对GDI技术的简单总结

1通过阅读文献对现代汽油缸内直喷技术（GDI）的简单总结大前提：相对于PFI汽油发动机（其上所用的汽油电控喷射系统，是将汽油喷入进气歧管或进气管道上，与空气混合成混合气后再通过进气门进入气缸燃烧室内被点燃作功）的比较一、GDI的相关优点1、可实现分层稀燃，提高压缩比和容积率。2、可通过采用质调节避免了节流阀的节流损失，实现燃油经济性的大幅改善。3、可实现循环热量利用，热效率高。4、具有高充气效率和抗爆震特性。5、具有良好的加速响应性及优异的瞬态驱动特性。6、冷启动时，未燃碳氢化合物排放低等等...二、GDI的工作原理GDI发动机是在适当的曲柄转角,通过喷油器将汽油直接喷入气缸中,通过组织合理的气流运动和控制精确的喷射时间、燃油喷射量及喷射压力（其油滴的蒸发主要依靠从空气中吸热而不是从壁面吸热），在不同的工况下实现不同的混合气制备，从而实现更好的分层燃烧（FSI），以提高燃油的经济性和降低排放。三、GDI的关键技术及其主要组成系统1、燃油供给系统下图为一种直喷式汽油机供油系统油路2、燃油喷射系统（GDI发动机油气混合质量主要依赖于喷雾质量和气缸内的空气运动）喷油器的选择：空气辅助喷油器、高压旋流喷油器...等。其中一种被认为是满足缸内喷射要求的喷射系统——高压共轨喷射系统加电磁驱动喷射器，该系统由低压输油泵、燃油压力传感器、喷油压力控制阀、高压油泵、蓄压燃油轨、喷2油器等组成。下图为常用内开式旋流喷油器喷嘴的结构简图2、缸内流场结构（气缸内的空气流动对喷雾和燃烧的影响很大）滚流（三菱有研究采用）；涡流（现在主要采用）；挤流。3、燃烧系统结构燃烧系统的设计是GDI发动机的关键技术。要成功实现中小负荷时的分层稀燃和大负荷时的均质预混，就需要进行燃油喷束、气流运动和燃烧室形状的优化合理配合。壁面控制燃烧系统（壁面引导法）（三菱、丰田、Nissan等公司采用）；气流控制燃烧系统（气流引导法）；喷束（雾）引导法；三种类型。？？燃烧方式将如何选择？？4、主要控制系统ECU及ECM（从冷起动到全负荷各种工况需要复杂的供油和燃烧控制）注：ECM为发动机控制模块①油气混合系统：按工况模式控制；喷油定时控制；两种控制模式②排放控制系统和控制策略③电控系统四、GDI功能技术难点及制约因素1、GDI的排放问题：UBHC（未燃碳氢化合物）；NOx中、小负荷下UBHC的排放增多：①雾化时间不足、油气不充分混合、局部混合浓度高②不均质混合气过稀导致燃烧熄灭③缸内温度偏低，不利于UBHC随后的氧化④压缩比高，残留的HC增多3⑤缸壁温度过低导致燃油不完全蒸发，引起UBHC较多排放NOx的排放处理：（转化器受硫S含量的影响而降低净化能力）①EGR催化转化器②稀燃NOx催化转化器注：三元催化器（处理NOx、CO、HC）在GDI中受诸多因素影响无法使用。2、颗粒物的排放增多：在低负荷、过渡工况、冷启动的情况下，局部浓度高、缸内温度过低引起3、缸内混合气不充分燃烧，产生积碳的问题4、喷油器喷嘴沉积物的处理，其无自洁功能、抵抗能力弱5、GDI不同负荷下，喷射油压及喷油量的控制问题，在要求的范围内控制混合气分层燃烧较为困难6、由于提高了系统的压力，降低了燃油的润滑性，增加了供油系统及缸套的磨损7、GDI燃烧系统的优化和喷油系统的开发复杂，电控系统精确控制难，开发成本高等等关于四中提到的难点与制约因素的一些理论上的解决方法1、控制策略①降低NOx排放技术——开发稀燃催化器；控制EGR系统比率②降低HC排放技术——二次燃烧等③减少积炭——二次混合技术2、燃烧方式①均质混合燃烧方式②非均质分层进气（分层燃烧）③实现GDI发动机的HCCI（均质混合压燃）燃烧3、“分层燃烧起动”与“两次喷射加热”相结合的方法五、GDI现状及其发展方向GDI现状：缸内直喷技术的关键技术现状缸内直喷发动机的关键技术包括燃油供给与喷射系统、燃烧系统的优化设计、GDI的燃油喷射和燃烧过程控制策略等。GDI燃油供给系统主要依靠高精度快速响应的电控系统，燃油喷射系统则主要采用高压共轨系统与电磁驱动喷油器相结合的形式，其中高压油泵、高压油轨、喷油器、发动机控制模块（ECM）是喷射系统的关键部件。ECM是直喷发动机的大脑并由软件、执行器、芯片等组成，其主要作用是采集发动机数据，并按照预定程序控制喷油时机和喷油量，从而实现最佳燃烧效率。高压油泵和高压油轨对于制造精度和工作环境的要求很严格，高压油泵通过油压调节器控制燃油的压力并实现平衡喷油嘴压力的作用，通常可给燃油加压到15MPa，并最终将燃油送入油轨。4燃烧系统的优化设计是GDI发动机开发的关键技术，只有通过合理配置燃烧室形状、燃油喷束、气流运动等，特别是优化活塞顶部的设计，才能实现在中小负荷时的分层稀薄和大负荷时的均质预混的要求，其中进气行程和压缩行程中缸内瞬时流场的组织尤为重要，可促进燃料与空气的有效混合，同时控制气流的流动以生成稳定的分层混合气。按照可燃混合气形成的控制方式以及火花塞和喷油器的相对位置，缸内直喷燃烧系统包括气流导向型、壁面导向型、喷射导向型。研究表明，喷射导向型系统燃烧效率损失和泵气损失相对较小，比气流导向型和壁面导向性有着更好的燃油经济性。为了提高燃烧的稳定性，降低氮氧化物（NOx），现在主采用燃油喷射定时与分段喷射技术，即将喷油分成两个阶段，进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部随后在缸内均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四周被点燃，实现分层燃烧。目前世界主要汽车制造商对GDI汽油直喷技术是应用情况。GDI发展方向：1、燃烧方式：稀薄燃烧{均质混合燃烧；非均质分层进气（分层燃烧）}等2、燃烧控制技术3、燃油复合喷射技术4、发动机小型化5、采用分层充气或者均质充气涡流增压技术6、优化燃烧系统扩大分层稀燃区域7、实现GDI发动机的HCCI（均质混合气压燃）燃烧[此技术需要解决点火时刻的有效控制；发动机整个工况内的燃烧速率的控制]58、直喷技术和双喷设计技术、新一代可变进排气正时技术、变排量技术、增压技术、智能启停技术的综合应用六、现在GDI研究机构及公司（一些）三菱、丰田、大众/奥迪、奔驰、通用、本田、日产、福特、菲亚特、宝马、现代、马自达。博世、德尔福、无锡油泵油嘴研究所。