缸内直喷汽油机通过最优同步单次或二次喷射提高能源效率的喷射策略
缸内直喷汽油机通过最优同步单次或二次喷射提高能源效率的喷射策略摘要
在所谓的混合模式增加情况下完成最大的燃料效率优势的汽油缸内直喷,其中混合物特性准确地适应特定的工作条件。特别是在中等范围的负荷和转速,整体混合物被用于所谓的直接喷射分层充气操作是合适的。
本文提出报告是数值优化分析旨在增加能量效率的GDI发动机配备高压多孔喷油器在单和双同同步注入条件下的结果。在中等的负荷中等速度条件下,工作循环是通过单或双注入同步过程影响它们的缸内过程的三维数值模型。这种选择同时使开始喷射和时间的点火提前达到最大化发动机工作。
再一次喷射中，最优的双喷射体现在增加发动机能源效率方面的实现，因此在精确计算后通过分层来确保分步注射质量的提高。也主要污染物排放的影响进行了讨论。
1.引言
尽管对环境问题的担心导致了需要越来越降低燃料消耗的内燃机，多年来对汽车越来越高性能的要求从未真正减弱。一个显著提高燃料效率的汽车推进系统直到在传统的内部燃烧技术中使用直接喷射才得到重大转变。在SI引擎中，特别是，GDI今天被认为是必不可少的，同时增加了低排放和涡轮增压：发动机排量的减少，而低端扭矩的增加是通过空气增压，压缩比上升和缸内混合气的形成实现的。这些措施不仅解决了发动机PFI系统的主要缺点，即发动机在部分负荷运行中的泵气损失（例如发动机大部分在城市道路中工作），而且这些措施还提供了其他一些优点。敲缸的产生有利于缸内蒸发的燃油蒸汽的冷却作用。在DISC模式中，发动机可以在低混合气浓度时运行，通过创造一种火花塞附近和汽缸壁附近更低浓度的混合气条件。这样可以减少缸壁上的热损失，减少CO和CH的生成，同时很大程度的增加发动机的容积效率。
在过去的几年中，很多研究和发展工作导致喷射系统在燃油喷射准备和输送时越来越可靠，并且实现在极其低浓度混合气下的点火，三个不同的概念可以实现混合气的准备和燃烧（1,2）。在壁面引导燃烧模式下，燃油蒸气通过气缸壁或适当形状的活塞表面输送到火花塞附近。这个理念会导致燃油沉积物和未染碳氢排放的增加。空气引导燃烧模式作为前者的替代，通过适当的空气运动防止燃料粘在缸壁上，但是不能提供对燃烧室里实际空燃比的控制。最后，喷雾引导燃烧理念通过火花塞和喷雾合适的位置关系确定了可燃混合气在点火时的位置（3,4）。目前，充分利用喷雾引导燃烧模式被认为是依靠混合物在燃烧室内的湍流促使在发动机工作过程中火焰传播和实现混合物全面的、快速的熄灭（5）。缸内湍流强度随发动机转速增加，这妨碍了混合物在更高的运行环境下稳定的分层；另一方面，要使负载增加时保持混合气分层会导致局部混合气过浓，这可能会引起颗粒物的增加。这意味着当今小型发动机只有在小负荷和低速通常运行可行，而在大负荷、全负荷和高速运行时，发动机必须在均匀的理论配比下工作。图1,来自参考文献（6,7）总结了上述概念。GDI发动机三个主要的区域在下面的转速负荷曲线中可以区分出来。一个是分层区域，这个区域里点火，火花塞周围混合气为理论配比或略微浓的混合气并且尽可能不使混合气接近缸壁（整体上为稀薄的空燃比），第二个区域为在更高负荷和更高转速时均匀的理论空燃比，第三个为中间均匀的稀薄混合气。
图1 GDI混合的最优模式
混合物特性随发动机负荷和转速改变，即通常所说的“混合模式”直接升压，在实践中，它的实现遇到一些困难，困难在于需要具有处理效率越来越高的后处理系统和低浓度运行，和完全稳定的缸内分裂喷射（8,9）。分裂喷射的特征在于，例如，在进气冲程和压缩冲程，被认为有利于火焰点火区的能量转换。换句话说，合适的分裂喷射不仅适用在稀薄分层模式，实现了更快的催化加热，而且还提供了一个恒定的扭矩与低氮氧化物排放量在分层和均质模式之间的变换，减少了颗粒物的生成，减少了在稳定工况的部分负荷的燃料消耗和增加了在较高负荷的爆震极限。最优的分裂喷射条件和喷射时间取决于发动机的设计。分裂喷射对低浓度混合物燃烧的发展有积极影响，这主要来自于点火时第二次喷射活动浓混合气在点火位置附近的燃料蒸发（10）。
以上所描述的情景清楚地显现，进一步发展GDI发动机，强烈要求对喷雾和周围空气流动之间基本的复杂现象有全面的认识，同时这些现象也受发动机控制参数变化的影响。不同的研究致力于描述在DISC模式下室流程相关的GDI发动机，这些可见文献（11—15）。他们中的一些从数值上处理这个问题。CFD技术具有捕捉复杂现象的功能，和DISC发动机缸内的物理和化学过程密切相关，包括瞬态三维动态的燃料喷射和蒸发，喷雾壁撞击，燃料—空气混合，点火，燃烧，传热和污染物的形成。然而，不能充分利用先进的计算机技术保证发动机整个工作的地图中期望的供油量和供油时刻，因此，最佳的喷油时刻关系到稳定的点火时刻及火花点火和燃烧特性。
目前的工作只是针对评估一种在GDI发动机的工作循环中实现理想的同步单双喷射来减少燃油消耗。这个任务的进行通过研究者[16]开发的一种自动运行的最优化的软件(mode-FRONTIER?[17])建立三维数值发动机模型。相对于一维数值模型，三维发动机模型显然是优先选择，这主要由于需要深入研究燃烧室内喷雾的时间和空间的动态现象以及由此产生的燃油蒸发和与空气的混合。事实上，这个工作的主要目的是应用混合气行程的优化技术实现发动机燃烧效率的最大化。
高性能的单缸，四气门，四冲程，638毫升排量，适用于摩托车的GDI发动机的应用程序还在设计阶段。汽油供应通过假定的新一代六孔高压喷油器喷入缸内，基本特征表现在质量流速试验台和光学可见的气缸内。该结果如下。在第二段中描述了喷油器在二次喷射策略时的实验特征。对发动机质量流量的测量体现在发动机三维模型的输入参数。第三段描述了对模拟喷雾动态三维模型的验证，在三维发动机模型中也考虑到它包含的一些细节。在第四段中，描述了两个具有代表性的发动机在实验条件下的运行条件，一个高负荷一个中等负荷。在最后这个情况下，研究了一种稀薄分层的运行。一个低浓度混合物的研究结果表明，
在同步单次喷射和二次喷射策略下，提出了中等负荷中等速率的工作条件的细节，包括对污染物形成的关注。
2. 二次喷射策略条件下GDI喷油器实验特性
目前研究所用的喷油器都来自于HDEV 5.1 Bosch公司。它六个孔的直径为0.193mm，电磁驱动，在10MPa的喷射压力下每分钟喷入820g燃料。六个喷射位置使喷雾的路径构成一个中间空的椭圆体形状。这个实验致力于研究喷油器在单次喷射策略下的特性[16]。它包括由博世原理的A VL计得到的燃油的瞬时质量流动速率测量值，和在光学可见气缸内得到的喷雾图像，缸内在温度压力（298 K和0.1兆帕）的控制条件下充有氮气。
在这分析了分流喷射，通过A VL计，所需燃料的供给参考发动机在富氧条件下高负荷和中负荷运行。脉冲持续时间的校核分别为50 mg/str喷油压力为10MPa或者20 mg/str 喷油压力为6MPa。二次喷射策略在这样一种方式下确立，被分裂的总燃料量的百分比为50 + 50。
燃油供应量的调节是通过调节喷油器的通电时间控制的，通电时间可通过电子控制单元编程控制，这样可实现多次喷射策略模式。所使用的燃料是商业汽油（Q = 740公斤/立方米）。
图2作为一个例子，报道了在喷射压力为6Mpa时，燃油喷射速率信号的采集有助于双脉冲策略的实现，同时和螺线管的通电时间有关。每个脉冲时间为0.9毫秒。喷射的稳定性和反复性由多种脉冲之间的滞留时间决定，数据库中从最小值1.5毫秒开始。最小值应低于二次喷射开始与前一过程关闭之间的时间，由于喷嘴内装置电动液压的惯性，发现为320ls，如该图所示。
图2 燃油喷射率与脉冲电流的关系
图3反映了在喷射压力6Mpa下，瞬态质量流速中三个不同的数值，喷入的全部燃料相当于以20mg/s，并在两个均匀分布的0.9ms的脉冲时间内喷射。这个分布图相当于所有的脉冲依照上升和下降时间并且显示大量的独立的数据库。如果最后的值比最小值阈大，重叠较好的部分相当于汽油的排放量，他们的执行时间是独立的。这表明，无记忆诱导的第一个脉冲在第二个和更长的持续时间DW可以简单地转向第二次注射事件。这些因素在下面三维CFD分析中被利用。
图3 在三种不同的喷射速率，在喷射压力为6 MPa 燃油分两次每次50%喷入
3. 喷射动力学模型
在研究中提到的，发生在GDI 发动机的汽缸数值模拟过程受作为参考的模拟变量影响，部分在Appendix A 中报道了。经过考虑的GDI 发动机，的确在设计阶段，因此把3D 模型当做探索工具，可以比较燃烧过程的发展和随之发生的在参量调节混合物形成方面的变化。
目前的文章中报告了3D 分模型在喷雾动力学上的成效，如已经实现的在3D 模型和两种录入常数的定义的辛普列斯算法。
汽油动力学仿真是在最初作者的想法的基础上，依靠现存的文献和增入新颖的元素，提高不同工作条件的各种各样的注入器的模型的可携带性。这个模型是在AVL Fire ?环境内部发展的。在DDI 方法中，水滴惴流扩散，凝聚和解体被认为是在不蒸发的环境下进行的。解体是根据Huh –Gosman 的模型仿真的，在这个模型中用常量C1调节气体动力学的解体时间是可适合调节的。最初的液滴粒度在喷嘴口出口段，假定为不是常量，但是可以根据下面的理论直径给出概率正太分布的期望值变化。*???
