國(guó)外gdi發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)

1、-. z國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)特點(diǎn)及開(kāi)展趨勢(shì)汽油缸內(nèi)直接噴射式()發(fā)動(dòng)機(jī)，是上世紀(jì)90年代末國(guó)外內(nèi)燃機(jī)研究與開(kāi)發(fā)中最引人注目的發(fā)動(dòng)機(jī)。專家們認(rèn)為，發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)使汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。它將在21世紀(jì)取代傳統(tǒng)的汽油機(jī)和柴油機(jī)而成為轎車(chē)最理想的動(dòng)力裝置。1總體開(kāi)展動(dòng)向傳統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，是將燃油噴射到進(jìn)氣管中，與空氣混合后再進(jìn)入氣缸內(nèi)燃燒。而發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)是，將燃油直接噴入氣缸，利用缸內(nèi)氣流和活塞外表的燃料霧化效果到達(dá)燃燒的目的。據(jù)有關(guān)資料介紹，發(fā)動(dòng)機(jī)在工作的均勻性及全負(fù)荷下的性能方面都有極佳的表現(xiàn)，而且使汽油機(jī)的冷車(chē)工作不穩(wěn)定性問(wèn)題也有了顯著的改善。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)還有實(shí)現(xiàn)分層燃燒的特點(diǎn)，可使燃

2、油經(jīng)濟(jì)性大大提高。 發(fā)動(dòng)機(jī)與一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別在于汽油噴射的位置，目前一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上所用的汽油電控噴射系統(tǒng)，是將汽油噴入進(jìn)氣歧管或進(jìn)氣管道上，與空氣混合成混合氣后再通過(guò)進(jìn)氣門(mén)進(jìn)入氣缸燃燒室內(nèi)被點(diǎn)燃作功；而缸內(nèi)噴注式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)顧名思義是在氣缸內(nèi)噴注汽油，它將噴油嘴安裝在燃燒室內(nèi)，將汽油直接噴注在氣缸燃燒室內(nèi)，空氣則通過(guò)進(jìn)氣門(mén)進(jìn)入燃燒室與汽油混合成混合氣被點(diǎn)燃作功，這種形式與直噴式柴油機(jī)相似，因此有人認(rèn)為，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是將柴油機(jī)的形式移植到汽油機(jī)上的一種創(chuàng)舉。缸內(nèi)噴注的關(guān)鍵在于產(chǎn)生與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)不同的缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)技術(shù)手段使噴射入氣缸的汽油與空氣形成一種多層次的旋轉(zhuǎn)渦流。因此GDI采用

3、了立式吸氣口、彎曲頂面活塞、高壓旋轉(zhuǎn)噴射器等三種技術(shù)手段。目前，各國(guó)的汽車(chē)公司都在大力開(kāi)發(fā)和采用這種技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)異的產(chǎn)品。日本三菱汽車(chē)公司一直處于領(lǐng)先地位。自1996年月率先向市場(chǎng)投放第一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)以來(lái)，三菱公司先后又開(kāi)發(fā)出了多種不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，即2.4L四缸機(jī)、3.0L六缸機(jī)和3.5L六缸機(jī)，它們已分別裝用于四種中、大型轎車(chē)投放市場(chǎng)。近年來(lái)，該公司又推出多種新機(jī)型:4.5L的V8機(jī)、1.5L的直列四缸機(jī)和0.66L的直列三缸機(jī)。三菱公司稱，其1.8L的發(fā)動(dòng)機(jī)不僅可節(jié)省燃油20，降低排放20，而且還可把發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩提高10。繼三菱之后，豐田公司研制出一種型2.0L的發(fā)動(dòng)機(jī)，并已批量裝

