和混合动力技术，以进一步提高汽车的燃油经济性和环保性能。
总之，汽车缸内直喷技术是一种先进的燃油喷射技术，它可以提高燃油的燃烧效率，降低排放，提高动力性能，是现代汽车发动机技术的重要进步之一。
SIDI发动机概述
SIDI发动机概述SIDI是Spark Ignition Direct Injection的缩写，直译为火花点燃直接喷射技术。
通用汽车的SIDI发动机是一种采用智能缸内直接喷射技术的汽油发动机，该系列发动机还具有D-VVT电子可变双气门正时技术和ECM发动机管理模块，可以实现燃油分层燃烧和均质燃烧双模式。
SIDI发动机具有燃油经济性高、运转宁静、使用寿命长等特点。
同时，通用的SIDI发动机比业内同类产品具有适应性强的特点，可以适应中国地区的燃油品质现状，因此它是目前国内唯一真正的燃油直喷式发动机。
直喷式发动机的发展历史直喷式发动机的概念最早在1925年，由瑞典工程师Jonas Hesselman首先应用于实践。
在二次大战期间，直喷汽油发动机被德国、前苏联和美国应用于战斗机中。
战后，直喷汽油发动机被应用于极少量的高档运动型汽车，由于成本居高不下，该技术在当时的条件下不适合推广到普通汽车。
直到本世纪，直喷式汽油机才逐渐成为技术的主流，目前典型的直喷式汽油机有大众汽车FSI、通用SIDI和梅赛德斯-奔驰C GI等。
缸内直喷技术发展到今天已历经三代。
第一代称为壁面引导（Wall-guided）直喷型，利用缸内空气流动使油气混合物成层，实现了分层燃烧；第二代称为按化学计量混合直喷型，以理论空燃比混合燃料和空气，实现均质燃烧；而通用的SIDI技术则属于第三代直喷技术，通过对发动机内植入智能控制模块，可根据行车状况由电脑自动控制稀薄燃烧模式，同时实现分层燃烧和均质燃烧。
SIDI发动机的技术优势l 相对排量的动力输出高，即具有较高的升功率、升扭矩。
目前通用的3.0 SIDI发动机最高功率为276马力（203千瓦），升功率高达68千瓦/升。
最大扭矩为304牛·米，升扭矩为101牛·米/升；3.6 SIDI发动机最高功率为310马力（229千瓦），升功率为64千瓦/升。
最大扭矩为374牛·米，升扭矩为1 04牛·米/升。
SIDI发动机
对于中国消费者来说，拥有先进技术的发动机同时也成为了“娇气”的代名词。
不但需要精心呵护，而且还对国内的燃油品质极其挑剔。
然而对于凯迪拉克新CTS上装备的SIDI双模直喷汽油机来说，这些问题都得到了很好的解决。
这款不挑食的发动机，成了通用重振雄风的高技术武器。
双模式直喷+极强油品适应性=SIDI直喷引擎缸内直喷技术被誉为汽油发动机的“基因突变”。
相比原先喷入进气歧管的方式，新的缸内直喷技术以数百Bar的压力把燃油直接喷到汽缸燃烧室内，燃烧更加精准，控制更加严密。
一方面大大提升了发动机的动力性能，另一方面更是具备优秀的燃油经济性和更低的尾气排放。
缸内直喷技术发展到今天已历经三代。
第一代称为壁面引导（Wall-guided）直喷型，利用缸内空气流动使油气混合物成层，实现了分层燃烧；第二代称为按化学计量混合直喷型，以理论空燃比混合燃料和空气，实现均质燃烧；而通用的SIDI技术则属于第三代直喷技术，通过两种智能控制模式，可同时实现分层燃烧和均质燃烧，使发动机在各种工况下都具有非常优秀的动力和排放性能。
【在入门级的CTS上就装备了SIDI直喷引擎，可见凯迪拉克信心十足】这台60°夹角的3.6升V6发动机采用全铝合金设计，大大降低了发动机自重。
SIDI 直喷技术的核心是分层燃烧技术，它能够大大降低发动机在城市道路走走停停情况下的燃油消耗和尾气排放，非常适合于经常在城市中行驶。
虽然目前国内市场上也有一些装备缸内直喷技术的发动机，但是由于担心国内燃油品质，它们基本上都取消了分层燃烧技术，只能算作是“阉割”版的缸内直喷技术。
相比之下，通用的SIDI缸内直喷汽油机在进口前进行了长时间的环境与油品测试，在中国大连、北京、海南、西安等代表性地区连续进行了长达一年半的测试调校，最后使得SIDI发动机不但完好地保留了分层燃烧技术，甚至还能正常使用国内的93号汽油。
这些严格测试证明，SIDI发动机完全能够适应中国市场的需要，这也是中国市场第一款完全意义上的缸内直喷发动机。
缸内直喷汽油机技术探悉
缸内直喷汽油机技术探悉
马洪新
【期刊名称】《农业装备与车辆工程》
【年(卷),期】2008(000)012
【摘要】对比气道内燃油喷射系统PFI的性能特点,介绍了汽油发动机缸内直接喷
射技术优势及发展面临的难题,探讨了高压涡流喷射和燃烧过程控制,指出稳定燃烧、减少排放问题是决定GDI发动机发展的关键.