? ??=λρπτ2th 2rel g f d u C D ，f τ是气体表面张力，是周围气体密度，是燃料和周围气体之间的相对速度，Cd 是单一次序的常量（甚至等于单一量）,参数源于流体动力学的稳定性分析和在注射器出口段的液态接触面的无尺寸波长。分配变量是另一个可适时调整的输入参数。在AVL Fire ?模式中的对最初的液滴粒度尺寸的概率分布的定义，每一步都符合进入粒度分布的每一个颗粒直径指定的产状概率。所有元素的和使分布规律标准化。每一批微粒的数量是由概率分布的极小量决定的，每一阶段引进的一批的数量和已指定的质量流率，每一次引进一批的数量是固定的，注射速率被如此评估以实现连续方程。
通过辛普列斯算法和FRONTIER ?模式，常量调节空气动力学的解体时间和被机械搜索的变量能够达到比较好的试验型穿透深度。自动模式校正步骤的结果在图4中提到了。低分布的两个最佳理想的常量的价值确认了模型的好的预测能力。图5是比较和实验之间渗透长度为3的压力。验证子模型如下的物理现象。解体过程之后注射压力的关系，事实上，是一个具有挑战性的问题，因为它是众所周知的增加注射压力对喷雾行为的双重影响。从一方
面，喷雾雾化的增强和液滴直径的减小，以及注射速度增加。这两种效应对整体的喷雾有相反的后果长度，应采用较小的水滴的存在降低了，但应增加更大的速度。最后的效果是占主导地位的，由实验证实，但可喷涂在建模阶段高估。决定性的本次模型中的假设是预期的初始液滴尺寸分布值，插入喷嘴出口段，是通过价值与注射压力液体和空气之间的相对速度，移动向低值注入压力升高。验证的喷雾模型包括在3D引擎附录A中描述的模型，不久，用于模拟喷雾动态下的单和双策略，还在气缸上的液滴蒸发和冲击活塞壁。
图4 喷雾优化后的结果
图5 理论值与实验值的对比
4. 单一和双注射模式下汽缸内过程的仿真
为了研究注射方式影响研究中的发动机中混合物的制备，考虑了两种典型的操作环境。第一个对应在是每分钟7500转和满负载的发动机转速，也就是平均有效制动压力=1.28MPa,空气和燃料比为A/F=13.第二个是自动化设备负载的脉冲编码装置和发动机转速等于5000转每分，也就是说平均有效压力=0.3MPa,A/F=17. 总体来说，在这个例子中发现了一种贫乏的分层次的混合物。其中发动机设计利用喷射指导燃烧模式，喷雾器朝向火花塞。
4.1高负荷高转速发动机的工作条件
通过参数化方法分析经过理论配比的高负载高转速条件下的分流进样。图6，作为一个例子，展示了注入的和脱水的汽油在单注入和分流进样中聚集起来分别喷射是由50%+50%的喷射策略，和两种不同的Dw值，也就是在注射压力为10MPa下的1000和1000us。保压时间的最小值，也就是1000us,根据先前报道考虑，假定喷射动力学和喷射事件的自主性和独立性。就分流进样来说很明显蒸发作用见益缓慢。这种情况也没在改变通信操作指令方面提高。通过推进420度时的第一典型注射结果，图6（b）中描述的情况发生了。在假定的参考系中曲柄角与TDC一致是CA=720度。
图6 单次喷射与两次喷射策略Dw(a)或(b)SOI燃油蒸发量随曲轴转角的变化燃烧过程的确很受极快的爆裂似的注射剂影响，应归于负载烧毁的恶劣环境。图7比较了和单注入和双注入有关的压力转换，火花塞点火温度固定在696度。这个例子以发证迟缓的SOI1为特征，尤其，展示了一个相当慢的燃烧过程。
图7 单次喷射与两次喷射是不同的SOI脉冲策略（Dw设定在1000 ls）缸内压力随曲轴转角的变化
4.2 适度的负载和适度的发动机工作条件
对适度负载和适度工作条件A/F=17的分析是就50%+50%模式下根据不同的Dw值和6.0MPa的注射压力下的分流进样进行探讨的。类似一次使用的注射剂也适用。
对有用混合物形成上产生影响的发动机，通过客观提高关闭阀门期间，制定一个优化的研究增加经过计算的压力循环区域内的压强来阐述操作问题。总而言之，在贫混合料条件下保证了通过自动程序选择的的注射策略，在DOE空间搜寻最适宜的一组参数来决定注射和火花点火装置。这是通过FRONTIER软件让3维发动机模型自动运转。优化问题是在假设喷射在单个脉冲量内完成而不是在双脉冲量内完成的条件下，最早用公式表述出来。在发动机工作循环周期内同时供给的汽油，是由单注射情况下变量SOI的适时选择，或是第一注射SOI1的开始，还有两个连续脉冲内的保压时间，和在注射情况下分为两部分的Dw来实现的。
输入变量的偏差范围和连续采样的步骤，影响优化程序的效率和速度。物理因素是加入DOE空间的评估，避免气门重叠期间的注射，或是考虑到最大制动转矩对应给出的SI，限制了总量的区间。
图8显示了在分流进样的情况下该优化问题的流程图。一个简化的流程图用公式阐述单次注射。选择目标函数的最大值，Nelder & Mead发明的Simplex，任何n维函数f（X1，X2，..，XN）在参数空间寻找相应的参数矢量的全局极值（最大值或最小值）。这种非线性的优化问题的运算法则不要求其他衍生参量的评估，所以它比基于局部变化的运算方法更稳定。
图8 两次喷射策略下的流程图
图9显示了和单注射方法相关的优化分析的结果。最佳变量表示为输入变量（左）和SOI（右）的函数。最佳变量，更加清晰的说，是某一个计算周期循环的计示有效平均压力，在关闭阀门期间，使无穷小量和起始点周期（IMEPref）有关。起始点已完全平方的形式在图中表示出来，对应680度的SI和450度的SOI.这个组态用来增强空气吸入液流的移动，阀升程的摄取量的最大值，实际是在470度时出现，然而结束角在608度。很明显，发动机性能SOI的一对值和SI极大值，是在475度时的SOI和680度时的SI.在和起始点有关的压力转换方面的增益是显而易见的。图10中可以直观看出，关于中度负载时汽缸内的压力的SOI值的急剧变化，还有那些在优化程序中经过计算的5个不同压力值被标绘出来。他们的SI都是曲柄角680度时。很明显，注入必须减少延迟，在阀门升程减少急剧下降之前，加剧进入汽缸的空气运动。起始注射的最优选择允许关于假定的启动压力循环区的5.3%的提升。
图9 单次喷射条件下的优化结果
图10 单次喷射下五个不同的SOI值缸内压力随曲轴转角的变化拆分注射为两个连续的部分，如先前说的，图8中也可以看到，通过第一注射和第二注射的开始和变化的SI来进行讨论。优化问题的结果在图11中呈现了。最优值是SOI1=450度，Dw=80度。最优的火花提前角保持在680度，虽然相关的文章没有报道。分开注射比假定开始点的一次注射的情况增加了8%的工作。
图12显示了单注射和双注射情况下最优液缸压力的比较。有必要指出整体注射量是一样的，都是20mg/str.在周期的增长是显而易见的。它相当于把有用功提高到2.6%。和双注射情况有关的更好的性能可以根据李姓等人的工作更容易的画出来。也可以看图13，以SI的曲柄角，通过火花塞平面的等值比率分布，在单注射和双注射两种情况下是很直观的。发动机缸盖的中心位置的火花塞通过一个黑点被描绘出来。通过把注射分为两部分，空气混合燃料和分层的混合物的同质性得到加强。火花塞位置激起图13中右边的汽油蒸汽的更大区域。在注射器位置对面靠近活塞壁周围出现了更大的区域。在表中以红色的箭头呈现。执行分析的结果确认了参考的试验性的调查结果，如同先前研究的内燃机传动的注射[25]。在参考[25]中，阐明了和多注入喷射有关的汽相和单注入喷射的比较，虽
然液滴的渗透能力低一些。事实上，二次的液滴注射和周围蒸汽的动力交换的结果是双注射结果下的燃油蒸汽分布甚至比单注射更广泛。以增强分层法和局部同质性为特征的方法有助于多注射策略积极去潜在的积极地影响燃烧过程。考虑的发动机在靠近汽缸壁周围和注射器对面大片区域存在的问题是不可避免的，但是也许可以通过减少注射压力得到解决。
图11 最优的同步两次喷射策略
图12 在最优单次喷射和两次喷射时缸内压力随曲轴转角的变化
图13 火花位置在最优单次喷射情况下(左)和最优双喷射情况下(右)在曲柄角度的SI下燃油
