1、GDI發(fā)動機的技術(shù)現(xiàn)狀
1.1、燃油供給和噴射系統(tǒng)
現(xiàn)代的GDI發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)均采用了精度高、響應(yīng)快的柔性電控手段。高壓共軌噴射系統(tǒng)加電磁驅(qū)動噴油器被認為是滿足缸內(nèi)靈活噴射要求的噴射系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)由低壓輸油泵、燃油壓力傳感器、噴油壓力控制閥、高壓油泵、蓄壓燃油軌、噴油器等組成。
燃油噴射系統(tǒng)中,噴油器的結(jié)構(gòu)形式對噴霧質(zhì)量的影響很大。目前在GDI發(fā)動機上得到廣泛應(yīng)用的是內(nèi)開式旋流噴油器,只有一個噴孔,工作油壓為5.0-10MPa,其內(nèi)部設(shè)有燃油旋流腔,它可以通過渦流比的選擇而實現(xiàn)較好的噴霧形態(tài)和合適的貫穿度的配合,且噴束方向便于調(diào)整,方便了在氣缸內(nèi)的布置。
1.2、噴射模式
GDI發(fā)動機燃油噴射模式可以分為單階段噴射模式和多階段噴射模式。單階段噴射模式是指在中小負荷時,燃油在壓縮行程后期噴入,實現(xiàn)混合氣分層稀燃并采用質(zhì)調(diào)節(jié)以避免節(jié)流閥的節(jié)流損失,從而使GDI汽油機達到與柴油機相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟性;在大負荷和全負荷時,燃油在進氣行程中噴入氣缸,實現(xiàn)均質(zhì)預(yù)混合燃燒,以保持汽油機升功率高的特點。多階段噴射模式是指在進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,其余燃料在壓縮行程后期再次噴入,形成分層混合氣。應(yīng)用該技術(shù)可實現(xiàn)發(fā)動機從中小負荷到大負荷的平穩(wěn)過渡,降低氣缸內(nèi)的氣體溫度,抑制爆燃的產(chǎn)生。
1.3、燃燒系統(tǒng)
GDI發(fā)動機燃燒系統(tǒng)按噴油器和火花塞的相對位置和混合氣的組織形式可以有3種類型:(1)噴束引導(dǎo)法。燃油噴嘴靠近火花塞布置,火花塞位于燃油噴束的邊緣,這種方式的優(yōu)點是確保當(dāng)整個燃燒室內(nèi)為稀薄混合氣時,火花塞周圍仍能形成可供點火的混合氣濃度。福特、本田公司生產(chǎn)的某些機型采用這種燃燒系統(tǒng)。(2)壁面引導(dǎo)法。燃油噴嘴遠離火花塞布置,利用特殊形狀的活塞表面配合氣流運動,將燃油蒸氣導(dǎo)向火花塞并在火花塞間隙形成合適濃度的混合氣,如三菱、豐田、日產(chǎn)等公司開發(fā)的機型。(3)氣流引導(dǎo)法。同樣是燃油噴嘴遠離火花塞,利用缸內(nèi)有組織的氣流運動來達到上述目的。FEV、AVL公司開發(fā)的方案采取這樣的燃燒系統(tǒng)。
1.4、缸內(nèi)空氣運動的組織
GDI發(fā)動機缸內(nèi)空氣的運動有渦流、滾流和擠流。目前大部分GDI發(fā)動機應(yīng)用渦流作為缸內(nèi)空氣運動的主要形式,其特點是持續(xù)時間長,在缸內(nèi)的徑向發(fā)散少,對保持混合氣的相對集中和分層有利,可以充分利用它來維持壓縮沖程中的混合氣分層。但利用渦流來促進油氣混合有一個操作范圍限制。此外,渦流比過高還會由于離心力的作用使油滴甩向缸壁,造成濕壁現(xiàn)象的增加。近年來,日本三菱汽車公司對滾流在GDI發(fā)動機中的應(yīng)用做了大量的試驗研究,結(jié)果顯示,在壓縮行程的后期,滾流能夠有效地增加靠近缸壁處的氣體流動速度,從而可以促進粘附在缸壁上的油滴快速蒸發(fā),也可利用滾流和活塞頂部的凹坑相配合將分層混合氣導(dǎo)向火花塞,控制油束碰撞和火焰?zhèn)鞑ィ瑥呐艢鈧?cè)到進氣側(cè)的擠流還能提高燃燒速度。
2、存在問題及前景展望
制約GDI發(fā)動機發(fā)展的主要技術(shù)難點是排放問題。