浅谈汽油机缸内直喷技术

浅谈汽油机缸内直喷技术

近几年，由于我国能源与环境问题越来越严重，导致汽车在节能减排上受到了各种法律法规的限制。因此，世界各地为了解决这一现状，纷纷开发了许多新技术，其中汽油机缸内直喷技术就可以很好地解决这些问题。本文将重点介绍汽油机缸内直喷技术，因为这套领先技术是当前最炙手可热的技术，相信在未来技术的发展进程中，它的应用前景会更加广阔。

标签：汽油机；缸内直喷；技术

汽油机缸内直喷技术是我国汽油机在燃烧理论及相关结构中划时代的变革，它可以实现汽车低油耗、低污染的设想，是目前被广泛认可的领先技术。现阶段，汽油机缸内直喷技术已经被人们广泛认可，同时还覆盖绝大多数的车型，尤其是燃料电池等新型动力更是被普遍应用，随着科技水平的不断发展，缸内直喷技术也将会越来越成熟，因此需要对其进行深入研究。

1 汽油机缸内直喷技术的发展过程和应用现状

汽油机缸内直喷技术出现在20世纪20年代，那一时期主要被应用在军事领域中，这项技术发展到20世纪50年代后才真正得以实现。只是由于燃油价格的降低，再加上电控技术受到阻碍，影响了汽油机缸内直喷技术的发展。到20世纪70年代，福特公司开发出一种新系统，这项系统主要采用分层燃烧技术来完成，最终因电控技术不够完善以及成本较高，这项系统也没能得到发展。

自20世纪90年代开始，由于各个国家开始注重环境保护，严格控制能源的消耗，各汽车企业开始进一步开发汽油机缸内直喷技术。其中，三菱公司在1996年开发出具有汽油机缸内直喷技术的自然吸气式发动机，并将其安装在轿车内，这款发动机具有动力强、油耗少的特点。1998年丰田公司推出D4直喷系统，这个系统可以直接应用在SZ与ZN系列的发动机上，到2005年后还可以应用在3GR-FSE的发动机上，随后丰田公司又开发出了D4-S直喷技术，这个技术可以应用到2GR-FSN发动机上，该系统可以实现燃烧控制等要求。2006年奔驰公司推出直喷技术CGI，同时在2010年又推出一款新的汽油机缸内直喷技术BlueDirect，这项技术可以提高燃烧效率和排放水平。随着科技水平的不断提高，各种汽车公司也开始相继推出自己的汽油机缸内直喷技术。

2 汽油机缸内直喷技术的工作过程

对于直喷发动机来说，高压喷油系统是其最为重要的系统，它与之前的吸入发动机不同，直喷发动机是在高压喷油嘴的作用下把燃油喷入到气缸内，因为气缸中本身就具有较大的压力，所以喷油系统一定要具备更大的压力才可以。

在直喷发动机中，ECM是所有先进内燃机的重要组成部分，这一部分包含很多环节，只要缺少其中一个环节，都没有办法实现量产装车。当前ECM这项

技术已经成为国外企业的专利，并且已经非常成熟。而高压油泵是燃油加压的重要环节，低压油泵把燃油运送到高压油泵后，高压油泵可以加大汽油的压力，然后再将其送到油轨中。通常情况下，高压油泵都是由凸轮轴带动起来的，在凸轮轴的内侧有双头或者三头凸轮进行加压。

油泵加压后，汽油会进入高压轨中，待高压油轨稳定后，因油轨与燃烧内之间有一定的压力差，所以高压油泵在动作后才能喷入到气缸内。另外，在喷嘴内还有一电磁阀，这个电磁阀可以很好地控制喷油量，它在控制过程中对精度有很高的要求，再加上工作环境的不断变化，在控制时对它的可靠性要求也相继提高。

除了发动机的喷油系统外，其他零部件也需要为汽油缸直喷技术做出相应的设计，这样才能提高发动机的效率，特别是活塞顶部的设计尤为重要。按照可燃混合气所形成的控制方式，汽油机缸内直喷技术可以分为油束控制燃烧、壁面控制燃烧和气流控制燃烧三种。其中，在油束燃烧控制系统中，要把喷油器安装到燃烧室的中心位置，并把火花塞安放到喷油器附近，这种安放模式可以达到良好的燃油经济性，一旦发动机处在高负荷状态时，ECM可以调节高压油泵的压力，从而增加油束的融入深度，使其达到均质加浓燃烧的目的。在壁面控制燃烧系统中，由于喷油器和火花塞的距离相隔较远，喷油器将燃油喷入到活塞中后，就可以根据惯性把油气混合运送到火花塞中。为了降低喷油器的温度，应该将其安放到进气门侧，这种类型的混合气比较容易形成较大面积的可燃混合气。

3 颗粒物形成的因素

颗粒物的排放过程极其复杂，它主要由碳烟、可溶性有机物、硫酸盐和添加剂组成。对于汽车发动机来说，其颗粒物排放主要是空气-燃油混合不均匀，从而造成燃烧不完全，在高温的状态下氧化而形成。

通常情况下，发动机在燃烧时所形成的颗粒物大体可以分为三种模式，分别是核泰模式、聚集模式和粗模式。除此之外，颗粒物还分为两个评价指标，分别是PM和PN。在EUROV排放法规中，柴油机和汽油机都是既限制了PM的生成量，又限制了PN的生成量。以往的进气道喷射汽油机因具有良好的油气混合，因此所排放的颗粒较少，但是目前直喷汽油机因燃油喷入缸内，从而在燃烧时产生了较多的颗粒物。在电喷控制中，燃油多次喷射控制策略来减少直喷汽油机颗粒物的排放。经过多次的试验可以了解到，运用两次喷射或者更多次的喷射策略，可以很好地减少直喷汽油机颗粒物的排放，并且还可以有效降低发动机暖机过程中的PM值，主要原因还是采用多次喷射策略，在保证喷油量稳定的同时，减少了喷油持续期。

4 结语

在以上的分析中我们了解到，为了满足当前我国排放法规的要求，就必须要提高GDI汽油机燃油的经济性，并减少GDI汽油机的排放量，这也将是未来内燃机研究工作的方向。虽然现阶段GDI汽油机仍面临许多难度，但是随着科学技术的提高、研究工作的深入、控制手段的完善以及排气后技术的进步，GDI

汽油机的燃油经济性、排放特点和其他环节都将会得到相应提升。总之，新能源汽车在还没有完全普及前，汽车机缸内直喷技术必将是未来的发展主流，同时也将成为车用动力的主导产品。

参考文献：

[1]冯渊，居钰生，范圣耀.汽油机缸内直喷技术发展的分析与研究[J].小型内燃机与摩托车，2010，39（5）：92-95.

[2]张中杰.汽油机缸内直喷技术及其应用前景[J].北京汽车，2013：37-41.

[3]柯志鹏.汽油机缸内直喷的特点及应用分析[J].科技传播，2014（上）：103.