在一个平面的浓度分布
考虑到层状进汽发动机形成的汽油废气的，以下的考虑是很重要的。在精益导入模式下，来源于层状进气充足的区域的火焰，可能受到外边界层状进气极其贫乏区域的淬火，导致未燃尽的烃类化合物的增加。汽缸内温度的降低和减少火焰后区的全部的稀薄燃烧有关，即使氧气是可利用的。自从致力于强调由于拆分注射为两部分的，GDI发动机对稀混合气有效的不同，对污染物的形成就集中在了这方面。因此和单注射和双注射有关的结果，在下面进行了考虑。
图14表明了利用3维软件模型计算NO量。因为提高燃烧效率和提高汽缸内温度，喷射可以分为两个项目，在这种情况下NO量略有增长，例子如图15，和圆柱轴垂直的平面，曲柄角变量达到最大极值（平均汽缸最大容积），CA(Tmax)时的温度分布。最后在单注射情况下等于18度ATDC，在双注射情况下等于16度ATDC.燃烧室头的距离平面被描绘出来，与到达当地温度最大值的点相一致。在右边的双喷射的情况下，在和注射器相对的位置，以较高温度值为特征的更广泛的区域是可见的。这表明了了在双注射情况下NO的最大量。
图14 在一个循环中单次喷射和两次喷射缸内NO的质量分数随曲轴转角的变化
图15 最优单次喷射和两次喷射时的缸内温度分布
注射方式也影响碳氢化合物在局部范围内的产生。图16描绘了汽缸内气体未燃尽的气体等值比（燃烧室容积的平均值），在理想的单注射和双注射的燃烧
和膨胀冲程期间。在EVO中，未燃尽的等值比率比注射分为两部分的情况低一些。从而确认了已取得的加强混合物的局部同质性的全部的正面效应。
图16 在单次喷射和两次喷射时缸内未燃燃料所占比值随曲轴转角的变化
5、结论
所有发动机负载和现代汽油直喷式内燃机的速度取得的成就确实是一项具有挑战性的工作，尤其在高负载时同质的浓混合气和低负载时分层的稀混合气，复合型助推的实现。这就是为什么分开注射也被考虑在内燃机中，类比压缩点火装置。
双轮高性能发动机的分开注射的优势，目前已经可以通过数值研究实现。考虑的单缸638cc排水量，四冲程，四个阀门的发动机，装备着6个洞的喷油器。最后从试验的视角，以单脉冲和两个连续脉冲情况下释放汽油为特征。在双注射情况下，释放相等的气体量的两个连续脉冲的保压时间是不同的。二次注射干扰第一注射的保压时间的最小值是320us.
3维软件演示了高负载高速度情况下汽缸过程的3维仿真。它证明了在这些情况下，这种混合气形成在提高发动机性能方面没有效果。
为了研究中度负载和中速情况下，空气燃料比率低，一个匹配汽缸内过程的3维模型和多目标优化工具得计算方案被呈现出来。单注射和双注射都考虑了。开始注射的最佳时机和点火提前的时间都能通过辛普列斯算法计算出来。从而使燃油料降到最低。和双注射有关的最佳解决办法是提高一次注射有用功，因此确认采取分离注射，提高在精益导入模式下电荷分层法的性能的可能性。
污染物的形成也受到汽油供给分成两部分的影响。同时积极的影响可以通过HC看到，NO的形成受到了燃烧效率的抑制，从而也提高了局部温度。
附录A 3维发动机模型
作者在AVL FireTM环境下，，通过4冲程工作循环的仿真完成了实现了3维模型。和发动机有关的数据在表一中报道了。选择汽缸，进气装置，排气管道作为计算区域。管道通向离阀门大概12cm距离的地方。3维计算区域的离散化通过包括在AVL FIREtm软件图像用的户接口，叫做 Fame Engine Plus模块来实现。通过增加外表面的局部几何体被呈现出来和热流动系统的变量的高梯度的节点来允许粗略控制孔隙结构。反应流方程式通过欧拉公式得到解决。喷射液滴动力学通过DDM的方法仿真，也就是拉格朗日公式法。喷射模型在第3段中已经
验证。液滴蒸发作用决定了，在相关的区域，气相的源项。通过k-e-f模型，扰动也被模式化了，根据ECFM模式燃烧。NO的形成由Zeldovich延伸的原理表述出来。3维代码的分界线和初始参数来源于整体推动系统的1维分析，这是通过Naples大学费得里克的一个专利代码完成的。广泛应用于相似尺寸和功率系数的发动机。这个1维体制来源于试验性的致力于测量阀门流量系数的活动。
当磨粒粒度改变时，初步试验验证了结果的一致性受发动机和燃烧周期的影响。通过模拟不只一个工作周期进行重复核实的结果也是一样的。这是很有必要的，因为第一周期的初始化是在1维模型的结果下实现的，因此不需要对空间分布作解释。在曲柄角为EVO时进行计算是很方便的。选作73度为汽缸轴有关的倾斜角。
汽油机缸内直喷的特点及应用分析
汽油机缸内直喷的特点及应用分析 摘要随着能源危机的日益加剧和排放法规的日益严格，汽车发动机的动力性和燃油经济性越来越受到重视，因此，如何用最少的油跑最远的路已成为现代汽车发展的一个新思路。本文主要从燃油供给系统方面谈一下汽油机缸内直喷的特点及应用。 关键词缸内直喷；汽油发动机；特点；高压油 0 引言 当前，随着能源资源的短缺，环境问题越来越突出，人们对环境的保护越来越重视，国家对环境保护的要求越来越严格，汽车作为现代的一种重要的交通工具，人们对其关注度也越来越高。从改革开发到现在，我国汽车保有量不断增加，汽车排出的污染物所占的比例也越来越高，因此，如何降低汽车的排放物已经成为当下汽车技术研究的一个重要课题。发动机供油系统作为发动机的一个重要组成部分，就是发动机的唯一食物。当前，随着科技的发展，汽车的各项技术也在不断的改良，相对于在排气部分进行改良，把废气中的污染物进行还原催化的被动式降低污染物的含量，通过改进发动机的喷油技术更能体现出发动机的动力性和燃油经济性。 1 汽油机缸内直喷技术的发展 1996年，日本三菱公司率先成功研制出汽油直喷发动机，缸内直喷技术（也称为GDI）得到了快速的发展，目前，丰田、福特、奔驰、日产、奥迪、本田、雷诺、别克等许多国外汽车公司和研究机构都开发了比较成熟的GDI机型和产品。安装于气缸内的燃油喷器直接将燃油喷入气缸内，并在气缸内与空气形成混合气。由于燃油喷射压力的提高，使燃油雾化更加优良，使混合气的比例更加合理，从而使一些在进气管喷射存在的缺点消失，因此缸内直喷越来越广泛应用于汽油车特别是高端品牌的豪华车的发动机上。 2 缸内直喷系统的构成 缸内直喷系统的主要组成部件有：燃油箱、电子燃油泵、燃油滤清器、燃油量调节电磁阀、燃油压力调节阀、高压燃油泵、高压燃油管、燃油分配管、燃油压力传感器、燃油压力调节电磁阀和高压喷射电磁阀（喷油嘴）。 电子燃油泵（低压燃油泵）把燃油从油箱输送到高压燃油泵，高压油泵由发动机凸轮轴驱动，将低压燃油泵输入的燃油压力由约0.35MPa增高到8MPa～12MPa，并送往燃油分配管，充满各缸喷油器的油腔。当ECU命令喷油器的电磁线圈通电时使针阀打开，汽油通过喷嘴喷入气缸。 3 缸内直喷系统的特点
现代缸内直喷式汽油机(八)
现代缸内直喷式汽油机(八) (接上期) 2.6电子控制系统 2.6.1基本概况和要求 如前面所述，均质燃烧直喷式汽油机由于运行状况与进气道喷射汽油机相似，因此无论是排气后处理系统还是电控系统都与后者相仿，变得较为简单。而分层稀燃直喷式汽油机则由于必须在部分负荷工况充量分层和中高负荷工况均质混合汽这两种运行方式之间瞬态转换，并且所应用的NOx 吸附催化转化器的吸附和再生过程又必须在稀和浓混合汽之间周期性地转换，因此对发动机电控系统提出了更高的特殊要求。为此，下面以Bosch公司专门为缸内分层稀燃直喷式汽油机开发的电控系统为例，简要介绍其控制策略和系统概况。 Bosch公司在ME7型进气道喷射汽油机电控系统的基础上，专门为缸内分层稀燃直喷式汽油机新开发了Motronic MED7型电控系统。由于ME7型电控系统采用的是基于扭矩控制的先进的控制策略，这就为用于缸内直喷式汽油机提供了有利的前提条件。为了充分挖掘缸内汽油直接喷射的所有潜力，电控系统必须能最大限度地对所有调节参数进行自