【总页数】3页(P53-55)
【作者】马洪新
【作者单位】德州学院汽车工程系,山东,德州,253000
【正文语种】中文
【中图分类】U464.171
【相关文献】
1.缸内直喷汽油机颗粒捕集器(GPF)技术研究进展 [J], 温吉辉;滕勤
2.缸内直喷汽油机热平衡试验和红外热像测量技术研究 [J], 高长俊;倪计民;计维斌;;
3.缸内直喷汽油机热平衡试验和红外热像测量技术研究 [J], 高长俊;倪计民;计维斌
4.缸内直喷汽油机进一步降低燃油消耗率的低节流气门技术的评估和比较 [J],
P.FREELAND; G.JONES; M.E.KASSEM; R.KAISER; R-S.CHEN; L-W.HUANG
5.缸内直喷汽油机进一步降低燃油消耗率的低节流气门技术的评估和比较 [J],
P.FREELAND[英]; G.JONES[英]; M.E.KASSEM[英]; R.KAISER[英]; R-S.CHEN; L-W.HUANG; 高英英(译)
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汽车构造-缸内直喷技术
一、缸内直喷技术的定义
缸内直喷技术，是指将喷油 嘴射在进排气门之间，高压 燃油直接注入燃烧室平顺高 效的燃烧。其精髓是通过均 质燃烧和分层燃烧实现了高 负荷，尤其是低负荷下的降 低油耗，提升动力的技术。
在2000~2013年期间，各汽车厂商所研制的发动机技术中，最炙手 可热的莫过于缸内直喷技术。这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已 经大量使用在大众（奥迪）、梅赛德斯-奔驰、通用及丰田车系上。尤以 大众（奥迪）技术最具代表性（FSI、TFSI、TSI）。
一个高压
缸外喷射示意图
缸内直接喷射汽油机与缸外喷射发动机的区 别
• 燃油泵提供所需的10MAP以上的压力将汽油
提供给位于气缸内的电磁燃油喷油器。然后通 过电控单元控制喷油器将燃料在最恰当的时间 直接注入燃烧室、通过对燃烧室内部形状的设 计让混合气能产生较强的涡流使空气和汽油充 分混合然后使火花塞周围区域能有较浓的混合 气、其他周边区域有较稀混合气、保证了在顺 利点火的情况下尽可能地实现稀薄燃烧。高压 喷油器是直接向气缸内喷射燃油的。而传统的 发动机喷油器是向进气道喷油的。这就是他们 最明显的区别。
高压油泵的结构原理与检修
供油过程：当柱塞向上运动 时，如果、燃油压力调节阀 不在通电，进油阀门则关闭 此时柱塞上方的油压高于出 油阀弹簧的压力，出油阀被 打开柱塞上方燃油被压入高 压油路中供油开始。
喷油器的结构原理与检修
压电式喷油器主要由向外打开式 喷嘴针；压电元件，和热补偿器三个部分 组成。压电元件通电后，膨胀使喷嘴针向外 伸出阀座，喷嘴针从其锥形针阀内向外压出。 因形成一个环状间缝。加压后的燃油经过该 环状间缝形成空心锥束。将燃油喷入燃烧室。 为了能够承受相应阀门开启升程门不同呈行 温度压电喷油器装有一个补偿元件。 压电喷油器可产生最高20mpa 喷射压力， 并使喷嘴针以极快的速度打开。这样可以摆 脱受气门开启时间限制。压力喷射油器与传 统喷射器有很大不同。内部不再有电磁线圈， 而是通过一个压电元件使喷嘴针移动。
