缸内直喷技术

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谢谢各位评委老师！
21世纪初，随着节能环保 的法规日益严格，发动机朝着 减小排量、轻量化，拥有优秀 的燃油积极性的方向发展，于 此同时可变气门正时，废气涡 轮增压的技术的成熟，结合缸 内直喷技术的汽油发动机逐步 成为经济环保而又不失驾驶乐 趣，最具有发展前途的发动机 技术。 • 如今汽油发动机缸内直喷技 术已经进入实用化阶段。生活 中我们会在汽车的尾部后备箱 上看见FSI、GDI以及CGI的标 志，这就表明它是一款装配了 直喷发动机的汽车 •
稀燃式发动机
• 稀燃式发动机就是让汽油在很稀的混合状 态下燃烧，空燃比可达25:1甚至可达40:1
• 稀薄燃烧提出两个概念：均质燃烧和分层 燃烧
分层燃烧模式（stratified mode）
气缸内的混合气浓度不一样越靠近火花 塞点火区域的混合气越浓。理想的分层混 合气在气缸中形成两个区域一个是含油混 合气区域此区域的空燃比接近当量空燃比 另外一个是无油区域此区域的空燃比无穷 大，燃烧仅发生在含油混合区域。这样就 达到分层平均空燃比的大于当量空燃比， 发动机在部分符合工况采用分层燃烧，空 燃比提高后，热效率也就提高，平均燃油 效率也提高8%-10%
均质燃烧模式（homogenous mode）
• 在所有工况下，气缸内的混合气空燃比都 是相同的，和常规的进气道直喷相似。
• 尽管不能像分层燃烧那样通过大幅度的提 高空燃比来提高发动机的部分负荷的热效 应，但是他可以通过利用燃油缸内直喷带 来的其他一系列优点。
GDI (gasoline direct injection）
Baidu Nhomakorabea
车辆加速冷启动时从油气混合机理解决 油气混合不足，消除了进气道喷射时形成 壁面油膜的弊病 ，降低排放。 汽油在缸内直接喷射时油滴主要依靠从 缸内空气中吸热而非从壁面吸热，因而能 使混合汽的温度降低和体积减小，从而有 利于提高充气效率，降低爆震倾向和提高 压缩比，从而提高发动机的动力性能。
总结
• 无论是从节能和减排的角度，还是从 提高汽油机动力性能的角度来看，现代缸 内直喷式汽油机在进气道喷射技术的基础 上，又将汽油机技术向前推进了一大步， 从而成为世界汽油机发展历史上又一个重 要的里程碑。
1-喷油嘴，2-汽油 ，3-进气门，4-排气门 缸内直喷喷射图
缸内直喷与进气道直喷比较
图6-3 蓝色曲线代表输出扭矩, 紫色曲线代表输出功率 奔驰M271 EVO型发动机采用缸内直喷技术使保持1.8升排量不变的情 况，减少油耗。在保持使用95 RON燃油不变的情况下，提升发动机性 能，将最高功率从135KW提高到150KW（提高了11%），将最大扭矩 从250牛Nm提高到310Nm（提高了24%），从而也让客户体验到更多 的驾驶乐趣，同时满足欧5排放法规。
汽油发动机缸内直喷技术发展
• 为了提高汽油发动机的热效率，汽车工业在 20世纪50年代开始尝试制作缸内直喷点燃式发动 机即直喷汽油机，但是由于受到技术，成本和稳 定性的制约，再加上20世纪70年代末出现的进气 道喷射电控汽油发电机技术的日益成熟，导致直 喷汽油机一直没有被广泛应用。 • 20世纪90年代，汽油喷射系统的新技术—— 共轨高压喷油以及与其匹配的喷油器的应用，使 得直喷汽油机重新得到重视和开发。
CGI(stratified-charged gasoline injection ）
• 与前两者显著不同的是，奔 驰不再利用进气流作为混合气 分层填充的动力，而是通过喷 嘴来实现这一效果。CGI上使用 的高压压电喷嘴，是整个系统 的精髓，压电阀喷嘴末端的喷 孔，是一个几微米宽锥状环形 喷孔，这种结构可以塑造一个 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。
• 三菱的GDI发动机， 是很早的缸内直喷技术， 也称为Wall-guided（壁 面引导）直喷发动机，它 分两次把汽油直接喷射到 汽缸内，同时利用缸内空 气的快速流动，使燃料成 层分布，大体实现了火花 塞附近较浓混合气，周围 逐渐稀薄，实现稀薄燃烧， 由于发动机的压缩比可以 到达12.5：1，因此，GDI 在动力和燃油效率方面都 取得了较好的成果。
FSI（fuel stratified injection）
• 奥迪FSI发动机，情况又有改 变，它的特点是在进气道中已经产 生可变涡流，使进气流形成最佳的 涡流形态，然后进入燃烧室内，以 分层填充的方式推动，令浓混合气 体集中在燃烧室中央的火花塞周围。 同时，FSI发动机可以根据不同的 发动机负荷，选择不同的供油模式。 在低负荷时，由于发动机转速不高， 对于马力要求也不高，电脑控制多 次喷油，实现分层稀薄燃烧；而在 高负荷时，只在进气冲程中喷油， 而不必借助于涡流，始终实现理论 空燃比14.7：1燃烧。在高压缩比 12.0：1的情况下，这种控制方式还 是要比传统发动机更加省油。
M271 EVO 油压调节
启动时M271 EVO型发动机的油轨压力调节
M271 EVO型发动机怠速油轨压力调节
M271 EVO型发动机部分负荷/全负荷油轨压力调节
喷射系统
与前代发动机相比，直接喷射可提高压缩比，因此效 率更高。燃料分配均匀且成分配比理想；燃油喷射压力最 高可达140巴
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燃油经由高压油轨 注入各喷油器，成30 度角喷入燃烧室
奔驰M271 EVO发动机缸内直喷 技术分析与检修
韦琼
汽油机缸内直喷技术简介
• 汽油机直喷技术是指 发动机采取和柴油机相同 的喷射工作方式，直接向 气缸内喷射汽油。因此也 有人认为汽油直喷技术就 是将柴油机的形式移植到 汽油发动机上的一种创举。 • 直喷发动机的突出优 势就是：可以实现混合气 稀薄燃烧。