由控制，同时又能对两种基本的运行方式(图60)进行识别和转换，因此对电控系统提出了以下两个要求： ①喷油始点必须能够根据发动机运行工况在压缩冲程期间的较晚喷油始点和在进气冲程期间的较早喷油始点之间调节； ②必须将进气量调节与加速踏板调节功能分开，以便能够在低负荷工况时节气门全开实现发动机无节流运行，而在高负荷工况时又能用节气门来调节进气空气量。 图14(见本刊今年第4期)示出了Motronic MED7电控系统的主要部件。这种高压喷油系统是一种蓄压式共轨喷射系统，因此燃油能够在任何一个时刻由电控喷油器直接喷入汽缸，同时将进气量调节与加速踏板调节功能分开，分别由电子节气门(EGAS)和加速踏板模块(含“油门”位置传感器)来承担，进气空气质量可由电子节气门(EGAS)自由调节，并应用热膜空气质量流量计来精确测量汽缸吸入的空气质量，而根据行驶负荷所需的发动机输出扭矩的调节(扭矩控制)由加速踏板模块输出相应的信号通知电控单元，并与一个普通的宽带λ传感器来实现混合汽的控制，用于进行λ=1均质运行或分层稀薄运行调节以及催化器再生的精确控制。此外，在热力循环中特别是高EGR率情况下废气再循环的精确调节是特别重要的，因此采用一个进气管压力传感器来进行废气再循环的测量。
现代缸内直喷式汽油机(二)
现代缸内直喷式汽油机(二) (接上期) 2缸内直喷式汽油机的发展历史 在内燃机出现的早期，即20世纪初，人们就已对汽油喷射方式进行过研究。1900年德国Deutz公司就曾经生产过汽油喷射的固定式发动机。以后，汽油喷射的应用范围逐步转移到活塞式航空发动机上。二战前夕的20世纪30年代，德国已开始用Benz和BMW公司的汽油喷射发动机装备军用飞机。 航空发动机采用汽油喷射技术所取得的成果，自然也引起了人们将其应用到汽车上的兴趣。但是，当时并没有对化油器式汽油机的燃烧方法做重大改动。通常是为了提高汽车发动机的功率，往往仅在现有的汽缸盖结构基础上，为配备直接喷射喷油器而进行相应的修改，因此开发的重点侧重于喷油装置及其调节。1938年德国空军研究所(DVL)和Bosch 公司合作，首先致力于汽车二冲程缸内直喷式汽油机的研究，并完成了装车试验。Daimler Benz公司也于1939年推出了专供赛车使用的四冲程缸内直喷式汽油机。直到1952年汽油直接喷射才首次批量应用于汽车，Gutbrod公司首先使用Bosch公司提供的机械控制式汽油喷射系统批量生产装有
二冲程缸内直喷式汽油机的轿车，因二冲程汽油机采用缸内直接喷射之后可避免扫气过程中的燃油损失，与当时的化油器汽油机相比，其燃油耗节约了25％～40％。1954年Benz 公司首次推出了排量为3.1L的四冲程直立6缸M198缸内直喷式汽油机(图5和图6中)，搭载于300SL型轿车。 虽然1934年德国就开始研究如何通过把燃油直接喷入燃烧室而得到不均匀的混合汽，即分层充量。在20世纪50-60年代，美国Texaco公司也推出了TCP(Texaco Combustion Process)燃烧系统以及1968年Ford公司推出的 PROCO(Ford-Programmed Combustion Process)燃烧系统(图6右)，立足于节能减排，力求通过分层稀薄燃烧方式来提高压缩比，使汽油机在保持本身优点的前提下，在燃油经济性方面达到或接近柴油机的水平。但是，由于缸内直喷式汽油机既有喷油系统又有点火系统，结构较为复杂，成本也较高，同时在燃烧室内实现分层燃烧的调试比较困难，开发费用大，再加上当时尚缺乏供稀薄燃烧用的NOx后处理技术，因此一直到20世纪80年代末，汽油机缸内直喷分层稀燃技术仍未进入实用阶段。 随着内燃机技术的进步，特别是基于微电子技术的计算机技术的迅速发展，为汽油机缸内直接喷射技术的重新发展提供了前提条件。同时迫于节能和环保要求日益严格的压
汽油机缸内直喷技术发展的分析与研究
研究生课程考试成绩单 （试卷封面） 任课教师签名： 日期： 注：1. 以论文或大作业为考核方式的课程必须填此表，综合考试可不填。“简要评语”栏缺填无效。 2. 任课教师填写后与试卷一起送院系研究生秘书处。 3. 学位课总评成绩以百分制计分。
目录 汽油机缸内直喷技术研究与发展 (1) 1简介 (1) 2 缸内直喷技术特点 (1) 2.1分层燃烧缸内直喷汽油机 (2) 2.2匀质混合燃烧缸内直喷汽油机 (3) 3 GDI发动机的技术现状 (4) 3.1燃油供给和喷射系统 (4) 3.2喷射模式 (5) 3.3燃烧系统 (5) 3.3.1“喷束引导法”(spray-guided system) (6) 3.3.2 “壁面引导法”(wall．guided system) (6) 3.3.3 “气流引导法”(flow-guided system) (6) 3.4缸内空气运动的组织 (6) 4 GDI发动机目前存在的问题 (7) 4.1 排放问题 (7) 4.2催化器问题 (7) 4.3积炭问题 (7) 4.4喷油器问题 (7) 4.5控制策略问题 (7) 5今后GDI技术研究开发方向 (8) 5.1降低NOx排放的技术 (8) 5.2二次燃烧技术 (8) 5.3二次混合技术 (9) 5.4均质混合压燃技术 (9) 6 GDI技术的发展前景 (9) 参考文献 (10)
汽油机缸内直喷技术研究与发展 100177唐文来 指导教师王鸿翔 摘要： 本文通过实例介绍了汽油机缸内直喷(GDI)技术的发展背景、技术特点、技术现状、目前面临的难题以及今后技术研究工作的重点，指出了排放的控制措施将成为决定其推广实用的关键因素。最后对汽油机缸内直喷新技术的发展，进行了展望。 关键词：汽油机缸内直喷排放 1简介 随着石油资源越来越紧缺，人们对汽车的燃油经济性要求也越来越高，为此，一种新型的汽油机燃烧方式应运而生，即发动机稀薄燃烧技术，而实现稀薄燃烧的理想方式是缸内直喷分层喷油，即缸内直喷（GDI）。直喷式发动机是在气缸内喷注汽油，将喷油器安装在燃烧室内，将汽油直接喷注在气缸燃烧室内，空气则通过进气门进入燃烧室与汽油混合成混合气被点燃做功，这种形式与直喷式柴油机相似，因此，缸内喷注式汽油发动机是将柴油机的形式移植到汽油机上的一种重大创举。 上世纪50年代，德国就研制了直喷二冲程汽油机，但由于当时内燃机制造技术和电控水平较低，其性能和排放并不理想。90年代后，缸内直喷汽油机的研究有了快速发展。缸内直喷汽油机改变了混合机理。可采用稀薄分层燃烧技术，有效地降低HC等排放。直喷方式的油滴蒸发依靠空气吸热而非壁面吸热，降低了混合气温度和体积，可降低爆燃倾向，提高发动机压缩比。此外，GDI汽油机还具有瞬态响应好，易于实现精确的空燃比控制，具有快速的冷起动和减速快速断油能力等特点。 缸内直喷式发动机的空燃比达到40:1，具有节省燃油、减少废气排放、提升动力性能，减少发动机震动、喷油精度的提高、发动机更耐用等优点，目前各汽车制造企业纷纷推出了各自的缸内直喷发动机，如大众公司的FSI（燃油分层喷射）、通用公司的SIDI（点燃式直喷）、丰田公司的D—4S、宝马公司的HPI（高压直喷）、三菱公司的GDI（汽油缸内直喷）、保时捷的DFI（直接燃油喷射）等。这些缸内直喷式汽油机各有自身的特点，技术先进，都明显优于进气道喷射汽油机。 2 缸内直喷技术特点 缸内直喷汽油机是以传统电控喷射系统为基础，进行结构和控制技术的优化，使得混合气的形成与燃烧过程得到改善。
现代缸内直喷汽油机的燃油系统与维修
现代缸内直喷汽油机的燃油系统及维修 缸内直喷汽油机己被各大汽车制造商普遍采用，尤其是大众汽车公司近两年在国内销售的新车己大部分采用TSI发动机，即涡轮增压缸内直喷汽油机。国内各汽车杂志都曾详尽地介绍过缸内直喷汽油机燃油系统的结构和工作原理，但由于此项技术发展很快，那些文章上很多内容己不符合当前实际。本文以大众TSI发动机和通用SIDI 发动机为例介绍目前实际装车用的缸内直喷汽油机的燃油系统结 构、工作原理特点和维修注意事项。 目前实际装车用的缸内直喷汽油机的低压燃油系统和高压燃油系统都采用按需调节燃油系统，参见图1。所用的缸内直接喷射都取消了“分层”充气工作模式(压缩行程喷射、稀混合汽)，只有“均质”一种模式(进气行程喷射、λ=1的混合汽)。这样可以不使用昂贵、且易损坏的存储型氮氧化物催化转化器，也能使排放达标。 一、低压燃油系统 1.低压燃油系统结构 与传统的进气道燃油喷射系统相比，其低压油路增加了燃油泵门控开关、燃油低压压力传感器G410、油泵控制单元J538。