浅析汽油缸内直喷(GDI)的稀薄燃烧技术
浅析汽油缸内直喷（GDI）的稀薄燃烧技术汽车已经成为了我们生活中必不可少的一部分，科学技术的提升和经济实力的提高，使汽车的使用价值从最开始的代步变成了一种生活的方式、一种兴趣爱好、一种交往、溝通的方法。
因此人们对汽车的使用价值及节能的效果又提出了更高的要求，并且随着经济环境的提升，能源被大量的消耗，也迫使汽车向节能减排技术上努力发展。
而在最小的消耗中实现最大的动力，一直是人们心中迫切渴望的，发动机汽油缸内直喷稀薄燃烧技术的出现完美的解决了这一问题，它不仅能减少能源消耗，还能够降低燃油费用。
关键字：稀薄燃烧；控制技术；排放控制引言：发动机的工作原理是依靠内燃机燃烧汽油产生推动力，从而实现保障发动机的工作系统的正常运行。
发动机是汽车的动力中心，而各个气缸就是为发动机而服务的，每个气缸的具体工作范围及职责都是一样的。
并且他们的工作进程也是同步完成的。
以确保汽车能够持续不断的获得动力。
这种动力的提供者，就是在缸内不断燃烧产生爆炸力的汽油。
喷射方式的不同可以决定汽油在缸内燃烧的效率。
缸内直喷稀薄燃烧技术可以有效提高汽车动力以及减少汽车燃油消耗率。
一、稀薄燃烧方式根据气缸内涡流形式的不同，分为轴向分层稀薄燃烧和纵向分层稀薄燃烧；根据喷射方式不同，分为气道喷射（PFI）稀薄燃烧和缸内直喷（GDI）稀薄燃烧。
GDI发动机的经济性和排放特性明显优于PFI发动机。
GDI稀薄燃烧技术包括缸内气流特性（滚流和涡流）控制、采用高压旋流式喷油器的喷雾及喷射时间控制、喷射压力（2-5 MPa）控制和稀薄燃烧等。
GDI 汽油机的喷油器安装在燃烧室内，在气缸内更容易形成不均匀的混合气浓度梯度分布，消除了气道油膜蒸发量对缸内混合气质量的影响，减小泵气损失，更容易实现稀薄燃烧，且混合气A/F范围变宽，有利于进一步改善发动机的经济性和排放特性。
GDI发动机壁面导向方式通过活塞顶部燃烧室的形状将喷油器喷射的燃油导向气缸上部流动，配合燃烧室内形成的挤流，在火花塞附近形成浓混合气。
发动机新技术之解
• •
•
•
b）由于缸内充满了均匀的易着火和燃烧的混合气，容易产生爆燃，因此限定 了压缩比的提高，从而使热效率降低。 c）这种条件下所采用的混合气比热容较低，既降低了热效率，也使NOx的排 放较高。
• 』
『FSI是目前大众主推的发动机技术
发动机新技术之解析缸内直喷技 术（GDI）
引言
• 发动机技术发展趋势 • 为了应对日益严格的环保、排放、安全等法规要求；为了 满足消费者对产优化燃烧系统、配气系统、 电子控制系统、新型材料等方面。 可变配气系统 VVT—可变气门正时 VVL—可变气门升程 VIM—可变进气歧管 燃烧系统 GDI—汽油缸内直喷技术
–汽油机供油方式的历史 发展
汽油缸内喷射技术(GDI)
在时间上可分为三个阶 段：
1.