4、車(chē)使用。隨后，豐田公司又開(kāi)發(fā)出1.6L、1.8L和2.0L的發(fā)動(dòng)機(jī)。據(jù)該公司說(shuō)，其型發(fā)動(dòng)機(jī)可降低油耗30左右，提高功率約10。 除上述兩家公司外，日本其它廠家也有多種發(fā)動(dòng)機(jī)上市，如日產(chǎn)3.0L和2.5L的V6機(jī)、富士重工2.5L的臥式對(duì)置四缸機(jī)、馬自達(dá)2.0L的直列四缸機(jī)和本田1.0L的直列三缸機(jī)。與日本一樣，美國(guó)和歐洲的汽車(chē)廠家也都在積極研究技術(shù)和開(kāi)發(fā)產(chǎn)品。據(jù)報(bào)道，美國(guó)福特汽車(chē)公司正與威斯康星麥迪遜大學(xué)聯(lián)手研制發(fā)動(dòng)機(jī)。經(jīng)過(guò)深入研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)有進(jìn)一步提高熱效率和功率的潛力?？巳R斯勒汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)的四沖程汽油機(jī)在采用了其兩沖程汽油機(jī)科研成果后，使燃油經(jīng)濟(jì)性提高了20-30。該公司稱，目前所獲得的

5、這種燃油經(jīng)濟(jì)性(5.2L/100km)，簡(jiǎn)直可以與小排量的直噴式柴油機(jī)相媲美。德國(guó)*汽車(chē)公司于上世紀(jì)末投資近億馬克，開(kāi)場(chǎng)全面啟動(dòng)研究工程。該公司認(rèn)為，歐洲汽車(chē)裝用的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)能滿足歐洲法規(guī)對(duì)排放標(biāo)準(zhǔn)的最新要求。群眾公司開(kāi)發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)，在法蘭克福國(guó)際汽車(chē)博覽會(huì)上首次亮相后便得到一致好評(píng)。奧迪公司也于上世紀(jì)末推出了其1.2L三缸發(fā)動(dòng)機(jī)(每缸氣門(mén))。據(jù)介紹，該機(jī)的油耗較同等功率(56kW)的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)低15-20。另?yè)?jù)報(bào)道，鮑許公司為發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)出一種共軌噴油系統(tǒng)，其優(yōu)良的設(shè)計(jì)可使燃油經(jīng)濟(jì)性改善20-50。2 產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)21三菱GDI 發(fā)動(dòng)機(jī)三菱公司的4G15型GDI發(fā)動(dòng)機(jī)，是在原有GDI 發(fā)動(dòng)機(jī)的根底

6、上改良的，增加了噴射、燃燒混合控制技術(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性得到進(jìn)一步提高。該機(jī)的構(gòu)造及工作原理具有如下設(shè)計(jì)特點(diǎn)：一是直立進(jìn)氣道進(jìn)氣阻力小，且可與活塞配合形成缸內(nèi)垂直方向的空氣渦流；二是曲面凸頂活塞在進(jìn)氣和壓縮行程中與進(jìn)氣道配合形成垂直方向的空氣渦流，并對(duì)渦流的強(qiáng)度進(jìn)展控制。采用高壓渦流噴油器由于燃油是在計(jì)算機(jī)的控制下在任意時(shí)刻由噴油器直接向缸內(nèi)噴射，因此可對(duì)混合氣的形成和燃燒過(guò)程進(jìn)展控制。另外，由于噴油器的噴射方向與缸內(nèi)垂直方向空氣渦流的流動(dòng)方向一致，也可對(duì)空氣渦流的強(qiáng)度進(jìn)展控制。高壓噴油泵的特點(diǎn)將噴射壓力控制在5Mpa50kg/cm2左右。對(duì)于普通缸內(nèi)直接噴射發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，如果噴射壓力低

7、于10Mpa100kg/cm2，將會(huì)產(chǎn)生混合氣霧化不良的現(xiàn)象，而GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射壓力只需5Mpa就可使混合氣充分霧化。由于噴射壓力較低，減少了噴油噪聲。GDI發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣形成的特點(diǎn)是中、低負(fù)荷時(shí)在缸內(nèi)形成分層超稀混合氣最大空燃比A/F=40，在高負(fù)荷時(shí)形成均質(zhì)混合氣A/F=1324，這一特點(diǎn)是通過(guò)對(duì)燃油噴射時(shí)刻及噴射量的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在發(fā)動(dòng)機(jī)中、低負(fù)荷時(shí)，進(jìn)氣行程中由于垂直進(jìn)氣道和曲面凸頂活塞的相互配合在缸內(nèi)形成垂直方向空氣渦流，渦流強(qiáng)度在壓縮行程中得到進(jìn)一步增強(qiáng)。在壓縮行程后期噴油器噴射燃油，在壓縮壓力的作用下噴束向活塞頂部曲面內(nèi)移動(dòng)，不易擴(kuò)散。值得一提的是，該GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的火花塞與噴油器