燃油低压压力传感器采用传统三线式压力传感器。 燃油泵门控开关能使打开驾驶员侧车门时燃油泵即开始工作，车门开关信号被送至发动机控制单元，燃油泵被触发2s。燃油泵提前工作是为了迅速建立高压以缩短启动时间。 有些汽车还具有碰撞燃油切断装置，它是通过燃油泵继电器断开燃油泵。 2.按需调节低压油路 低压油路在发动机工作时仅保持0.4MPa油压，以节电。在易汽阻状态则使油压保持在0.5MPa。然而，发动机工作时燃油消耗是不固定的，因此燃油低压压力传感器时刻将燃油压力信号发送发动机控制单元，发动机控制单元根据此信号向燃油泵控制单元发送一个有20Hz频率的脉冲宽度调制信号。燃油泵控制单元根据这个指令，为电动燃油泵送去的脉冲宽度调制电流，形成闭环控制。换言之，此时燃油泵上的电压不是12V，而是由脉冲宽度调制电流产生的较低的有效电压。即燃油泵转速是受控可变的，不需要燃油压力调节器，输出油压也保持在0.4MPa。 应注意，图1中燃油泵上的回油管不是用于低压燃油系统的，它是仅用于高压燃油系统的。低压燃油系统都采用无回油式的 二、高压燃油系统 1.高压油路系统结构 第二代高压泵高压油路系统如图2所示，它由高压泵、燃油压力调节阀、燃油压力传感器、燃油分配管、喷油器、压力限制阀及低压回油燃油管等组成。
汽油机缸内直喷技术分析解析
汽油机缸内直喷技术 学院**********院 专业车辆工程 班级10040208 学号1004020533 姓名***
目录 1 GDI技术的发展 (1) 2 GDI技术的发展前景 (2) 3 GDI发动机的技术现状 (4) 3.1 燃油供给和喷射系统 (4) 3.2喷射模式 (6) 3.3燃烧系统 (6) 3.3.1“喷束引导法”(spray-guided system) (6) 3.3.2 “壁面引导法”(wall．guided system) (7) 3.3.3 “气流引导法”(flow-guided system) (7) 4今后GDI技术研究开发方向 (7) 4.1降低NOx排放的技术 (7) 4.1.1稀燃催化器 (7) 4.1.2废气再循环 (8) 4.2二次燃烧技术 (9) 4.3二次混合技术 (9) 4.4均质混合压燃技术 (9) 5 GDI发动机目前存在的问题 (10) 5.1 排放问题 (10) 5.2催化器问题 (11) 5.3积炭问题 (11) 5.4喷油器问题 (12) 参考文献： (13)
摘要 本文详细介绍了汽油机缸内直喷(GDI)技术的发展历程、技术特点、亟待解决的问题及今后研究工作的重点。指出了排放的控制措施将成为决定其推广实用的关键因素。最后对汽油机缸内直喷技术的发展进行了展望。 关键词：汽油机缸内直喷排放 1 GDI技术的发展 上世纪50年代，德国研制出了二冲程直喷汽油机，限于当时机械制造技术和电控水平较低，其性能和排放并不理想。90年代后，缸内直喷汽油机的研究有了较大的进展。缸内直喷汽油机改变了预混合汽油机的混合机理，可采用稀薄分层燃烧技术，降低HC等有害排放。直喷方式的油滴蒸发主要依靠空气吸热而非壁面吸热，降低了混合气温度和体积，可降低爆燃倾向，提高发动机压缩比。此外，GDI 汽油机还具有瞬态响应好，易于实现精确的空燃比控制，具有快速的冷起动和减速快速断油能力等特点。这些方面GDI汽油机都明显优于进气道喷射汽油机。为此许多外国汽车公司和研究机构都成功开发出了自己的GDI发动机机型。1996年，日本的三菱公司率先采用立式进气道与弯曲顶面活塞。在进气行程中吸入的空气通过立式进气道被吸入气缸，形成强烈的滚流。喷射的燃油经曲面形的燃烧室壁面引导被送到位于气缸中央的火花塞附近，形成稳定的燃烧。开发的汽油直喷发动机应用于运动型轿车Galant上，其油耗和二氧化碳的排放
现代缸内直喷式汽油机(十七)
范明强 (本刊专家委员会委员)教授级高级工程师，曾任中国第一汽车集团公司无锡研究所发动机研究室主任、湖南奔腾动力科技有限公司轿车柴油机项目部总工程师、无锡柴油机厂高级技术顾问和多所高校客座教授。现代缸内直喷式汽油机(十七)文/江苏 范明强 (接上期) 现代汽车工业面临的形势越来越严峻，既要承 受全球环境恶化的重压，面对越来越苛刻的废气排 放法规，必须不断地降低汽车的尾气排放；又面临世 界石油能源紧缺，汽车的燃油经济性越来越受到人 们的关注；同时还必须满足用户对车辆动力性能的要 求。汽车制造厂商的任务就是要协调所有面临的这 些相互矛盾的要求，这是一项非常困难的任务，尤其 是在对动力性能要求特别高的高档运动型轿车领域 内更是如此。 为此，缸内直接喷射技术越来越受到轿车汽油 机制造厂商的青睐。欧洲和日本相继推出了多款直喷 式汽油机轿车，特别是德国大众公司在中国同步推 出并批量生产其最新型的该类车型及其直喷式汽油 机，受到国内业内人士的高度关注。 但是，对轿车汽油机而言，无论是进气道喷射还 是缸内直接喷射都各有利弊。在低速低负荷工况，缸 内直接喷射不能确保最佳的混合汽形成，而在全负 荷范围内，进气道喷射又由于受到进气节流的影响， 进气量不足而限制了汽油机功率的提高。 鉴此，日本丰田Tochter Lexus公司新开发了一 种不用复杂的可调式进气管，也不用会产生节流影响 的滚流调节阀，而是组合应用进气道喷射和缸内直 接喷射的新型自然吸气汽油机，它将这两种系统的 优点集成于一体，根据功率需求，或采用单纯的缸内 直接喷射运行，或采用两种系统组合运行。在低负荷 和中等负荷范围内，由进气道喷射和缸内直接喷射共 同实现可能是迄今为止最好的混合汽形成(图133)， 而在全负荷范围内，由单纯的缸内直接喷射获得尽可 能最高的功率，同时缸内直接喷射时汽油油滴蒸发 的冷却效果又能降低爆震倾向，这样就能够采用更 高的压缩比。原则上，这种新型汽油机采用均质混合 汽运行，仅仅在冷启动以后，借助于压缩行程期间附 加的缸内直接喷射形成分层充量，以便提高废气温 度和缩短催化器的预热时间。 新开发的这种3.5L-2GR-FSE汽油机是丰田 GR汽油机系列中的顶级机型，首先搭载于GS 450h 和LS 460雷克萨斯轿车以及后轮驱动的Luxury高 级运动型轿车上,旨在改善批量生产汽油机的动态性 能,同时满足环境对低燃油耗和低排放的要求。作为 一种自然吸气汽油机，该汽油机配备了新型的D-4S 汽油直接喷射系统(D-直接喷射；4-四冲程汽油机； S-高档方案)和进气道喷射两种喷油器，以充分发挥 汽油直接喷射的优势，并改善全负荷性能，同时还通 过采取进一步的技术措施，例如改进进排气系统加 快进气空气流动，加大气门传动机构刚度等提高发 动机转速，降低各种零部件的摩擦以及提高压缩比 来提升功率。因此，这种新型汽油机除了达到具有 世界一流水平的234 kW功率(比功率为67.7kW/L)和 380N·m最大扭矩之外，该机还具有宽广的高扭矩 范围，从2000r/min开始就发出至少90%的最大扭 矩，因此装用这种汽油机的凌志轿车的动力性能名列 世界最顶级水平，同时最佳的10-15工况燃油耗达到 了10km/L，并已被证实该汽油机能够满足日本特超 低排放汽车(SULEV)的排放限值。 11. 发动机概况和主要技术规格 表10列出了这种新型汽油机的主要技术规格， 图134是其纵横剖视图。 表10 发动机主要技术规格 发动机型号2GR-FES3GR-FES 排量(L) 3.456 2.994 汽缸直径(mm)9487.5 行程(mm)83 缸心距(mm)105.5 汽缸排列V6 气门传动机构4气门，双顶置凸轮轴链传动，滚轮摇臂 可变气门定时机构进气门 + 排气门(双VVT-i) 燃油喷射系统 进气道喷射+缸内直喷 (D-4S) 缸内直喷 (D-4) 压缩比11.811.5 最大功率 (kW/r/min) 234/6400188/6200 最大扭矩 (Nm/r/min) 380/4800314/3600 90%最大扭矩的转 速范围(r/min) 2000-65002000-4200 排放标准J-SULEV 图133 进气道喷射和缸内直接喷射组合运行时的混合气 形成 化学计量燃油空气混合汽 压缩 点火 燃烧 进气 (进气道喷射和 缸内直接喷射)