20世纪90年代前， 化油器式汽油机 （carburetor）
2. 90年代开始，进气 道多点电喷式汽油 机（MPI） 3. 90年代后期开始出 现，缸内直喷汽油 机（GDI）。
汽油机供油方式的变迁
均质燃烧
• 一般来说，按照燃料供给方式，可将GDI燃烧分成均质和非均质燃烧 两种。
• • 对均质预混合燃烧而言： 尽管稀薄燃烧指的是要比理论空燃比14.7更稀的燃烧，但在实际应用中为了 保证各缸不失火，混合气不能太稀，实际的空燃比控制在以理论空燃比为核 心的一个狭窄区域内。也就是说把实际空燃比控制在25以内。 这种方式存在的主要问题： a）为保证所要求的空燃比，只能采用进气管节流的方式对混合气充量进行调 节，这就会引起较大的泵气损失，从而造成低负荷时的燃油经济性较差。
缸内直喷CNG发动机燃烧过程及NO生成率的仿真分析
缸内直喷CNG发动机燃烧过程及NO生成率的仿真分析缸内直喷CNG发动机燃烧过程及NO生成率的仿真分析缸内直喷CNG发动机是一种利用压缩自然气（CNG）作为燃料的内燃机。
CNG作为一种清洁能源，在环保方面有很大的优势。
因此，CNG发动机的研究和开发受到越来越多的重视。
本文将对缸内直喷CNG发动机的燃烧过程及NO生成率进行仿真分析。
缸内直喷CNG发动机的燃烧过程包括第一阶段混合气的形成和第二阶段混合气的燃烧过程。
第一阶段混合气的形成过程主要受到喷油和空气进气等因素的影响，混合气稳定性对后续的燃烧过程有很大的影响。
第二阶段混合气的燃烧过程是指混合气在高温高压条件下发生燃烧反应，产生机械能，使发动机运转。
CNG燃料的化学成分主要由甲烷组成，分子式为CH4。
在燃烧过程中，CNG分子与空气分子发生反应，产生CO2、水和一定的NOx等气体。
其中，NOx是一种臭氧前体，会对环境造成严重的污染问题。
因此，燃烧过程中NOx的生成率是一个很重要的指标。
在本文中，我们采用了CFD（Computational Fluid Dynamics）计算流体力学仿真方法对缸内直喷CNG发动机的燃烧过程及NO生成率进行了仿真分析。
在仿真过程中，我们选择了标准k-ε湍流模型来描述气体的湍流流动，同时采用反应与扩散模型（EDM）来描述混合气的燃烧过程。
仿真结果表明，在CNG发动机的燃烧过程中，NOx生成率主要受到燃油质量流量和进气压力等因素的影响。
进一步分析表明，当燃油质量流量增加时，NOx的生成率也随之增加。
这是因为燃油质量流量的增加会导致混合气中氧气浓度的降低，从而导致燃烧温度的升高和NOx的生成量的增加。
另外，进气压力的增加也会导致NOx的生成率的增加。
这是因为随着进气压力的增加，空气温度的升高会对燃烧过程产生影响，燃油的完全燃烧难度加强，从而导致NOx的生成量的增加。
总体而言，本文对缸内直喷CNG发动机的燃烧过程及NO生成率进行了仿真分析。
新君越 3.0L缸内直喷 SIDI发动机
紧固时要确保油泵O形圈位置正确但未破损。
在安装管路之前请不要拆下油泵上的管路接口盖,这可以阻止污物进入 系统。
油泵螺栓的紧固扭矩是12-15Nm
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维修喷油嘴
当从发动机上拆卸油轨时，首先应使之与喷油嘴分离，把喷油嘴留在缸 盖上。
使用专用工具 J2619-01 和 J-37281-A，以便平稳地拆下直接喷油器。
装配前确认所有接头是清洁的。
高低压所有管路接头需使用无硅的发动机油润滑。 安装新管路之前，确保管路处于自然无拉伸的状态，在紧固时不会扭 曲变形。 不锈钢与不锈钢的管路连接螺母的扭矩是20-22Nm。
不锈钢与黄铜的管路连接螺母的扭矩是23-27Nm。
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维修油泵
确保法兰表面没有污物。 调节油泵的凸轮凸缘在下止点。
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实验喷油波形测试
在冷起动及不同水温时连续两次的波形测试 在冷起动、怠速、不同转速时的单次喷油波形测试
48
不要触摸电气接头 当重新安装燃油系统时：
如需要，请更换喷油嘴上的O-ring，隔离环和特氟隆密封圈。
仅使用无硅润滑油喷油嘴的上O-ring，千万不要润滑特氟隆密封圈。 更换新的卡环。