8、噴嘴之間的距離較遠(yuǎn)，有利于利用燃燒室內(nèi)的空間形成垂直方向分層混合氣。燃油被噴到活塞頂部的曲面后蒸發(fā)、氣化。隨著氣化燃料的擴(kuò)散，被垂直方向空氣渦流挾持，流向火花塞電極，形成分層混合氣，直至著火燃燒。由于燃料的氣化是在缸內(nèi)進(jìn)展的，它吸收熱量，因而降低了缸內(nèi)溫度，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)抗爆性。發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷時(shí)，燃油是在進(jìn)氣行程中噴射的。此時(shí)，由于噴束的移動(dòng)速度小于活塞的下行速度，且噴束周?chē)臍鈮狠^低，使燃油迅速擴(kuò)散，在缸內(nèi)形成均質(zhì)混合氣?；旌蠚獾目杖急热加蛧娚淞渴怯呻S車(chē)計(jì)算機(jī)根據(jù)汽車(chē)的行駛狀況自動(dòng)控制的。由此可見(jiàn)，GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒模式有超稀氣燃燒和一般燃燒兩種，其特點(diǎn)見(jiàn)表1。表1 兩種燃燒模式的特點(diǎn)燃燒模式超

9、稀氣燃燒一般燃燒運(yùn)行模式低油耗行駛大功率行駛混合氣狀態(tài)分層混合均質(zhì)混合噴射定時(shí)壓縮行程后期進(jìn)氣行程噴射壓力，Mpa55噴束周?chē)鷼鈮?個(gè)大氣壓1個(gè)大氣壓空燃比3040501324噴束形狀凹維形圓錐形負(fù)荷局部負(fù)荷高負(fù)荷在低油耗范圍內(nèi)，空燃比為3040裝有EGR裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)為3555。新型GDI發(fā)動(dòng)機(jī)是在上述技術(shù)根底上增加了新的排氣凈化技術(shù)。這一技術(shù)是通過(guò)對(duì)燃油噴射的混合控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其內(nèi)容主要有二次混合和二次燃燒等。二次混合目的是減少積碳的生成，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械抗爆性，進(jìn)一步增大壓縮比，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率。在GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的超稀氣燃燒狀態(tài)時(shí)，易因高溫缺火引起積碳。這是因?yàn)樵诨鸹ㄈc(diǎn)火時(shí)刻，缸內(nèi)的分

10、層混合氣只占據(jù)缸內(nèi)的一小局部空間，其他空間只有極微量的燃油存在。而且燃料的氣化蒸發(fā)使缸內(nèi)溫度偏低。點(diǎn)火后火焰在傳播過(guò)程中逐漸減弱，易熄火，使混合氣不能充分燃燒產(chǎn)生積碳。二次混合技術(shù)是指在進(jìn)氣行程中先噴入所需燃料的1/4，形成極稀的均質(zhì)混合氣。在壓縮行程后期再次噴射，噴入剩余燃料，形成分層混合氣。這樣，在火花塞點(diǎn)火之前，缸內(nèi)混合氣形式為超稀均質(zhì)混合氣和較濃的分層混合氣。在火花塞點(diǎn)火時(shí)，首先在濃混合氣處形成較強(qiáng)的火焰，迅速向稀混合氣空間傳播，由于火焰較強(qiáng)，可點(diǎn)燃稀混合氣。而稀混合氣的燃燒。這就減少了積碳的產(chǎn)生。采用二次混合技術(shù)的GDI發(fā)動(dòng)機(jī)可將壓縮比由原來(lái)的9.5提高到11，使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率提高

