直接喷射式发动机应用研究报告

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，结构相对汽油机简单，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则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，可以大大提高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

一、汽油发动机直接喷射技术的技术特点和应用

目前，研究和开发汽油发动机直接喷射技术的公司很多，现就技术比较成熟的奥迪公司的FSI技术、博世公司的DI-Motronic MED7系统、奔驰公司的CGI系统等介绍汽油发动机直接喷射技术的技术特点及应用情况。

<一）奥迪轿车的FSI技术

FSI

一般发动机采用的是汽油在进气歧管内与空气混合，然后进入燃烧室燃烧。空气与汽油的最佳空燃比是14.7:1，为达到良好的燃烧效果，汽油和空气的比率必须在最佳空燃比附近。而FSI技术采用了稀薄燃烧技术，不必达到最佳空燃比，发动机也会有良好的经济性和动力性。可见同等条件下，FSI技术的发动机会更省油。当混合气比较稀时，混合气不容易燃烧。如果让过稀混合气能良好燃烧，如本田公司采用的一缸内两个火花塞来点燃混合气。但是如果混合气更稀，两个火花塞也不能保证良好的燃烧。要使稀混合气良好燃烧，需要把汽油直接喷入气缸。一是利用气缸的高温使汽油更好地雾

化、气化。二是把燃烧室设计成特殊的形状，使进入的空气形成涡流，并且使火花塞周围混合气浓一些，离火花塞较远的地方稀一些，以利于火花塞周围混合气迅速燃烧，并带动较远处较稀混合气的燃烧。这种燃烧就叫做“分层燃烧”。正是这种所谓的“分层燃烧”，使发动机具有良好的经济性。部分负荷时，可燃混合物只分布在火花塞周围，换句话说，空燃比是14.7:1的混合气集中在火花塞周围，在燃烧室的其它部分则是纯净的空气。混合气层的大小、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间。另外，在燃烧时空气层隔绝了热，减少了热量向汽缸壁的传递，从而减少了热量损失，提升了发动机的热效率。而在全负荷时，燃油喷射与进气同步，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，发动机将达到最大动力，也就是所谓的“均匀燃烧”。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14.7:1。而燃油的蒸发又使混合气降温，去除了爆震的产生。也就是说在均匀燃烧情况下，在获得高动力输出和扭矩值的同时付出了较低的燃油消耗。FSI技术与普通发机供油最大的不同是：一个做功循环内，两次供油。第一次喷油在进气行程开始喷入部分的油，让汽油跟空气充分混合，另一次是在压缩行程的末尾活塞接近上止点时再喷入部分汽油，让火花塞周围形成较浓混合气，利于点火。活塞顶部的凹陷，则让进气在整个时间内一直成为强烈的涡流，利于混合气的充分混合及气化。目前应用奥迪轿车的FSI技术的最新主要车型有：08款奥迪A8L 2.8FSI豪华型；08款奥迪A8L 3.2FSI豪华型；08款奥迪A8L 4.2FSI尊贵型；07款奥迪A8L 3.2FSI尊贵型；新奥迪A6L 2.0TFSI标准型<自动、手动）；08款奥迪A6L 2.8 FSI 尊享型等。08款车型的主要性能参数比较如下表1所示：

<二）博世公司的DI-Motronic MED7系统

博世发动机进气系统采用模块化设计，还集成了ECU技术，有效简化了进气系统的结构。进气模块主要由执行器和传感器组成。主要构成部件包括集成了热膜式空气流量计的空气滤清器、电子节气门总成、燃油输送管道及喷油器等。博世Motronic ME7系统的ECU、执行器及传感器通过控制区域网络

DI- Motronic MED7系统是博世公司第一代直喷扭矩控制的电子发动机管理系统，其工作原理与ME7系统基本相同：电子节气门(ETC>首先将驾驶者的输入指令转换为电子信号,然后由该电子信号控制节气门阀的开度。MED7接收来自各方面的扭矩需求量，然后确定所需求的扭矩总量，最终系统在保证发动机输出所需扭矩的前提下，实现油耗及排放水平的最优化。

博世DI-Motronic MED7系统通过对燃油喷射量、进气量及喷射角度的合理匹配来保证从均质燃烧