小心地把油轨放入发动机，在缸盖上定位喷油嘴。
尽可能地压下油轨后，手动旋紧紧固螺栓。 均匀地上紧螺栓，扭矩为23-27Nm。
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油泵控制模块
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低压油压传感器
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油泵控制模块线路
通讯启用线
油泵继电器 控制线
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高压燃油系统
燃油压力传感器
高压管路 油泵
喷油嘴
低压管路
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高压燃油系统
高压油泵
汽车发动机缸内喷射发动机的原理
• 3．稀薄燃烧的实现 • 传统的汽油机在空燃比达到15甚至更高以后，就可能出现 点火困难或不点火现象，反而使发动机各项性能指标降低、 排放恶化。为了实现稀薄燃烧，必须使燃烧室内形成分层 气流，使火花塞周围形成较浓的混合气，在远离火花塞处 则形成较稀的混合气，为了达到上述要求，对汽油机主要 进行了如下改动： • ① 进气道由传统形状改为螺旋式，在进气口处设置蝶形 涡流阀，使气流形成较强的涡流，流动更为合理，有利于 火花塞点火及火焰的迅速传播。 • ② 采用无级调节气门定时系统“VVT-i”，可改变进气门定 时角20°，以满足不同工况、不同转速下的进排气效应， 从而保证汽油机在各种工况下都能稳定地工作。
压缩比 10～14
一般（节气门）
较低（节气门和喉 管）
7～10
6～8
控制精度 响应速度
优化潜力
控制精度高，响应速度快
稳态工况好，过渡 机械系统控制精度 工况和冷起动 和响应速度最 较差 慢
进气管及燃烧的局 部优化 优化潜力较小
可以全方位优化
• 一、稀薄燃烧的特点和类型 • 1．稀薄燃烧 • 稀薄燃烧：空燃比α大于理论空燃比14.7时的燃烧。 但在实际使用中为保证各缸不失火，混合气不能 太稀，其空燃比的稀限为17，所以将空燃比大于 17的燃烧视为稀薄燃烧。 • 2．稀薄燃烧的目的 • 改进汽油机燃油经济性的重要手段，它可以使燃 料的燃烧更加完全，同时，辅以相应的排放控制 措施，汽油机的有害排放物CO、HC……将大大 地减少。
• ② 非均质分层进气
• 分层进气（分层燃烧）发动机作为稀薄燃烧中的非均质燃烧是实现稀 薄燃烧的主要方式。 • 缸内喷射发动机供给各缸的混合气成分不均匀，在汽油机中只要形成 火焰，在火焰的传播过程中，即使是相当稀的混合气，也能正常燃烧。 为了提高稀薄燃烧界限，可采用分层充气燃烧，以保证在空燃比大于 20的条件下在火花塞周围形成易于着火的较浓的可燃混合气（空燃比 在12～13.5），而在周边区域和燃烧室的大部分区域是较稀混合气或 空气。 • 燃烧室中混合气浓度有组织地分成各种层次，故称为分层进气（分层 燃烧）发动机。分层燃烧的汽油机可稳定在空燃比为20～25的范围内 工作，分层燃烧缸内直喷机空燃比的稀限已提高到40以上。在小负荷 工况下不需要关小节气门来限制进气量，基本上避免了发动机换气过 程中的泵气损失。在高空燃比情况下，由于混合气物性的改变，绝热 指数增加，传热损失减少，发动机的热效率可进一步提高。由于汽车 发动机经常在小负荷工况下工作，可使其平均油耗降低15％～20％左 右，NOX也显著降低。 • 燃用稀混合气时工作稳定可靠,做到：控制燃烧过程，使之实现快速 燃烧；改善供给系混合气制备与分配；改进或强化点火系。
汽车发动机缸内喷射发动机的原理精品PPT课件
• ③ 加装燃烧压力传感器。汽油机的压缩比在提高
到10以上时，为了防止汽油机出现爆燃现象，在燃烧室内 加装了燃烧压力传感器，使燃烧室内的燃烧状态及时反馈 到ECM（电子控制器），ECM根据预先设定的数据对喷 油及点火进行调整，使汽油机各项性能指标均保持在最佳 状态。 • ④ 采用大口径喷油器，通过提高燃油系统压力，使燃油 能在设定时刻准确无误地充分喷入燃烧室内。 • ⑤ 氧传感器的重新研究开发。为了保证燃烧的稳定性， 稀薄燃烧系统严格要求进气涡流的组织、喷油定时和各工 况下的空燃比控制。采用测量范围较宽的新型氧传感器， 通过PID（比例-积分-微分）调节来对空燃比进行闭环反 馈控制。