11、10%。二次燃燒是指在發(fā)動(dòng)機(jī)冷車(chē)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，除了在壓縮行程后期噴射燃油外，在作功行程后期再次噴射少量的燃油，在缸內(nèi)高溫高壓氣體的作用下點(diǎn)火燃燒并使排氣溫度提高。采用二次燃技術(shù)加反響式排氣歧管后，催化活性時(shí)間只有20s，大大地減少了起動(dòng)暖機(jī)過(guò)程中的HC排放。2.2 豐田GDI發(fā)動(dòng)機(jī)豐田公司開(kāi)發(fā)的2.0L雙頂置凸輪軸4氣門(mén)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)，運(yùn)用了假設(shè)干新技術(shù)，如利用可調(diào)式渦流控制閥產(chǎn)生優(yōu)化渦流， 采用帶凹坑燃燒室的活塞和高壓燃油噴射系統(tǒng)有助于在燃燒室內(nèi)形成良好的混合氣。此外還應(yīng)用了電控EGR和NO*催化劑，降低了NO*的排放。該機(jī)主要具有如下一些技術(shù)特點(diǎn)：系統(tǒng)概況為了實(shí)現(xiàn)提高燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和降低排

12、放的目的，豐田公司開(kāi)發(fā)的這種GDI發(fā)動(dòng)機(jī)在不同燃燒條件下可有3種噴射形式：后期噴射局部負(fù)荷時(shí)在壓縮過(guò)程中將燃油直接噴入氣缸，以獲得超稀的分層燃燒。此時(shí)，在點(diǎn)火前一定時(shí)間間隔期噴入燃油，所以燃油在著火前可充分?jǐn)U散。早期噴射高負(fù)荷時(shí)在進(jìn)氣行程中應(yīng)用直接噴射法使燃料形成均勻混合氣并在整個(gè)氣缸內(nèi)擴(kuò)散。二段噴射介于分層和均質(zhì)進(jìn)氣之間，燃料分別在進(jìn)氣和壓縮行程中噴入。這樣獲得準(zhǔn)分層混合氣，可以保持超稀燃工況下的稀燃或當(dāng)量比混合氣燃燒工況下扭矩的平衡過(guò)度。在3種混合氣區(qū)之間需要節(jié)流控制閥不連續(xù)開(kāi)啟。實(shí)際上分層燃燒時(shí)需要將節(jié)流閥開(kāi)得比均質(zhì)燃燒時(shí)更大一些，因?yàn)榍罢咝纬沙』旌蠚饪杖急却笥?0，采用電子節(jié)流閥用拉

13、索傳動(dòng)系統(tǒng)能夠滿足這一要求。此外，NO*催化劑所需濃混合氣控制和制動(dòng)系統(tǒng)的真空度控制也需要先進(jìn)的節(jié)流閥控制系統(tǒng)。分層燃燒條件下原本較高的NO*排放，采用電控廢氣再循環(huán)EGR系統(tǒng)來(lái)降低機(jī)外NO*排放，同時(shí)運(yùn)用三元催化器進(jìn)展后處理。NO*催化器置于車(chē)輛地板下，使其在日本通常的駕駛條件下溫度保持在250450，此時(shí)催化器具有最高的轉(zhuǎn)換效率。發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)在大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中，確定輸出信號(hào)噴油量和噴油定時(shí)是最最重要的環(huán)節(jié)。通常情況下，電子噴射系統(tǒng)可根據(jù)空氣流量傳感器或進(jìn)氣歧管壓力傳感器測(cè)得數(shù)值推導(dǎo)出每次循環(huán)的進(jìn)氣量，因?yàn)樗瞧蜋C(jī)工況最重要的信息。但豐田GDI汽油機(jī)，在分層燃燒條件下幾乎無(wú)節(jié)流。在

