GDI综述

GDI直喷发动机

三菱Gasoline Direct Injection发动机；

一、Mitsubishi的GDI(Gasoline Direct Injection)在发动机內部作一些改进：

A.使用垂直的进气道

B.高压的燃油喷射

C.喷油嘴能形成高压涡旋式的雾状燃油分布

D.活塞形状改采有凹凸的曲面

E.因动力上不同的需求，采用三种不同正时的供油模式

F.在不同地区因油品的含硫(S)量不同，而配置不同的催化转化器

图1 GDI发动机的构造

三菱声称GDI发动机能比传统的发动机动力输出提高10％，减少20％～35％的燃油消耗，而且在CO，HC，NOx，CO2等尾气排放量降低。

二.GDI发动机工作过程；

三菱GDI发动机就是把汽油直接喷射进入气缸中，能够冷却缸內温度，提高空气密度，增大进气效率，而进气冷却的效果也降低了发动机爆震的可能，且可以大大降低进气阀门附近的积炭。

GDI采用垂直进气歧管设计，并且在活塞头部设计了一个凸起的形状。采用了这种设计以后，当活塞在进行压缩冲程的时候，气缸内会形成强大的涡流。此时将汽油被直接喷射到燃烧室内，产生的涡流就能让汽油跟空气充分混合，在火花塞附近形成足够浓的混合气，有利于点火。

三菱GDI的高压油泵可以提供5.0～5.5MPa的压力，采用高压旋涡式喷油器喷油压力高达5.0MPa，能够提高燃油的细化程度。

图2 左边：GDI直立式进气歧管，反向回旋气流右边：传统汽油发动机的进气方式

图3GDI的点火情況

GDI发动机因不同动力需求而对应的不同供油正时模式；

1.低于120km/h时，Ultra-Lean Combustion Mode(Compression Stroke Injection)

在时速低于120km/h以下，采用空燃比40：1的超稀薄燃烧，在接近压缩行程的末期喷油，空气密度高，供给少量的燃油，再配合GDI发动机的其他特殊构造，可以避免爆震或不容易的问题! (图4之左图)

2.高于120km/h时，Superior Output Mode(Intake Stroke Injection)

高负荷时，在进气行程时供油，空燃比约是30：1而且可以达到冷却气缸的功用(可避免爆震)。(图4之右图)

3.起步或加速时，Two-Stage Mixing Mode(Intake & Compression Stoke Injection)

在转速突然升高时，采用两段式供油——它在进气行程时，先喷少量的燃油来冷却气缸，能够冷却空气提高容积效率，在压缩行程的末期接近上止点，再喷一次油，此时，活塞的凹面会使混合气在火花塞周围形成一个浓度较高的区域，这种相对较浓的混合气能够被顺利点燃。GDI发动机可以采用高达12.5：1的压缩比设计。如图5。

图4

图5 two-stage-mixing(进气与压缩行程各喷油一次)

三、GDI发动机在动力，油耗与尾气排放的表现；

最先公布的是一台1.8升的发动机，它与装配于Mitsubishi Lancer-Virage上的传统发动机做对比。

I.油耗方面；

传统发动机是12.2km/liter，而GDI发动机是16.2km/liter。

II.动力性能上

扭矩提高了10%，而低转速起步时，由于有two-stage mixing的供油模式，使得GDI发动机在低转速时的扭矩再进一步的提升。

III.尾气排放标准

GDI发动机在碳氢化合物(HC)或CO2的排放比较低，NOx的排放并不理想，但是Mitsubishi采用了新的三元催化转化器，比较大的EGR(exhaust gas recirculation，EGR)与在排气端加上Reactive-type exhaust manifold如图。

新的三元催化转化器(for 2nd GDI)

GDI发动机采用two-stage-combustion，这样可以促使催化转化器正常工作。two-stage-combustion也对抑制HC、CO2等尾气排放有帮助。

Two-stage-combustion燃烧使催化转化器得以提早工作

Two-stage-mixing燃烧与新的催化转化器共同作用下，HC排放进一步減低

NOx有改善

大众FSI

大众FSI（Fuel Stratified Injection）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。该技术的运用使FSI发动机空燃比可以达到25：1，压缩比达到12：1，与传统发动机相比可节省15％的燃油、更大的输出功率和扭矩，排放也有较大改善。 2000年底，大众公司第一次用FSI发动机配备Lupo，1.4L发动机可以输出77KW，平均百公里油耗在5L以下，随后FSI又应用在POLO，奥迪系列上也有应用。日益成熟的FSI技术已在大众公司普遍采用，进而又推出了TFSI和TSI技术，目前已装配到旗下车型。

大众FSI发动机是利用一个高压泵，使汽油通过一个共轨管到达电磁控制的高压喷油器。在进气道中产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态以分层填充的方式进入到燃烧室内，使混合气集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。混合气的空燃比可以达到25：1。

FSI发动机根据发动机负荷工况，基本上可以自动选择在低负荷时为分层充气模式（Stratified charge mode），在高负荷时则为均质充气模式（Homogeneous charge mode），在中间负荷状态时，采用均质稀薄充气模式（Homogeneous lean charge mode）。

低负荷时（Stratified charge mode）。油门为半开状态，燃油系统在发动机压缩冲程喷注燃油，特别的活塞顶设计使吸入的空气和喷入的燃油形成滚流，可以在火花塞周围形成达到理论空燃比的足以燃烧的空燃混合气，来引燃整个燃烧室内的混合气；而在燃烧室的其他地方则为富含空气的高空燃比混合气，所以形成稀薄燃烧。发动机可以在过量空气系数1.6～3的范围内运行。