三代汽油机工作方式及优缺点对比
缸内喷射（GDI）
进气道喷射
化油器
喷油方式
缸内直喷
进气道喷射
无
混合气形 均质或者分层稀薄混合气 成
均质混合气
均质混合气
空燃比范 围
12～50，甚至更高
化学计量比14.7
12～17
充气效率
较高（中小负荷时取消节气 门量、调节负荷方式可 以显著降低进气节流损 失，燃油汽化冷却进气）
• 日本丰田、三菱、本田，美国福特，德国奔驰等许多国外 汽车公司和研究机构都开发了比较成熟的GDI机型和产品。 这些GDI机型，除了福特、Fiat、Isuzu等生产的少数机型 仍采用单一的均质预混燃烧模式外，大都根据汽油机的不
同工况而采用了不同的混合燃烧模式。广泛使用的是内开
式螺旋喷油器，中小负荷区域通过压缩行程后期喷油和燃
• 缸内喷射发动机供给各缸的混合气成分不均匀，在汽油机中只要形成 火焰，在火焰的传播过程中，即使是相当稀的混合气，也能正常燃烧。 为了提高稀薄燃烧界限，可采用分层充气燃烧，以保证在空燃比大于 20的条件下在火花塞周围形成易于着火的较浓的可燃混合气（空燃比 在12～13.5），而在周边区域和燃烧室的大部分区域是较稀混合气或 空气。
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。
汽油直喷发动机技术解析
汽油直喷发动机技术解析作者：大白来源：《汽车与驾驶维修》2008年第04期任何事情，如果拐几道弯儿，似乎都意味着效率的降低，单刀直入显然会提高效率。
汽车工业已经发展了百多年，但是传统的进气技术却始终统治着发动机领域，直到人们发现单刀直入同样适合于发动机，才出现了“汽油直喷”这样一个革命性的技术，更为直接的喷射方式使得汽油直喷发动机的工作效率能够大大增强。
日前，比较知名的汽油直喷发动机技术主要有2种——大众的FSI和三菱的GDI。
但随着全新凯迪拉克CTS在国内的上市，同样使用直喷技术的SIDI系列发动机也初次进入国人的视线。
下而，我们就针对直喷发动机的技术特点以及优势，以大众的FSI和三菱的GDI作为具体实例进行阐述。
凯迪拉克的SIDI由于进入时间较短，在这里只是简单介绍。
汽油发动机的种类简单地讲，汽油发动机的工作原理就是把油气混合体吸入气缸，然后由火花塞进行点燃，燃烧膨胀的气体推动活塞从而达到运转的效果。
既然都是把汽油和空气的混合体吸入气缸，为何还会有这么多种不同技术的存在呢?为什么这么多厂家都要研发燃油缸内直喷技术呢?在这之前，我们先来了解一下汽油发动机的几种不同的供油方式，即化油器式、电控喷射式和本文将要阐述的直喷式。
化油器式化油器发动机是在进气管道的化油器位置上吸出汽油，与空气混合，雾化形成混合气后，经气门进入气缸进行燃烧。
化油器式燃料供给装置结构简单、工作可靠、价格便宜、维修方便。
但它的最大缺点是不能精确控制混合气的浓度，造成燃烧不完全，废气中有害成分增加，不符合当今环保的严格要求。
所以自上世纪80年代开始，出现了电子控制燃油喷射系统的发动机技术，而化油器式发动机也逐渐被淘汰。
电控喷射式电控汽油喷射发动机是通过各种传感器将发动机的各项参数以及车辆行驶状况等信号输入电子控制装置，电子控制装置根据这些信号，计算并控制发动机各气缸所需要的喷油量和喷油时刻，将汽油在一定压力下通过喷油器喷入到进气管中雾化，并与进入的空气气流混合后，进入燃烧室燃烧。
通用2.4 SIDI发动机拆解技术详解(一)
说到直喷发动机，也许你会首先想到大众的TSI发动机，直喷和涡轮增压的加持让小排量发动机同时具备了省油和大动力的特点，但是涡轮增压系统昂贵的保养维护费用一直是涡轮增压直喷发动机一大短板。
但如果仅仅增加结构简单的直喷系统，却可以在小幅提升经济性和动力性的同时，最大程度保留自然吸气发动机皮实耐用好维护的特点，这也就是通用为何大力推广SIDI直喷发动机的原因所在。
随着2011款君威和君越的上市，通用的SIDI直喷发动机产品序列正式开始国产化。
相比传统的NA（自然吸气）发动机，加入燃油直接喷射系统之后，发动机的动力和经济性都会有一定程度的提升。
虽然不如涡轮增压技术带来的提升明显，但是NA直喷发动机在保养维护上保留了传统NA发动机维护简单故障率低的特点，可以说更适合在普通家用车上使用。