14、分層進(jìn)氣條件下，決定噴油量最重要的因素是加速踏板踩下的角度，并非進(jìn)氣歧管的壓力，這類似于柴油機(jī)的原理。所有其他參數(shù)則取決于噴油量和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。分層進(jìn)氣控制GDI發(fā)動(dòng)機(jī)獲得分層進(jìn)氣的最重要的任務(wù)，是在相對(duì)于火花塞的適當(dāng)位置適時(shí)形成可燃混合氣。豐田這種直接噴射汽油機(jī)的分層進(jìn)控制方法，是由燃燒室的設(shè)計(jì)特點(diǎn)決定的。在活塞頂上有特殊形狀的燃燒室凹坑。位于渦流運(yùn)動(dòng)上游較窄的區(qū)域是混合氣形成的主要區(qū)域；較寬的區(qū)域是主要燃燒空間，可促進(jìn)混合氣快速擴(kuò)散。設(shè)計(jì)成漸開(kāi)線形凹坑的是為便于蒸發(fā)的燃油流向火花塞。凹坑壁的角度和凹坑深度是經(jīng)過(guò)優(yōu)化的，有利于混合氣的形成，同時(shí)也可防止混合氣擴(kuò)散流出凹坑。燃油在壓縮行程中以特

15、定的方向噴射，防止沾濕火花塞。燃油沖在凹坑壁上，在渦流力的作用下沿著凹坑外表流向火花塞，并依靠噴射壓力穿透混合氣。在此階段，燃油受周?chē)諝夂突钊诿娴膫鳠岫舭l(fā)。豐田公司在通過(guò)用稀燃技術(shù)對(duì)混合氣和紊流控制進(jìn)展深入研究后，開(kāi)發(fā)出一種GDI發(fā)動(dòng)機(jī)特有的、帶渦流控制閥的螺旋進(jìn)氣道。這種氣道包括垂直氣道和螺旋氣道，它們相互完全隔開(kāi)。渦流控制閥裝在垂直氣道的上游，它由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化而改變開(kāi)啟角度。當(dāng)渦流控制閥完全關(guān)閉時(shí)，渦流比大約是2.1。早期噴射高負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，渦流控制閥完全關(guān)閉以獲得強(qiáng)渦流，形成均勻的稀混合氣。后期噴射局部負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，渦流控制閥局部開(kāi)啟，通過(guò)控制渦流強(qiáng)度和噴束方向

16、來(lái)促使優(yōu)化混合氣的形成。由于燃油必須在壓縮行程很短的時(shí)間內(nèi)穿透周?chē)母邏簹怏w，所以較高的噴油壓力是十分必要的。此外，高壓噴射也可改善燃油的霧化效果。新開(kāi)發(fā)的高壓渦流式噴油器滿足了這一要求，其噴射壓力到達(dá)12Mpa，噴射方向偏離火花塞，使燃料有足夠的時(shí)間蒸發(fā)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1600-2400r/min時(shí)，隨著噴射壓力的增大，燃油消耗得到了改善。但在轉(zhuǎn)速800-1200r/min時(shí)，噴射壓力為8Mpa時(shí)燃燒效率最高。而GDI汽油機(jī)噴射的燃油會(huì)沖擊到活塞頂燃燒室的平滑壁面上，此時(shí)活塞正在快速向上止點(diǎn)移動(dòng)。在高速時(shí)，由于較高的噴射壓力產(chǎn)生較短的噴油期，火花塞周?chē)尚纬闪己玫姆謱踊旌蠚猓乐沽嗽谌紵覂?nèi)不

17、必要的擴(kuò)散。相反，低速時(shí)較低噴射壓力使噴束到達(dá)活塞的時(shí)間較長(zhǎng)，因而促進(jìn)了受周?chē)諝鈧鱽?lái)熱量的蒸發(fā)。EGR和催化劑如同在傳統(tǒng)汽油機(jī)上一樣，稀燃、EGR對(duì)降低GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的NO*排放也是有效的。EGR對(duì)降低NO*排放、油耗和扭矩波動(dòng)的效果是這樣的：當(dāng)EGR率增至35%時(shí)，同時(shí)降低了NO*的排放和油耗。此時(shí)，NO*排放比沒(méi)有EGR的分層進(jìn)氣運(yùn)轉(zhuǎn)降低了88%，油耗比均質(zhì)當(dāng)量比混合氣運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)降低了35.1%，扭矩波動(dòng)處在允許范圍內(nèi)。即使采用高EGR率，NO*的降低仍缺乏以符合日本10-15工況循環(huán)的NO*排放要求。在高負(fù)荷區(qū)也采用無(wú)EGR的均質(zhì)稀混合氣運(yùn)轉(zhuǎn)，因此采用降低NO*的催化劑。豐田公司曾生產(chǎn)過(guò)一種