汽车缸内直喷技术详细讲解
汽车缸直喷技术详解 对于一台汽油发动机来说，将汽油送入汽缸，并与空气混合，再使油气混合物充分燃烧才能获得强大的动力，因此油气混合技术也是发动机的关键之一。在经历了化油器、单点电喷、多点电喷技术阶段之后，油气混合技术终于进入了直喷时代，越来越多的车型开始采用直喷发动机，那么直喷发动机的技术关键 点都有哪些呢？下面就为大家逐一解析。 高压喷油系统 高压喷油系统可以说是直喷发动机最关键的系统，与以前油气在进气歧管混合，然后被负压吸入发动机不同，直喷发动机是用高压喷油嘴将燃油喷入汽缸，由于汽缸压力已经很大，因此需要喷油系统具备更大的压力。
高压喷油系统主要可以分为发动机控制模块（ECM）、高压油轨、高压油泵和喷油嘴四部分，其中ECM主要采集发动机数据，按照预定程序控制喷油时机和喷油量，从而实现最高燃烧效率；而高压油泵则主要负责燃油的加压，高压油轨主要起均衡各喷油嘴喷射压力的作用，而最终的喷油任务则由喷油嘴来执行。 此外，还有多个传感器提供燃油压力等信息，确保整个系统的高效率。
ECM（或称ECU）不仅是直喷发动机的关键部分，也是所有技术较新的燃机的重要组成部分，这个部分涉及到芯片、执行器、软件等多个环节，其中任何一个环节缺失都无法实现量产装车。目前ECM技术还是为国外企业所把持，在技术 上已经比较成熟。
部分自主品牌虽然也初步具备了ECM的制造能力，但是在软件的匹配、执行器的可靠性等环节还有不少问题尚待解决，不过就跟变速器技术一样，这样的关键技术一旦取得突破，自主品牌厂商将受益匪浅。 高压油泵则是燃油加压的关键环节，在低压油泵将燃油送到高压油泵之后，高压油泵可以将汽油加压到十余兆帕的压力（这是普通汽油泵压力的三四十倍），并将其送入油轨。高压油泵通常是由凸轮轴带动，部则有双头或者三头凸轮加压（如福特ECOBOOST系列发动机的“9号凸轮”）。
现代缸内直喷式汽油机(四)
现代缸内直喷式汽油机(四) (接上期) 2.3.喷油系统 现代缸内直喷式汽油机对喷油系统提出的主要要求是，必须将燃油的压力产生过程与计量喷射过程完全脱钧，使其能够自由选择喷油时刻和可变的喷油压力。如上所述，蓄压共轨式喷油系统具有很大的控制自由度，可以最好地满足这些要求，能够在任意一个时刻通过电控喷油器将存储在共轨中达到运行工况所要求压力的燃油精确计量直接喷人燃烧室。图14(见上期)示出了这种燃油系统的基本组成。首先由燃油箱内的低压电动燃油泵供油模块产生0.35～0.40MPa的初级输油压力。按需要向由发动机直接传动的高压燃油泵供油，它可将燃油共轨中的燃油压力最高提高到12MPa。喷油器直接连接在燃油共轨上，由电控单元发出的控制信号(喷油脉冲，其宽度即通电持续时间)来确定喷油始点和喷油量。共轨中的燃油压力由燃油压力传感器采集。并由同样安装在共轨上的燃油压力调节器调节到喷油脉谱图所规定的压力值。燃油压力调节器根据负荷状况调节共轨通往回油管路的通道截面，以控制回油量。但这些多余的燃油量并不是返回到燃油箱，而是直接返回到高压燃油泵的进油口。这样就能够
尽可能减少高压燃油泵的能量消耗。有利于降低燃油耗。并能减少对燃油箱中燃油的加热，以避免加重燃油箱通风系统的负担。 图22示出了现代直喷式汽油机喷油系统的高压燃油泵、共轨和电控喷油器等三大高压部件。 2.3.1.低压输油泵 现代缸内直喷式汽油机的低压输油泵通常采用与进气 道喷射汽油机一样的电动燃油泵，在此不再详述。 大众公司新的1.4L/1.6L-FSI直喷式汽油机采用了一种 可调节供油量的电动燃油泵。为此在低压进油油路中安装了一个压力传感器，根据此压力信号发动机电控单元控制电动燃油泵只供应实际所必需的燃油量，以保持0.40MPa的初级输油压力。而不再有多余的燃油回流到燃油箱。这不仅避免了油箱中燃油温度的升高，而且减少了电功率消耗(约50％)，有利于降低燃油耗。同时，还具有改变低压进油压力的可能性。在易发生汽阻危险的运转范围内(例如热启动)，低压进油压力能够在短时间内从0.4MPa提高到0.5MPa。以有利于消除可能发生的汽阻现象而顺利热启动。 2.3.2.高压燃油泵 现代直喷式汽油机高压燃油泵的任务是将燃油压力由0.35～0.40MPa的初级输油压力提高到12MPa，甚至最高达
发动机缸内直喷原理解析
发动机缸内直喷原理解析 随着对能源和环保的要求日趋严格，发动机也要不断升级进化，才能满足人们的需求。如时下的“缸内直喷”、“分层燃烧”、“可变排量”等名词相信大家并不陌生，到底它们的工作原理是怎样的？下面我们一起来了解一下吧。 ● 活塞、曲轴是最“累”的？ 发动一运转，活塞的“头上”就要顶着高温高压，不停地做高速上下运动，工作环境非常严苛。可以说活塞是发动机“心脏”，因此活塞的材质制作精度都有着很高的要求。
而被活塞踩在“脚下”的曲轴也不好受，要不停地做高速旋转运动。曲轴每分钟要旋转数千次，肩负着带动机油泵、发电机、空调压缩机、凸轮轴等机构的艰巨任务，是发动机动力的中转轴，因此它也比较“壮”。 ● 直线运动如何变旋转运动？ 我们都知道，气缸内活塞做的是上下的直线运动，但要输出驱动车轮前进的旋转力，是怎样把直线运动转化为旋转运动的呢？其实这个与曲轴的结构有很大关系。曲轴的连杆轴与主轴是不在同一直线上的，而是对立布置的。 这个运动原理其实跟我们踩自行车非常相似，我们两个脚相当于相邻的两个活塞，脚踏板相当于连杆轴，而中间的大飞轮就是曲轴的主轴。我们左脚向下用力蹬时（活塞做功或吸气向下做运动），右脚会被提上来（另一活塞压缩或排气做向上运动）。这样周而复始，就有直线运动转化为旋转运动了。 ● 发动机飞轮为什么这么大？ 都知道活塞的四个行程中，只有一次是做功的，进气、压缩、排气三个行程都需要一定的力量支持才能顺利进行，而飞轮在这个过程中就帮了很大的忙。
飞轮之所以做得比较大，主要是为了存储发动机的运动能量，这样才能保证曲轴平稳的运转。其实这个原理跟我们小时候的陀螺玩具差不多，我们用力旋转后，它能保持相当长时间的转动。 ● 发动机的排量、压缩比 活塞从上止点移动到下止点所通过的空间容积称为气缸排量；发动机所有气缸排量之和称为发动机排量，通常用升（L）来表示。如我们平时看到的汽车排量，1.6L、2.0L、2.4L等等。其实气缸的容积是个圆柱体，不太可能正好是整升数的，如1998mL、2397mL等数字，可以近似标示为2.0L、2.4L。 压缩比，即发动机混合气体被压缩的程度，气缸总容积与压缩后的气缸容积（即燃烧室容积）之比来表示。为什么要对气缸的混合气体压缩呢？这样可以让混合气体更容易、更快速的完全燃烧，从而提高发动机的性能和效率。 ● 什么是可变排量？如何改变排量的？ 通常为了获得大的动力，需要把发动机的排量增大，如8缸、12缸发动机动力就非常强劲。但付出的代价就是油耗增加。尤其是在怠速等工况不需要大动力输出时，燃油就白白浪费掉了，而可变排量就可以很好地解决矛盾。
现代缸内直喷汽油机的燃油系统与维修
