浅谈缸内直喷发动机的特点及存在问题

罗平

摘 要：在经历了化油器、单点电喷、多点电喷技术阶段之后，油气混合技术进入了直喷时代，取代传统歧管喷射方式的缸内燃油直喷技术现已越来越普及。缸内燃油直喷是在燃烧室中央设置喷油器，因此能降低燃油耗。本文介绍缸内直喷发动机的特点、结构原理、燃烧方式等;以及存在的问题。

关键词：缸内直喷发动机;特点;存在问题

1 缸内直喷系统工作原理

在发动机运行情况下控制燃油喷油量，是目前发动机技术所面临的最大的问题，缸内直喷技术的出现，解决了这个大问题。缸内直喷技术又被称为FSI，即Fuel Stratified Injection的首拼，翻译过来就是燃料分层喷射技术，它的工作原理是让燃油在气缸内直接与空气混合，减少汽油的消耗。所以进一步提高汽油机经济性与降低汽车废气排放。随着现代科学技术的发展，汽车发动机最开始使用的化油器已经惨遭淘汰，缸内直喷技术已经占领了发动机大部分市场。缸内直接喷射是一种先进的技术，它的燃烧模式在不同情况下有两种不同的方法，分别是均质燃烧和分层燃烧。为了确保稳定点火，进气冲程在后期向燃烧室内喷入燃油，进气行程和压缩行程工作过程使空气与燃油充分混合，并在上止点之前使缸内的混合气均匀燃烧。

2 缸内直喷发动机结构原理

众所周知，传统的发动机是先把汽油喷射到进气歧管，然后再在管道中与空气形成混合体。缸内直喷技术则是使燃油在气缸内直接与空气混合。缸内直喷系统之所以能完成如此简单的方式主要的因为它的燃油供给系统。燃油系统可分为两个部分：燃油高压系统和燃油低压系统。缸内直喷系统喷射原理虽然简单但是比较难实现，喷射过程需要延续到压缩行程，所以该系统必须利用高压燃油泵进行加压，使其高压泵提供给喷油器15Mpa以上的燃油压力。

3 缸内直喷的特点

汽油缸内直喷的工作过程：直喷发动机非常重要的系统就是高压燃油系统，以前的发动机喷油系统工作原理是燃油与空气在进气歧管里均匀混合，再将混合体喷入缸内。缸内直喷系统则与传统的喷射系统有很大的不同，缸内直喷系统是直接将燃油喷射到气缸中，再与气缸中的空气一边混合一边燃烧，而这时就需要一个部件，这个部件叫做高压泵。

高压燃油系统主要由燃油压力传感器、高压燃油泵、高压油管燃油分配管和燃油高压调节阀等组成。在低压油泵将燃油送到高压泵之后，首先提升高压泵的压力，并由燃油分配管和高压油管送到喷油器，高压燃油压力传感器安装在燃油分配管旁边安装有高压燃油压力传感器，其传感器用来检测燃油分配管内的喷油压力，观察发动机当时的运行状况和负荷状况，我们知道压力调节阀可以自我调节50bar-100bar的压力。燃油压力调节阀还可以为系统提供过压保护。

4 缸内直喷方式

为了保证发动机的高效，喷油系统和其他发动机部件都要为直喷技术做出相应的设计，而这之间改变最大的就是活塞顶部，活塞顶部是的好坏直接影响发动机的效率。缸内直喷有三种燃烧方式，分别是：气流控制燃烧、壁面控制燃烧和油束控制燃烧，接下来我分别了解这三种燃烧方式：

（1）气流控制燃烧方式：该系统的油雾不是朝火花塞喷射，因为活塞表面的特殊形状和缸内气流有一定的相互作用，并和喷油器形成固定的夹角，使得油气混合体有一定回旋的空间，能够使混合气在准确时间进行均质燃烧或者分层燃烧。（2）壁面控制燃烧方式：壁面控制燃烧系统零件分部里面，火花塞和喷油器距离很远，燃油不能直接喷去火花塞中，所以喷油器先把燃油喷入活塞凹槽中，因为进气流会有一个惯性，这个惯性再把燃油推进火花塞中，完成燃烧。（3）油束控制燃烧方式：在这个系统中，火花塞和喷油器的位置和以上两个系统有很大的区别，此系统是把火花塞装在喷油器旁边，而且把喷油器安装在在燃烧室中央，这种安装方式在低负荷工况下可以保持良好的经济性，为用户节省汽油，我都知道石油是不可再生资源，要想保留他，只能减少使用量。如果发动机在高负荷条件，ECM调整高压油泵的压力，使油的穿透深度增大，从而达到均质集中燃烧。

5 高压缸内直喷发动机技术的特点

（1）燃料供给系统。高压缸内直喷技術通过高压缸的形式将天然气和引燃的汽油喷入气缸内，并且是在发动机压缩行程上止点前，此喷射系统最大的要求是缸内压力远低于喷射压力。除此之外，两个气缸之间喷射间隔很短，但是因为气体具有热胀冷缩特性，在喷射之后供气压力会下降，短时间内缸内压力难以回到最初的时候，会形成一段时间喷射压力持续震荡的结果，压力持续波动会影响喷漆量的准确性。综上，要想保证气体的体积一定同时压力足够大，燃料供给系统需要更高的要求。对于以上的情况，西港创新公司新研发出一种往复式小型高压泵，在正常情况下可将汽油加压到40兆帕，确保缸内直喷系统的压力供给。（2）控制系统。汽油发动机高压直喷控制系统的组成为：传感器、执行器和电子控制单元（ECU）等。系统中的传感器收集燃料系统和发动机的运行参数和参数的信号，ECU根据传感器的信号采集和控制量的气体射流。

6 缸内直喷发动机存在的一些问题

缸内直喷发动机与传统电控发动机相比，在废气排放、经济性和动力性方面有多优点，但是缸内直喷系统在自身喷射技术上还是有很多不够号的地方，缸内直喷技术还是需要进行大的改革。其不足有以下几个方面：（1）HC和CO排放量没有得到很好的控制，只是刚刚达到国内排放量的最低要求。（2）NOx排放量比较高，而且此时氧含量又比较多，NOx和氧气产生反应，很难对NOx进行下一步处理。（3）少量EGR和节流可以降低HC和CO的排放，缸内直喷发动机也使用了适当的节流，不过过多的节流会使稀薄燃烧恶化，还可能会导致功率的损失。（4）发动机各种负荷的平滑过渡太慢，发动机不同负荷的喷油时刻相差较大，发动机成品的成本较高，目前较难大面积占有市场。（5）我国汽油品质不高一直是全球公认的事情，缸内直喷系统汽油的品质要求比较，目前装配有缸内直喷系统的汽车在国内只能使用97号汽油。

7 结语

缸内直喷技术对于传统歧管喷射技术来说有很大进步。随着技术的进步及研发的突破，更多性能出色、燃油经济性高的直喷发动机面世，进一步推动环境污染和能源危机的解决，直喷发动机依然是未来内燃机技术的发展趋势。

参考文献：

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[2]陈建明.现代汽油机缸内直喷系统GDI剖析[J].科技风，2015（01）.

[3]王伟鑫.缸内直喷汽油机燃油系统故障诊断技术[J].汽车与配件，2015（16）.