18、催化劑，用于其稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)上。它具有儲(chǔ)存NO*的功能。實(shí)際上，它在發(fā)動(dòng)機(jī)稀燃工作時(shí)儲(chǔ)存NO*，而在當(dāng)量比或濃混合氣工作時(shí)，則將NO*轉(zhuǎn)化為N2和H2。采用這種催化劑，即使在通常稀燃巡駛工況下，也很少需要進(jìn)展當(dāng)量比或濃混合氣控制。因此，必須消除濃混合氣和稀燃條件下的扭矩差異。在均質(zhì)稀混合氣控制時(shí)在進(jìn)氣行程中噴射燃油，通過(guò)同步控制加濃噴油和推遲點(diǎn)火定時(shí)來(lái)獲得穩(wěn)定的輸出扭矩。另一方面，在分層進(jìn)氣時(shí)，不僅要控制噴油量和點(diǎn)火定時(shí)，而且還要通過(guò)改變噴油定時(shí)從壓縮轉(zhuǎn)向進(jìn)氣階段、加大節(jié)流閥開(kāi)啟角度和調(diào)整其他執(zhí)行器渦流控制閥和EGR閥來(lái)穩(wěn)定扭矩。最顯著的變化是空燃比從35變到11和噴油定時(shí)。噴油量、點(diǎn)火定時(shí)和節(jié)流

19、閥角度都是逐步變化的，這樣可以防止扭矩差異過(guò)大。噴射方式也不斷在壓縮行程到進(jìn)氣壓縮行程與進(jìn)氣行程之間進(jìn)展轉(zhuǎn)換。節(jié)流閥控制系統(tǒng)從理論上講，在局部負(fù)荷區(qū)分層混合氣可以不用節(jié)流閥，但由于以下幾種原因發(fā)動(dòng)機(jī)必需使用節(jié)流閥。首先，用EGR降低NO*排放需要有節(jié)流閥控制的進(jìn)氣歧管的真空度；其次，制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)也需要真空度；再次，低負(fù)荷時(shí)假設(shè)沒(méi)有節(jié)流閥，排氣溫度會(huì)非常低，會(huì)降低催化劑的轉(zhuǎn)換效率；最后，最重要的原因是，分層進(jìn)氣直噴式汽油機(jī)要在冷起動(dòng)和高負(fù)荷工況下工作，需要均勻的充量。在這種情況下，傳統(tǒng)的機(jī)械連接式節(jié)流閥系統(tǒng)，很難滿足開(kāi)度范圍很大的要求。因此，在GDI發(fā)動(dòng)機(jī)上采用電子控制節(jié)流閥是必要的，這種節(jié)流

20、閥由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械上與加速踏板沒(méi)有任何關(guān)系。研究說(shuō)明，GDI發(fā)動(dòng)機(jī)在1600r/min轉(zhuǎn)時(shí)預(yù)熱前后的節(jié)流閥開(kāi)度特征是：在前階段，發(fā)動(dòng)機(jī)完全是均質(zhì)進(jìn)氣燃燒，運(yùn)轉(zhuǎn)狀況與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)類似；在后階段預(yù)熱后，發(fā)動(dòng)機(jī)由分層燃燒向均質(zhì)燃燒變化。 排放與燃油經(jīng)濟(jì)性日本10-15工況循環(huán)的廢氣排放和燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，是從帶四檔變速器、自重1250kg的汽車(chē)上測(cè)得的見(jiàn)表2。與裝用傳統(tǒng)2L發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車(chē)相比，燃油經(jīng)濟(jì)性提高了35%，其中22%是分層稀燃的效果，其余則是通過(guò)改良自動(dòng)變速器的控制局部獲得的。按日本10-15工況循環(huán)測(cè)得原始的NO*排放無(wú)EGR和催化劑高達(dá)1.85g/km。裝用EGR后，NO*排放降低了67