那么下面，我们就通过拆解来一起了解一下这台全新的2.4L SIDI发动机吧。
在进行拆解之前，我们得先大概了解一下它Ecotec 2.4L SIDI 智能直喷发动机通用的Ecotec 2.4L SIDI 智能直喷发动机（代号LAF）是在原来的Ecotec2.4L引擎基础上改良而成。
2.4L SIDI引擎（代号LE5）继承了前者全铝结构、DVVT进排气连续可变正时气门技术、双顶置凸轮轴、16气门、双对旋平衡轴等技术特性，且在此基础上还增加了SIDI智能直喷技术。
这也是这款引擎的亮点所在。
使用了SIDI发动机的新款君威/君越，在动力提升的同时，油耗却更低在缸内燃油直喷技术的帮助下，Ecotec 2.4L SIDI发动机能够在6200转时输出137kW的最大功率，在4800转时达到240Nm最大扭矩，从发动机工况图上看，SIDI发动机的调校还是略微偏向于高转速，发力区间在3500rpm-5500rpm左右。
相比其前辈，在最大功率和峰值扭矩方面依次提升了了9.6%和6.7%，冷启动排放也降低了25%。
官方称，别克新君威和新君越在搭载该引擎后，百公里综合油耗仅为9升左右。
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速达到预定转速之前，系统保持在起 动模式。
2.清除溢油模式 如果发动机溢油，可以将加速踏 板踩到底，然后起动发动机，从而清除 溢油。当节气门位置传感器检测到节 气门处于全开（WOT） 位置时，ECM 会减小喷油器脉宽以增加空燃比，直 到发动机转速低于预定转速为止。 3.运行模式 运行模式有 2 个状态，称为“开 环”和“闭环”。当发动机刚起动且转 速高于预定转速时，系统开始进行 “开环”操作。ECM 忽略来自加热型氧 传感器（HO2S）的信号。ECM 根据发 动机冷却液温度传感器（ECT）、歧管 绝对压力传感器（MAP）、质量空气流 量传感器（MAF）和节气门位置传感 器的输入信号，计算空燃比。传感 器 将 保 持 在“ 开 环 ”模 式 中 ，直 到 满 足 如下条件：加热型氧传感器达到足够 高的温度以正常工作；发动机冷却液
4．电 子 邮 件 的 主 题 请 用 文 章 的 标 题 ，以 避 免 稿 件 丢 失 ， 并 方 便 编辑选稿。 希望作者不要重复投稿，在收到稿件后，编辑部会及时 回复电子邮件，告诉作者稿件已收到。 若没有得到回复，可用电子 邮件或电话（0431-85901097、0431-85901310）查询。 另外，有些作 者将同一篇稿件分别投在两个信箱里，这样做没有必要，还易造成 混乱，所以请投在一个信箱即可。
温度传感器检测值高于规定温度；发 动机起动后已经过一段规定的时间。 满足上述条件后系统进入“闭环”运 行。“闭环”时，ECM 将根据各个传感 器的信号 （主要是 HO2S 传感器）来 计算空燃比和喷油器打开时间。
4.加速模式 当踩下加速踏板时，进入气缸的 空气量快速增加。为了防止可能的延 迟，ECM 在加速过程中增加喷油器 脉宽以提供更多的燃油。这也称为动 力增强。 5.减速模式 当释放加速踏板时，进入发动机 的空气量将减少。ECM 可监测节气 门位置、质量空气流量和歧管绝对压 力的相应变化。如果是迅速或长时间 的减速，如长时间关闭节气门滑行减 速，则发动机控制模块可控制完全停 止喷油。 6.蓄电池电压校正模式 当蓄电池电压过 低 时 ，ECM 利
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图 1 SIDI 主要部件位置示意图
ECM 发送可变电压信 号 ，信 号电压值与燃油压力值成正 比关系。喷油器是一个内CM 控制。ECM 通过搭铁控制电
模块提供变化的电压，以维持需要的 燃油管路压力。ECM 根据发动机冷 却液温度传感器（ECT）、歧管绝对压 力传感器（MAP）、质量空气流量 传 感器（MAF） 和节气门位置传感器的 输入信号，计算空燃比。在发动机转
压信号，以确定提供给发动机的燃油 量。ECM 通过改变喷油器脉宽以控
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平控制电路提供搭铁。高压燃 制喷射至气缸内的燃油量。SIDI 系统
油泵还包含一个集成式减压 控制有以下几个模式：