现代缸直喷汽油机的燃油系统及维修缸直喷汽油机己被各大汽车制造商普遍采用，尤其是大众汽车公司近两年在国销售的新车己大部分采用TSI发动机，即涡轮增压缸直喷汽油机。国各汽车杂志都曾详尽地介绍过缸直喷汽油机燃油系统的结构和工作原理，但由于此项技术发展很快，那些文章上很多容己不符合当前实际。本文以大众TSI发动机和通用SIDI发动机为例介绍目前实际装车用的缸直喷汽油机的燃油系统结 构、工作原理特点和维修注意事项。 目前实际装车用的缸直喷汽油机的低压燃油系统和高压燃油系统都采用按需调节燃油系统，参见图1。所用的缸直接喷射都取消了“分层”充气工作模式(压缩行程喷射、稀混合汽)，只有“均质”一种模式(进气行程喷射、λ=1的混合汽)。这样可以不使用昂贵、且易损坏的存储型氮氧化物催化转化器，也能使排放达标。 一、低压燃油系统 1.低压燃油系统结构 与传统的进气道燃油喷射系统相比，其低压油路增加了燃油泵门控开关、燃油低压压
力传感器G410、油泵控制单元J538。 燃油低压压力传感器采用传统三线式压力传感器。 燃油泵门控开关能使打开驾驶员侧车门时燃油泵即开始工作，车门开关信号被送至发动机控制单元，燃油泵被触发2s。燃油泵提前工作是为了迅速建立高压以缩短启动时间。 有些汽车还具有碰撞燃油切断装置，它是通过燃油泵继电器断开燃油泵。 2.按需调节低压油路 低压油路在发动机工作时仅保持0.4MPa油压，以节电。在易汽阻状态则使油压保持在0.5MPa。然而，发动机工作时燃油消耗是不固定的，因此燃油低压压力传感器时刻将燃油压力信号发送发动机控制单元，发动机控制单元根据此信号向燃油泵控制单元发送一个有20Hz频率的脉冲宽度调制信号。燃油泵控制单元根据这个指令，为电动燃油泵送去的脉冲宽度调制电流，形成闭环控制。换言之，此时燃油泵上的电压不是12V，而是由脉冲宽度调制电流产生的较低的有效电压。即燃油泵转速是受控可变的，不需要燃油压力调节器，输出油压也保持在0.4MPa。 应注意，图1中燃油泵上的回油管不是用于低压燃油系统的，它是仅用于高压燃油系统的。低压燃油系统都采用无回油式的 二、高压燃油系统 1.高压油路系统结构 第二代高压泵高压油路系统如图2所示，它由高压泵、燃油压力调节阀、燃油压力传感器、燃油分配管、喷油器、压力限制阀及低压回油燃油管等组成。
技师论文--大众汽油缸内直喷系统常见故障诊断
目录 一、引言 (1) 二、汽油缸内直喷系统结构特点 (1) 三、汽油缸内直喷系统常见故障案例分析诊断 (3) 四、结论 (8)
大众汽油缸内直喷系统常见故障诊断 摘要：汽油缸内直喷技术的产生是对传统汽油进气歧管内喷射发动机的又一次革命，代表着未来一段时期内汽油供给系统的发展方向，对我们汽车维修人员也是一个新的研究课题。本文以上海大众车型为例，介绍了燃油供给系统比较集中的几种故障现象和诊断方法，以及在今后诊断维修工作中的注意事项。 关键词：缸内直喷结构故障诊断 一、引言 传统汽油进气歧管内喷射的发动机，已经不能满足日益严格的排放法规和车主对燃油经济性的要求，改变传统汽油机的燃烧方式，以获得更高的燃油经济性和更低的排放水平，是当今世界各大汽车制造厂都在积极研究的课题之一。大众汽车汽油缸内直喷技术的研发成功，推动了发动机燃油供给系统一次技术革命。该技术相比较于传统发动机，可以最多节省20%左右的燃油，并且有效的降低废气排放，在同样的排量下功率和扭矩更大。采用该技术的发动机除了燃油供给系统，其他的控制系统和传统发动机的结构、原理及诊断方法基本一致。本文针对缸内燃油直喷技术发动机的燃油供给系统在结构、原理和故障诊断方法上进行一些探讨。 二、汽油缸内直喷系统结构特点 上海大众目前使用汽油缸内直喷发动机的车辆，其汽油缸内直喷系统，按照压力又可分为低压部分燃油供给系统，和高压部分燃油喷射系
统两个部分。低压系统负责向高压系统供给一定压力和流量的燃油, 高压系统负责将燃油压力加压到气缸压力的数倍，通过燃油分配器①输送到喷油嘴直接向气缸内喷射。低压部分的油压和高压部分的油压，都是发动机控制单元根据不同工况所需油压不同，在一定范围内进行控制，真正做到按需供给。 低压部分燃油供给系统包括电子燃油泵、燃油滤清器、燃油计量阀、管路、燃油泵控制模块等部件。电子油泵一般在安装在油箱内，车辆在行驶中，由发动机控制单元根据车辆所处工况发动机所需的油压，将脉冲信号输送给电子油泵控制模块，再由其控制电子油泵调节燃油输送，使低压油路油压调节范围保持在4bar至7bar之间。 高压部分燃油喷射系统包括高压燃油泵、高压燃油管路、燃油分配器、燃油压力传感器、燃油压力调节器、限压阀、高压喷嘴等。上海大众汽车目前三种不同排量的发动机安装三种不同型号的高压油泵，但总体结构和控制原理基本一致。高压燃油泵结构上一般由单体柱塞泵、燃油调节阀和脉动缓冲器、限压阀等组成为一总成件，安装位置在发动机缸盖上，由凸轮轴直接驱动。泵油压力取决于发动机转速和控制单元对燃油压力调节阀的控制。排量1.4升CFB发动机油轨压力调节在40bar 至120bar之间；排量1.8升CEA发动机和排量2.0升CGM发动机，油轨压力调节在40bar至150bar之间。压力调节阀属于脉冲式电磁阀，根据发动机控制单元指令调节高压油泵的油压。限压阀属于安全装置，在油压电控系统失效的情况下，当燃油分配器中油压超过限制时限压阀自动打开，过量的燃油流回低压侧，以保护高压燃油组件。高压油泵的工作过程有吸油冲程（汽油进入柱塞泵）、燃油回送（多余的燃油由柱塞泵重新压回低压油路）、和燃油输送（进入油轨）冲程。高压油泵产生的高压燃油流进燃油分配器存储，燃油分配器向喷油嘴提供提供高压燃油。喷油嘴作为燃油喷射的最终执行元件，安装位置在缸盖上，头部深入到燃烧室内，可以把高压燃油直接喷入燃烧室，其工作环境较为恶劣，也是高压部分故障率较高的部件。喷油电压不是电瓶电压，而是由直流转换器将控制电压转换成约90伏的高电压，这个高电压可以加速喷油器开启的时间，当喷油阀针完全开启后，只需要30伏的电压和3-4安培的电流就可以使喷油器针阀保持在完全开启的位置上。
现代缸内直喷式汽油机(六)
现代缸内直喷式汽油机(六) (接上期) 2，4点火系统 2，4，1缸内直喷式汽油机对火花塞的要求 如图14所示(见本刊第4期)，现代缸内直喷式汽油机的点火系统普遍采用分缸独立高能点火系统，各缸的高能点火线圈直接与火花塞相连。与现代先进的进气道喷射汽油机无异，但是对火花塞提出了比进气道喷射汽油机更高的要求： (1)高的耐热性能：为了实现分层燃烧，混合汽应有足够的时间暴露在火花塞触点周围，点火点应尽量深入到易于点燃的足够浓的混合汽区域，并且为了保证稳定可靠地点燃，火花塞电极周围处于着火界限内的混合汽区域应足够大，因此缸内直喷式汽油机的火花塞要位于燃烧室较深的部位，其端部的温度也要比进气道喷射汽油机更高，因而必须具有更高的耐热性能。为了使火花塞能够更好地散热，采用以下措施：①采用突出的金属壳来降低接地电极的温度；②采用铜芯接地电极来传热。 (2)高的抗积炭性能：分层燃烧时，较浓的混合汽集中在火花塞周围，特别是油束引导的分层燃烧过程喷射的油束会直接碰撞到火花塞，导致火花塞更容易积炭，这将会降低火
花塞的绝缘性能而引起漏电，从而导致火花塞不点火，因此缸内直喷式汽油机用的火花塞应具有自洁能力和高的抗积 炭性能。为此，采用以下措施来提高火花塞的抗积炭性能：①采用直径较小的直形绝缘体末端改善自洁能力；②减小火花塞间隙防止积炭；③采用两段直径中心电极来改善自洁能力；④采用半表面放电型设计(见下文)来改善自洁能力。 (3)高的点火性能和耐久性：为了实现分层稀燃，必须确保在稀混合汽中稳定可靠地点火，因此要求火花塞具有高的点火能量和较长的火花持续时间，并用铱合金的触点来提高火花塞的耐久性。 2，4，2缸内直喷式汽油机火花塞技术的现状 图37示出了目前缸内直喷式汽油机使用的两种火花塞：铱合金电极的标准型火花塞和半表面放电型火花塞。它们与进气道喷射汽油机使用的火花塞是有区别的，在维修保养时绝不能任意换用。 (1)标准型火花塞：这种伸长型火花塞的接地电极伸入燃烧室较深，故将铜芯嵌入电极以提高其散热性，并通过增大金属端部的截面缩短电极本身的长度。另一方面当部分负荷充量温度较低并进行分层燃烧时，需防止积炭，为此采用带有较长直形绝缘体和较小顶端直径的电极。以提高其局部温
汽油缸内直喷技术详解