21、%，到達(dá)0.60g/km，而使用穩(wěn)定化NO*催化劑后則降低到0.10g/km。使用吸藏復(fù)原型NO*催化劑、間歇性供應(yīng)濃混合氣控制則損失2%的燃油效率，考慮到降低NO*的性能，這是可以承受的。利用傳統(tǒng)三元催化劑的氧化作用也能成功地降低HC和CO的排放。表2 日本10-15工況循環(huán)的廢氣排放和燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)燃油經(jīng)濟(jì)性km/LHCg/kmCOg/kmNO*g/km試驗(yàn)工況EGR催化劑傳統(tǒng)型13.0直接噴射式GDI17.50.100.050.10直接噴射式有EGR，無(wú)催化劑17.82.753.560.60直噴式原始NO*排放1781.85排放標(biāo)準(zhǔn)0.252.100.252.3群眾GDI發(fā)動(dòng)機(jī)群眾汽車(chē)公

22、司大其小型路波牌轎車(chē)上安裝了一種叫做FSI的GDI發(fā)動(dòng)機(jī)，比裝用傳統(tǒng)汽油機(jī)的轎車(chē)節(jié)油15%。標(biāo)準(zhǔn)車(chē)身的路波轎車(chē)裝用該機(jī)后的油耗為5.6L/100km，輕重量車(chē)身的路波3L轎車(chē)裝用該機(jī)后的油耗為3L/100km。在這一機(jī)型正式投產(chǎn)之前，進(jìn)展了18個(gè)月的預(yù)開(kāi)發(fā)和30個(gè)月的開(kāi)發(fā)工作。該機(jī)的設(shè)計(jì)采用了110種專利，總計(jì)試制了250臺(tái)樣機(jī)，有450臺(tái)汽油機(jī)進(jìn)展裝車(chē)試驗(yàn)或試驗(yàn)室試驗(yàn)，在汽車(chē)上的評(píng)價(jià)試驗(yàn)進(jìn)展了1200km。這種FSI汽油機(jī)是一種4缸機(jī)型，屬于群眾公司用于路波、馬球和高爾夫等轎車(chē)的EA111汽油機(jī)系列中的產(chǎn)品。該機(jī)每缸4個(gè)氣門(mén)，壓縮比為12:1，額定功率為77kw6200r/min，最大扭矩為

23、130Nm4500r/min。該機(jī)采用鋁質(zhì)氣缸體，帶有等離子體鍍復(fù)鋼和鉬的粉末冶金氣缸套。這種構(gòu)造具有減小摩擦損失和減輕質(zhì)量的雙重效果。強(qiáng)制曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)與機(jī)油別離器制成一體。該機(jī)利用熱膜質(zhì)量空氣流量傳感器分析進(jìn)氣的容積。高壓油泵直接由進(jìn)氣凸輪軸驅(qū)動(dòng)，噴油壓力為10Mpa。高壓油泵借助一條共軌將燃油供應(yīng)高壓噴油嘴。電磁噴油嘴的動(dòng)作可以準(zhǔn)確控制噴油正時(shí)。在氣缸蓋和進(jìn)氣歧管之間有一個(gè)接頭，在這個(gè)接頭中包含著供油的共軌、噴油的部件和進(jìn)氣道幾何形狀調(diào)節(jié)裝置。為了控制進(jìn)入氣缸的氣流模式，在進(jìn)氣道幾何形狀調(diào)節(jié)裝置中有可調(diào)節(jié)的渦流板。進(jìn)氣凸輪軸的位置最大可調(diào)節(jié)20%，可以提高汽油機(jī)在低速和中速時(shí)的功率。與在

24、進(jìn)氣歧管?chē)娪偷膫鹘y(tǒng)汽油機(jī)相比，F(xiàn)SI汽油機(jī)的噴油嘴位于氣缸進(jìn)氣道的下面。噴油定時(shí)由汽油機(jī)控制裝置進(jìn)展控制，以保證低油耗和低排放。在局部負(fù)荷時(shí)，采用很稀的混合氣，這時(shí)濃混合氣集中在位于燃燒室中央的火花塞周?chē)?，而在燃燒室的周邊主要是空氣。由于這種分層充氣方式采用了較高的空燃比，因而降低了汽油機(jī)的油耗。此外，分層充氣方式使燃燒發(fā)生在燃燒室的中心區(qū)域，燃燒被周邊的空氣所隔絕，因而大大降低了熱損失，這也是使油耗降低的原因之一。分層充氣方式依賴于噴油、氣缸內(nèi)氣體流動(dòng)模式和燃燒室形狀三者的最正確配合。進(jìn)氣道調(diào)節(jié)裝置控制著燃燒室中氣體的流動(dòng)模式，渦流板將進(jìn)氣道截面分成上下兩局部。在局部負(fù)荷時(shí)，空氣從進(jìn)氣道截面

