1 GDI发动机的技术现状－汽油机缸内直喷技术发展

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本文介绍缸内直喷的技术现状及未来发展
1 GDI发动机的技术现状

1.1 燃油供给和喷射系统

现代的GDI发动机燃油供给系统均采用了精度高、响应快的柔性电控手段。高压共轨喷射系统加电磁驱动喷油器被认为是满足缸内灵活喷射要求的喷射系统之一。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、喷油器等组成。

燃油喷射系统中，喷油器的结构形式对喷雾质量的影响很大。目前在GDI发动机上得到广泛应用的是内开式旋流喷油器，只有一个喷孔，工作油压为5.0-10MPa，其内部设有燃油旋流腔，它可以通过涡流比的选择而实现较好的喷雾形态和合适的贯穿度的配合，且喷束方向便于调整，方便了在气缸内的布置。

1.2 喷射模式

GDI发动机燃油喷射模式可以分为单阶段喷射模式和多阶段喷射模式。单阶段喷射模式是指在中小负荷时，燃油在压缩行程后期喷入，实现混合气分层稀燃并采用质调节以避免节流阀的节流损失，从而使GDI汽油机达到与柴油机相当的经济性；在大负荷和全负荷时，燃油在进气行程中喷入气缸，实现均质预混合燃烧，以保持汽油机升功率高的特点。多阶段喷射模式是指在进气行程中先喷入所需燃料的1/4，形成极稀的均质混合气，其余燃料在压缩行程后期再次喷入，形成分层混合气。应用该技术可实现发动机从中小负荷到大负荷的平稳过渡，降低气缸内的气体温度，抑制爆燃的产生。

1.3 燃烧系统

GDI发动机燃烧系统按喷油器和火花塞的相对位置和混合气的组织形式可以有3种类型：(1)喷束引导法。燃油喷嘴靠近火花塞布置，火花塞位于燃油喷束的边缘，这种方式的优点是保证当整个燃烧室内为稀薄混合气时，火花塞周围仍能形成可供点火的混合气浓度。福特、本田公司生产的某些机型采用这种燃烧系统。(2)壁面引导法。燃油喷嘴远离火花塞布置，利用特殊形状的活塞表面配合气流运动，将燃油蒸气导向火花塞并在火花塞间隙形成合适浓度的混合气，如三菱、丰田、日产等公司开发的机型。(3)气流引导法。同样是燃油喷嘴远离火花塞，利用缸内有组织的气流运动来达到上述目的。FEV、AVL公司开发的方案采取这样的燃烧系统。

1.4 缸内空气运动的组织

GDI发动机缸内空气的运动有涡流、滚流和挤流。目前大部分GDI发动机应用涡流作为缸内空气运动的主要形式，其特点是持续时间长，在缸内的径向发散少，对保持混合气的相对集中和分层有利，可以充分利用它来维持压缩冲程中的混合气分层。但利用涡流来促进油气混合有一个操作范围限制。此外，涡流比过高还会由于离心力的作用使油滴甩向缸壁，造成湿壁现象的增加。近年来，日本三菱汽车公司对滚流在GDI发动机中的应用做了大量的试验研究，结果显示，在压缩行程的后期，滚流能够有效地增加靠近缸壁处的气体流动速度，从而可以促进粘附在缸壁上的油滴快速蒸发，也可利用滚流和活塞顶部的凹坑相配合将分层混合气导向火花塞，控制油束碰撞和火焰传播，从排气侧到进气侧的挤流还能提高燃烧速度。

2 存在问题及前景展望

制约GDI发动机发展的主要技术难点是排放问题。

主要表现在：(1)中小负荷下未燃碳氢(UBHC)的排放较多，其主要原因有采用分层混合气时引起火焰从浓区向稀区的熄灭，稀空燃比工作条件造成缸内温度偏低，也不利于未燃碳氢随后的继续氧化。远距离方式组织的燃烧系统因喷雾碰壁较多，而活塞顶和缸壁的温度低，形成的UBHC也较多。其它设计不当引起的混合气混合不充分和火焰延迟，也会造成火焰传播速度降低，使UBHC排放升高。(2)因为空燃比不在当量比附近，目前成熟的三元催化技术不能得到有效利用，因而NOx排放较高。另外，GDI发动机较高的压缩比和较快的反应放热率也会引起NOx升高。(3)在低负荷、过渡工况和冷起动的情况下，GDI发动机的微粒排放比进气道喷射发动机有明显增加。

除了排放方面的问题外，GDI发动机的发展还有以下一些技术难点：在理论要求的范围内控制分层混合气的组织和燃烧较为困难；工况变化时负荷平滑过渡所要求的喷射策略较为复杂；气缸内的燃烧沉积物较多造成火花塞污染；高压供油系统零件的磨损较快、成本较高等。

降低GDI发动机的排放使其满足日益苛刻的排放法规是各国研究人员努力的重点，测试证明，起动过程和起动后阶段所排放的有害物质能够达到排放物总量的90%，因此，采用“分层燃烧起动”和“两次喷射加热”相结合的方法，对GDI发动机是一种很有效的排放对策，大量发动机台架试验和实车试验已经证实了这一点。可以预料，随着喷射技术和排气后处理技术的不断进步，GDI发动机在排放和其他方面的性能将会得到进一步的改善，GDI汽油机无疑会占领车用发动机更多的市场份额。(end)

