汽油直喷燃烧技术

在能源问题和环境问题日益凸显的背景下，汽油直喷（Gasoline Direct-Injection，GDI）发动机引领着未来的汽油机技术的发展方向。它结合了汽油机轻便、低噪声的优点与柴油机燃油共轨、缸内高压喷射技术，在节能减排方面有着明显优于进气道喷射（Port Fuel Injection，PFI）发动机的表现，已成为世界各大汽车厂商一项主流的技术，在量产的汽车上也已较为常见。

简介

汽油直喷（GDI）是指将汽油直接喷射入燃烧室内进行燃烧的技术。它结合了传统的点燃式发动机与压燃式发动机的优点，与进气道喷射（PFI）发动机相比，由于汽油直接喷入气缸，在燃油经济性、发动机瞬态响应性、冷起动排放等方面有明显的优势。自上世纪90年代三菱公司率先将该技术应用到量产发动机上，高性能低排放的汽油直喷（GDI）发动机得到了迅速的发展与普及。目前世界各大汽车厂商均推出了各自的GDI发动机产品，如大众的FSI发动机，福特的EcoBoost系列GDI发动机。国内一汽、奇瑞、长安等企业也已推出了具有自主知识产权的GDI发动机。

目前，汽油直喷（GDI）燃烧系统可以实现均质燃烧、分层燃烧以及均质混合气压燃燃烧（HCCI）这几种燃烧类型。其中，直喷均质和喷射引导的分层燃烧是缸内直喷技术中较成熟的方案，也是世界各大汽车公司及零部件供应商的主要发展方向。

开发直喷技术的最初想法是由于在大多数的情况下，发动机的空燃比可以调节到比用化学计算法得出的14.7:1更稀薄的状态，而不会对发动机性能造成负面的影响。分层燃烧系统通过精确控制燃油喷射及缸内气流运动等方式实现稀薄燃烧，在发动机部分负荷时空燃比A/F达到25~40或更大，燃油经济性一般会有20%的改善，CO2排放也有所降低。但相应地部分负荷时混合气稀于理论空燃比，使得传统汽油机的三元转换器无法满足排放需求，需要安装成本较高的稀燃NOX后处理装置。此外，分层模式的直喷发动机在电控部件和喷射系统方面的成本也更高。

目前，均质混合的缸内直喷技术已被应用于直喷发动机。它的特点是燃油在进气过程就被喷入燃烧室，混合气形成时间长，在缸内呈均质化的分布，空燃比和一般进气道喷射汽油机相似。均质燃烧系统的优点是可以保留传统的三元转换器，并且较分层燃烧而言，电控系统的设计难度较低。

燃油直喷系统基本布置

汽油直喷（GDI）发动机的电控喷油系统由低压供油部分和高压供油部分组成，包括电子控制单元（ECU）、高压油泵、电控喷油器以及各种传感器等。传统进气道喷射发动机的喷油器安装在进气道内，燃油喷射在进气道壁面。而缸内直喷发动机的明显区别就是喷油器伸入气缸内，将燃油直接喷入燃烧室内与进气混合。

优点

采用直喷技术后，燃油以细微滴状的薄雾方式进入气缸，这也就意味着当燃油雾滴吸收热量蒸发时会吸收燃烧室内的热量，实际上对缸内的充量起到了冷却的作用。这种冷却作用提高了发动机的充气效率，又降低了发动机爆燃的可能性，所以其压缩比可以有所增加。而且正如柴油一样，采用较高的压缩比可以提高发动机的效率，因此直喷发动机的燃油经济性较好。此外，喷射压力也进一步提高，使燃油雾化更加细致，真正实现了精准地按比例控制喷油并与进气混合，并且消除了缸外喷射的缺点，与进气道喷射的汽油机相比，瞬态响应性和冷启动性能也更好。

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