汽油机缸内直喷双喷射分析

一、缸内直喷汽油机简介
大众FSI
发动机- Fuel Stratified Injection Spark Ignition Direct Injection
通用SIDI发动机-
奔驰CGI
- Stratified- Charged Gasoline Injection
- Gasoline Direct Injection
FSI直喷发动机的压缩比高，在这种情况下对油的 标号和油质要求就很严格。就目前中国的情况来说， 必须使用98号的高清洁度汽油。
奥迪Q7(进口)2010款 4.2 FSI 手自一体豪华型 发动机 压缩比 燃油标号 环保标准 13 97 欧IV
直喷发动机的缺陷
首先是低负荷的油气混合效率，缸内喷射是靠压缩行程
三菱GDI发动机
宝马HPI发动机
- High Precision Injection
大众TFSI 发动机
进口尚酷1.4T 双增压+分层燃烧+缸内直喷 国外大众1.4T 国内大众1.4T 国外大众1.8/2.0T 国内大众1.8/2.0T 涡轮增压+缸内直喷 涡轮增压+缸内直喷+分层燃烧 涡轮增压+缸内直喷
缸内直喷 D-4S系统 进气歧管喷射 歧管喷射则在高负荷高转速下雾化及混合效率不及缸内直喷。 缸内直喷系统在冷启动时的油气混合效果却不如歧管喷射， 热机速度慢。 冷启动/怠速/低负荷使用单歧管喷射，中等负荷两套喷射系 统协同工作，高负荷下则由缸内喷射完全接管。 D-4S发挥了缸内直喷优点的同时，保留了歧管喷射喷油嘴， 在缸内直喷工作效果不良的工况下由歧管喷射介入，较好地 解决进气道积碳、热机慢、减少氮氧化物排放等问题，并且 在中低负荷下通过双喷射实现了分层燃烧，进一步提升燃油 利用效率。
现代汽车新技术
汽油机缸内直喷技术
双喷射技术
一、汽油机缸内直喷 技术
在对能源和环保要求日趋严格的今天，即使是多点燃油喷 射这样的技术也不能满足人们的要求了，于是更为精确的燃油 喷射技术诞生，那就是缸内直喷技术。
传统多点燃油喷射
1、什么是缸内直喷？有什么优势？
传统的发动机是在进 气歧管中喷油再与空气形 成混合气体，最后才进入 到气缸内的。在此过程中， 因为喷油嘴里燃烧室还有 一定距离，微小的油粒会 吸附在管道壁上，而且汽 油与空气的混合受进气气 流和气门关闭影响较大。
进行时空气被压缩产生的涡流，在极短时间内与喷油嘴 喷出的细化燃油颗粒进行混合，但怠速热机、低负荷时， 压缩行程时空气流速相对较低，混合的效率就低； 第二，缸内喷射相当于将喷油嘴的位置从进气道移到了 气缸内，取消了燃油在进气道的润洗效果，结果就是进 气道积碳，从而造成发动机效能下降；
第三，其工作特点决定了缸内直喷在低负荷下氮氧化物
分层燃烧时喷油时间在上止点前60°至上止点前45°，
喷射时刻对混合气的形成有很大影响，燃油被喷射在活 塞顶的凹坑内，喷出的燃油与涡旋进气结合形成混合气。 混合气形成发生在曲轴转角40°至50°范围内，如果小 于这个范围，混合气无法点燃，若大于，就变成均质状 态了。分层燃烧的过量空气系数一般在1.6-3之间。 点火时，只有火花塞周围混合状态较好的气体被点燃， 这时周围的新鲜空气以及来自废气再循环的气体形成了 很好的隔热保护，减少了缸臂散热，提升了热效率。点 火时刻的控制也很重要，它只在压缩过程终了的一个很 窄的范围内。
2、均质燃烧
均质燃烧可以理解为普通的燃烧方式， 即燃料和空气混合形成一定浓度的可燃 混合气，整个燃烧室内混合气的空燃比 是相同的，经火花塞点燃燃烧。由于混 合气形成时间较长，燃料和空气可以得 到充分的混合，燃烧更均匀，从而获得 较大的输出功率。有人细分为稀均质燃 烧模式（过量空气系数稍大于1）和均 质燃烧模式（过量空气系数略小于1） 。
T F S I 发 动 机
缸内直喷结构
1、高压油泵
油泵的组成
高压燃油泵作用将来自低压循环（600kpa)的燃油经过高压泵加压至 （5-10mpa)高压燃油供给油轨高压循环，燃油压力通过安装在高压油泵 上的燃油压力调节阀来调节。一般由凸轮轴驱动。高压油泵主要由凸 轮、柱塞、进出油阀、燃油压力调节阀等组成。
（1）进气歧管翻板打开时的均匀燃烧
在发动机转速高于3750 转/ 分或发动机负荷高于40% 时， 进气歧管翻板是打开的，这样 就可保证发动机在高转速、大 负荷时获得更多的进气量，让 更多的空气参与燃烧。 燃油喷射发生在进气冲程中。
（2）进气歧管翻板关闭时的均匀燃烧
在发动机转速低于3750 转/分或 发动机负荷低于40% 时，进气歧管 翻板是关闭的。 下部进气道被封闭，于是被吸入的 空气就会通过上部进气道加速后呈 紊流状流入燃烧室，利于混合气的 形成与雾化。 燃油喷射发生在进气冲程中。
油泵原理
高压喷油器
进气歧管翻板Fra Baidu bibliotek
50-100bar
喷油时刻开始于压缩行程上止点前约60度，结束于压缩行 程上止点前约45 度。
TSI发动机燃烧控制模式
1、分层燃烧
发动机在进气行程活塞 移至下止点时，ECU控 制喷油嘴进行一次小量 的喷油，使气缸内形成 稀薄混合气。在活塞压 缩行程末端时再进行第 二次喷油，这样在火花 塞附近形成混合气相对 浓度较高的区域。
排放，较歧管喷射更多。
双喷射系统
丰田D-4S双燃油喷
射系统
D-4S(Directinjection4-
stokegasolineengineSuper iorversion)，D-4代表4 冲程缸内直喷汽油发动 机，S代表超级版。中 文全称是“超级4冲程 缸内直喷汽油发动机”。 该燃油系统自1996年丰 田研发第一款D-4以来, 经过多年的研究优化该 双喷射系统在2005年装 备雷克萨斯。现在雷克 萨斯高性能跑车RC-F 与丰田86跑车均采用了 D-4S双燃油喷射系统。