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阀。高压油管由不锈钢材料制
1.起动模式
7 造，连接着高压油泵和油轨。
当 ECM 检 测 到 点 火 开 关 开 启
油轨、燃油压力传感器和喷油器。
阀在弹簧压力的作用下保持关闭。激
二、控制原理（工作模式）
高压油泵为机械式单缸设计，由 活时，高电平控制电路驱动器使电子
ECM 监测来自多个传感器的电
排气凸轮轴上的凸轮驱动，可以产生 1740PSI 的油压。高压油泵集成了电
油轨压力调节器通电，低电平控制电 路驱动器通过脉冲宽度调制为低电
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通用发动机 SIDI 缸内直喷技术解析
郑诚
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。喷射压的进一步提高，使
可变阻尼器 低压传感器
入口控制阀
泄压阀
高压传感器
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。通
7．作 者 应 对 所 投 稿 件 负 责 ， 避 免 抄 袭 和 一 稿 多 投 ， 稿 件 发 生 版 权纠纷等问题，责任由作者自负。
汽车维修编辑部
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2．正文应层次清晰，行文规范，方便阅读。 标题要求：一级标题 用 “一 、二 、三 …… ”、二 级 标 题 用 “（一 ）、 （ 二 ）、 （ 三 ）”、 三 级 标 题 用 “1、2、3”、四 级 标 题 用 “（1）、（2）、（3）”。
文中的图表主要是辅助文字， 将文字难以表述清楚的内容表 述清楚，方便读者理解文章，因此，图表应与文字内容相对应分别 标明序号，并在行文中对图表所参照阅读之处及时做出交代。
油轨
用燃油直喷技术的代号为 SIDI，是
滤清器
Spark Ignition Direct Injection 的 缩 写。
一、SIDI 燃油系统的组成
EKP 流 量控制
限压阀
高压 油泵
压力释放
喷油器
如图 1、图 2 所示，SIDI 燃油系
统由低压燃油系统和高压燃油系统
燃油箱
2 部分组成。低压燃油系统包括油
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图 2 SIDI 系统油路示意图
泵、油泵控制模块、低压油管、低压燃 子油轨压力调节器，通过脉宽调制信 路为各喷油器通电，使用 65V 电压
油压力传感器；高压燃油系统包括高 号的控制，来获得发动机控制模块 控制各喷油器初步打开，之后喷射器
压油泵、油轨压力传感器、高压油管、 （ECM）所需要的油压。停用时，进油 在 12V 电压作用下保持开启。
用如下方法补偿点火模块提供的弱 火花：增加供油量、提高怠速转速、增 加点火持续时间。
7.断油模式 当满足以下条 件 时 ，ECM 将 切 断喷油器的燃油供应以保护动力总 成不受损坏并且改善动力性能：将点 火开关置于“OFF（关闭）”位置；将点 火开关置于“ON（打开）”位置但没有 点火参考信号；发动机转速过高超过 红线；处于长时间、快速关闭节气门 滑行减速；处于长时间减速过程中。 三、结语 SIDI 发动机的燃油直接喷入缸 内与气体混合，降低了混合气温度， 可以使燃烧室采用更高的压缩比，从 而使发动机动力性能得到明显提升， 排放与油耗得到更好的控制。 （作者单位： 江苏联合职业技术 学院 苏州建设交通高等职业技术学 校）（“江苏省高等职业院校高级访问 工程师计划资助项目（2013）”。 ）
油轨由不锈钢材料制造，向喷 时，向燃油泵控制模块提供电压并持
油器分配高压燃油，末端与燃 续 2s。收到该电压时，燃油泵控制模
油压力传感器相连。燃油压力 块使燃油箱内的燃油泵模块的搭铁
传 感 器 固 定 在 油 轨 上 ，向 开关闭合，同时向燃油箱内的燃油泵
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1-高压油泵 2-凸轮触头 3-进油管 4-高压油管 5-低压回油管 6-喷油器 7-油轨 8-燃油压力传 感器