25、的上半部進(jìn)入燃燒室，可以造成進(jìn)氣的旋流，燃油在活塞上行沖程的后期噴入燃燒室。所控制的氣流模式和活塞頂部的特殊幾何形狀結(jié)合起來(lái)，可在火花塞附近形成一個(gè)球形的燃油霧團(tuán)。汽油機(jī)控制系統(tǒng)與電子控制共軌噴油系統(tǒng)一起保證噴油正時(shí)和噴油壓力等參數(shù)的最正確配合。在高負(fù)荷時(shí)，汽油機(jī)以傳統(tǒng)的充氣模式進(jìn)展工作，空氣通過(guò)進(jìn)氣道的整個(gè)截面進(jìn)入燃燒室，混合氣呈均勻狀態(tài)。為了降低排放，除了保證有效的燃燒之外，該機(jī)還裝置了排氣后處理裝置，包括廢氣再循環(huán)裝置和廢氣催化轉(zhuǎn)換器等裝置。為了在有過(guò)量空氣的工作狀況下轉(zhuǎn)換污染物質(zhì)，該機(jī)采用了儲(chǔ)存式催化轉(zhuǎn)換器。在稀薄混合氣工況下，氮氧化合物被暫時(shí)儲(chǔ)存在催化轉(zhuǎn)換器中，而在傳統(tǒng)的均勻混合氣方

26、式工作時(shí)，再將儲(chǔ)存的氮氧化合物復(fù)原為氮。該機(jī)同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)三元催化轉(zhuǎn)換器，可在分層充氣和均勻混合氣兩種工作模式下轉(zhuǎn)換HC和CO。此外，還有一個(gè)起動(dòng)催化轉(zhuǎn)換器，以保證在汽油機(jī)起動(dòng)后立即對(duì)排放進(jìn)展后處理。FSI汽油機(jī)的No*傳感器可以監(jiān)測(cè)儲(chǔ)存催化轉(zhuǎn)換器儲(chǔ)存的水平，并將這個(gè)信息提供應(yīng)控制器。當(dāng)汽油機(jī)從分層充氣轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚧旌蠚鈺r(shí)，控制器發(fā)信號(hào)給催化轉(zhuǎn)換器，進(jìn)展No*的復(fù)原處理。2.4標(biāo)致雪鐵龍高壓GDI發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)致雪鐵龍汽車(chē)集團(tuán)宣稱，其Hpi高壓直噴式汽油機(jī)是歐洲開(kāi)發(fā)的第一臺(tái)采用稀薄燃燒、分層充氣技術(shù)的汽油機(jī)。這種2.0L發(fā)動(dòng)機(jī)是該公司花費(fèi)6200萬(wàn)美元、用了近3年時(shí)間開(kāi)發(fā)出來(lái)的，用于標(biāo)致406和雪鐵龍桑蒂亞轎車(chē)。這一高壓GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)是，當(dāng)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速低于3500r/min時(shí)，即汽車(chē)在城市中或在公路上中速行駛時(shí)，該機(jī)以稀薄混合氣分層充氣的方式進(jìn)展運(yùn)轉(zhuǎn)；在高轉(zhuǎn)速時(shí)，汽油機(jī)以理想混合氣進(jìn)展運(yùn)轉(zhuǎn)。分層充氣技術(shù)是在火花塞周?chē)辛丝牲c(diǎn)燃的空氣-燃料混合氣，而在燃燒室其它地方根本都是空氣。進(jìn)氣必須與汽油機(jī)轉(zhuǎn)速密切配合，并且要求將燃料準(zhǔn)確地直接噴入燃燒室。該集團(tuán)還與西門(mén)子公司合作開(kāi)發(fā)出一種