汽油缸内直喷技术详解 对于一台汽油发动机来说，将汽油送入汽缸，并与空气混合，再使油气混合物充分燃烧才能获得强大的动力，因此油气混合技术也是发动机的关键之一。在经历了化油器、单点电喷、多点电喷技术阶段之后，油气混合技术终于进入了直喷时代，越来越多的车型开始采用直喷发动机，那么直喷发动机的技术关键点都有哪些呢？下面就为大家逐一解析。 高压喷油系统可以说是直喷发动机最关键的系统，与以前油气在进气歧管内混合，然后被负压吸入发动机不同，直喷发动机是用高压喷油嘴将燃油喷入汽缸，由于汽缸内压力已经 很大，因此需要喷油系统具备更大的压力。 『组成高压喷油系统的四个主要部分』 高压喷油系统主要可以分为发动机控制模块（ECM）、高压油轨、高压油泵和喷油嘴四部分，其中ECM主要采集发动机数据，按照预定程序控制喷油时机和喷油量，从而实现最高燃烧效率；而高压油泵则主要负责燃油的加压，高压油轨主要起均衡各喷油嘴喷射压力的作用，而最终的喷油任务则由喷油嘴来执行。BWCB全铸钢保温沥青泵此外，还有多个传感器提供燃油压力等信息，确保整个系统的高效率。 『一汽展示的动力总成上的ECM（右侧）』 ECM（或称ECU）不仅是直喷发动机的关键部分，也是所有技术较新的内燃机的重要组成部分，这个部分涉及到芯片、执行器、软件等多个环节，其中任何一个环节缺失都无法实现量产装车。目前ECM技术还是为国外企业所把持，在技术上已经比较成熟。部分自主品牌虽然也初步具备了ECM的制造能力，但是在软件的匹配、执行器的可靠性等环节还有不少问题尚待解决，不过就跟变速器技术一样，这样的关键技术一旦取得突破，自主品牌厂 商将受益匪浅。 『通用Ecotec系列2.0直喷发动机上所用的高压油泵，制造商为博世』 高压油泵则是燃油加压的关键环节，在低压油泵将燃油送到高压油泵之后，高压油泵可以将汽油加压到十余兆帕的压力（这是普通汽油泵压力的三四十倍），并将其送入油轨。高压油泵通常是由凸轮轴带动，内部则有双头或者三头凸轮加压（如福特ECOBOOST系列发动机的“9号凸轮”）。在高压油泵上还集成了电子油轨压力调节器（FRP），它是一个由ECM控制的电磁阀，ECM以脉冲宽度调制的方式控制油压调节器，油压调节器控制着高压燃油泵的进口阀，从而控制燃油压力，当驱动线路失效时，高压油泵进入低压模式，发 动机仍可LQB保温沥青泵应急运行。
汽车缸内直喷技术详解
汽车缸内直喷技术详解 对于一台汽油发动机来说，将汽油送入汽缸，并与空气混合，再使油气混合物充分燃烧才能获得强大的动力，因此油气混合技术也是发动机的关键之一。在经历了化油器、单点电喷、多点电喷技术阶段之后，油气混合技术终于进入了直喷时代，越来越多的车型开始采用直喷发动机，那么直喷发动机的技术关键 点都有哪些呢下面就为大家逐一解析。 高压喷油系统 高压喷油系统可以说是直喷发动机最关键的系统，与以前油气在进气歧管内混合，然后被负压吸入发动机不同，直喷发动机是用高压喷油嘴将燃油喷入汽缸，由于汽缸内压力已经很大，因此需要喷油系统具备更大的压力。
高压喷油系统主要可以分为发动机控制模块（ECM）、高压油轨、高压油泵和喷油嘴四部分，其中ECM主要采集发动机数据，按照预定程序控制喷油时机和喷油量，从而实现最高燃烧效率；而高压油泵则主要负责燃油的加压，高压油轨主要起均衡各喷油嘴喷射压力的作用，而最终的喷油任务则由喷油嘴来执行。 此外，还有多个传感器提供燃油压力等信息，确保整个系统的高效率。
ECM（或称ECU）不仅是直喷发动机的关键部分，也是所有技术较新的内燃机的重要组成部分，这个部分涉及到芯片、执行器、软件等多个环节，其中任何一个环节缺失都无法实现量产装车。目前ECM技术还是为国外企业所把持，在技 术上已经比较成熟。
部分自主品牌虽然也初步具备了ECM的制造能力，但是在软件的匹配、执行器的可靠性等环节还有不少问题尚待解决，不过就跟变速器技术一样，这样的关键技术一旦取得突破，自主品牌厂商将受益匪浅。 高压油泵则是燃油加压的关键环节，在低压油泵将燃油送到高压油泵之后，高压油泵可以将汽油加压到十余兆帕的压力（这是普通汽油泵压力的三四十倍），并将其送入油轨。高压油泵通常是由凸轮轴带动，内部则有双头或者三头凸轮加压（如福特ECOBOOST系列发动机的“9号凸轮”）。
汽油机缸内直喷与均质压燃技术
汽油机缸内直喷与均质压燃技术 前言： 点燃式汽油机经历了三个发展阶段；直到1980年前的一百多年中，所有的产品汽油机都依靠化油器来实现油气混合。从上世纪80年代初以后，汽油进气道喷射或进气阀口喷射（电喷）很快代替了化油器，成为汽油机的主流。电喷的应用与排气后处理的结合大幅度地降低了有害气体的排放，成为达到日趋严格的排放标准的关键手段。大约从1990年前后开始，汽油缸内直喷技术又重新引起人们的重视。并最终导致了产品直喷汽油机的出现。 最先投入市场的缸内直喷汽油机采用了分层燃烧以降低油耗，从1996开始出现在日本市场，其后又出现在欧洲市场。到目前为止，尽管已有多种分层燃烧缸内直喷汽油机出现，所占的市场份额仍不够大，也未能在美国市场销售，其主要原因包括氮氧化物后处理和碳烟生成等问题仍有待于更妥善地解决。在2003年底，采用均匀混合燃烧的缸内直喷汽油机开始在日本上市，并计划从2005年开始在美国上市。 这种汽油机利用了直喷技术所带来的优点并采用可变气阀定时来降低泵气损失，避免了氮氧化物后处理和碳烟生成等问题，对汽油的含硫量要求不高。尽管如此，由于两类缸内直喷汽油机对降低车辆在整个运行工况平均油耗的作用都有限，以及近年来更有潜力的新型燃烧系统的出现，缸内直喷点燃式汽油机的发展方向和应用前景尚不明朗。 近年来，一种新的内燃机燃烧方式——均质压燃，受到越来越多的内燃机研究人员的关注。与其它燃烧方式不同，均质压燃的燃烧过程是缸内混合气几乎同时到达自燃温度而几乎同时发生的放热反应，基本上是一个非扩散的燃烧过程。均质压燃可以在非常稀的混合气中进行，从而可以大幅度地降低氮氧化物和碳烟的生成，并提高热效率。 均质压燃燃烧系统可以使用包括汽油和柴油在内的不同燃料。由于燃油的挥发性和自燃温度的不同，使用不同燃油的均质压燃燃烧系统也不同。采用柴油均质压燃的主要目的，是同时降低氮氧化物和颗粒排放，对柴油机的热效率影响不大。采用汽油均质压燃的主要目的，是降低汽油机的油耗，同时也降低较难进行后期处理的氮氧化物排放。汽油均质压燃成为各国汽油机燃烧系统最热门的研究方向，希望能从根本上改变汽油机热效率低的状况。 一、缸内直喷汽油机（gasolinedirectinjectionGDI） GDI发动机是电控汽油喷射发动机的一种,常用的PFI发动机是把汽油喷射到进气门上,因此在喷油与油气混合气进入燃烧室之间要有一段时间延迟。而GDI发动机是把汽油直接喷射到气缸内,因此并不存在PFI发动机喷油延迟的问题。根据发动机工况的不同,GDI的燃烧过程可分为均质稀燃和分层稀燃两种模式.从1996年开始，一些直喷汽油机已先后投入市场。最先投入市场的产品汽油机采用分层燃烧，而最近采用了均匀混合燃烧的直喷汽油机也开始投入市场。 １、分层燃烧直喷汽油机 最先投入市场的一些产品直喷汽油机，都在部分负荷工况时采用分层燃烧。理想的分层燃烧，混合气在缸内分成两个区域：一个区域为含油混合气区，当地空燃比接近当量空燃比。另一个区域为无油区，空燃比为无穷大。点燃燃烧仅发生在含油混合气区，因此，分层燃烧混合气的平均空燃比在理论上可远远大于当量空燃比。 分层燃烧对汽油机热效率的影响，主要是通过增加缸内平均空燃比来实现的；空燃比的增加可以减少汽油机在部分负荷工况的泵气损失，同时也增加了混合气的比热比，提高热效率。例如，当空燃比由当量空燃比增加到36，理论上空气燃油循环的比油耗可下降11.5％，还不包括泵气损失的减少。如果考虑到泵气损失的减少，比油耗下降的更多。 实际上，由于种种原因，分层燃烧对热效率的改进达不到上述理想的空气燃油循环的计算结果，分层燃烧混合气的平均空燃比也往往受到限制。通过缸内直喷来形成分层燃烧混合气有很多不同形式。主要有壁面阻挡型直喷汽油机和软喷射型直喷汽油机，还有空气压喷型直喷汽油机。