SIDI直喷发动机介绍
SIDI发动机汇集了缸内智能直喷、D-VVT电子可变双气门正时以及最新的ECM发动机管理

模块。
SIDI双模直喷发动机的结构进行了大幅度调整，相比原先喷入进气歧管的方式，SIDI发动机将多点喷射供油系统替换成可变气门缸内直喷系统，这是将喷油嘴植入汽缸内，通过高压将燃油雾化喷入汽缸内，并混合空气进行点燃，从而实现缸内稀薄燃烧，由此提升了发动机效率。同时还具备优秀的燃油经济性和更低的尾气排放。另外，缸内直喷技术由于允许更高的压缩比(SIDI的压缩比高达11.1：1)，能够大大减少缸内爆震情况，减少发动机的震动。以上的这些优势都能使发动机的寿命相比普通电喷发动机长了许多
技术发展
缸内直喷技术发展到今天已历经三代。第一代称为壁面引导（Wall-guided）直喷型，利用缸内空气流动使油气混合物成层，实现了分层燃烧；第二代称为按化学计量混合直喷型，以理论空燃比混合燃料和空气，实现均质燃烧；而通用的SIDI技术则属于第三代直喷技术，通过对发动机内植入智能控制模块，可根据行车状况由电脑自动控制稀薄燃烧模式，同时实现分层燃烧和均质燃烧。
　　当车辆起步或以低转速运动时，发动机自动选择分层燃烧，可以将一“滴”油分数层喷入汽缸内点燃，从而实现燃油的充分燃烧，提升每“滴”油的利用率；而在高速匀速运动时，发动机会转为均质燃烧，从而保证燃烧效率的恒定。
　　除此以外，SIDI双模直喷发动机的一大贴心设计在于，为了让这款高技术含量发动机能够适应中国的低质汽油，特意在开发的时候就对中国多个地区的油品抽样进行实验，通过一年半的调校，SIDI双模直喷发动机不仅能够适应中国大多数地区的低质97号汽油，更能够使用93号汽油。这对于豪华车而言，经济性更是不言而喻。
综合以上特点，SIDI双模直喷发动机与同排量的多点喷射供油发动机相比最大功率可以提升15%左右，最大扭矩能够提升8%左右，同时还能有3%以上的省油效率。

SIDI(Spark-Ignition Direct-Injection) 点燃式缸内直喷技术 + D-VVT(Double Variable Valve Timing) 双可变气门正时技术 = sidi双摸智能缸内直喷 (Double Variable Valve Timing Spark-Ignition Direct-Injection)
近几年来，基于提高凯迪拉克车型发动机动力性、经济性和降低排污的要求，通用汽车下属的动力研发机构投入了大量的人力、物力进行新技术的研究与开发。目前，这些新技术和新方法，有的已在内燃机上得到应用，有些正处于发展和完善阶段，有些则可能引爆发动机技术革命。
  其中，发动机双可变气门正时技术D-VVT(Double Variable Valve Timing)是近年来被广泛应用于豪华车上的新技术中的一种。D-VVT中的D指的是两个控制系统，分别控制发动机的进气系统和排气系统。在急加速时，控制进气的VVT会提前进气时间，并提高气门的升程，而控制排气的VVT会推迟排气时间，此效果如同一个较小的涡轮增压器，能有效地提升发动机动力。同时，由于进气量的加大，也使得汽油的燃烧更加完全，实现低排放的目的
汽车厂商对于提升车辆性能的追求是永无止境的，在D-VVT获得市场的广泛认同之后，通用汽车的工程师们又将注意力转移到创新发动机供油结构上。历时三年的研发，通用汽车终于在其发动机列表中增添了一个全新的名字SIDI双模缸内直喷技术。
对于许多玩车的朋友而言，缸内直喷技术并不陌生，但如何理解SIDI双模缸内直喷呢？这需要从三个层面进行理解。
所谓缸内直喷是区分于现在广泛应用的缸外多点喷射供油系统而言的。目前绝大部分发动机采用的是多点喷射供油技术，喷油嘴设置在汽缸外，当发动机进气气门打开时，将燃油喷射至汽缸内进行引爆。由于受到气门开合周期的影响，因此喷油的节奏不好把握，影响效率。而缸内直喷是将喷油嘴设置在汽缸内部，因此不会受到气门开合的影响，可以根据行车情况由行车电脑自动控制喷油的时机，从而提升发动机效率。
SIDI(Spark-Ignition Direct-Injection)则指的是点燃式缸内直喷技术。属于缸内直喷技术在汽油发动机上的一种应用方式。目前市场上缸内直喷技术多应用于柴油发动机之上，由于柴油的燃点低，当柴油被喷进缸体后活塞做压缩运动，汽缸内产生高温高压，引爆柴油和空气的混合气，从而产生的能量推动活塞做功。然而，相较柴油，汽油的燃点较高，因此难以凭借高温高压引燃汽油，于是将压燃改成点燃。当燃油从设置在汽缸内的喷油嘴喷入汽缸内，气门打开，将空气灌入汽缸，形成油气混合雾，这时火花点火，引爆混合气，释放能量推动活塞做功。
而这里提到的“双模”，是指均质燃烧和分层燃烧两种燃烧模式。当发动机处于低转速状态时，电脑会控制喷油嘴将燃油分层压入汽缸内，形成像烟圈一样燃油层，这样更有助于燃油能与空气的充分混合，分层燃烧能够在车辆起步和在城市中走走停停的过程中为全新CTS降低油耗3%的油耗并减少25%的CO2排放量。
将以上三个层面的利益综合在一起，便可以得出一个结论，SIDI双模缸内直喷技术能够将发动机最大功率提升15%，最大扭矩提升8%，而油耗则就降低了3%，废气排放减少近25%。这便是凯迪拉克最新动力科技所取得的最大成就。
那么为何在这样一个甚为先进的SIDI发动机上还要配备D-VVT技术呢？道理很简单，由于D-VVT相当于是一个小涡轮，能够提升汽缸内的进气量，因此在供油系统进行缸内直喷的时候，更多空气能够和油气进行充分混合，从而大大提升空燃比。因此，D-VVT技术对于SIDI发动机而言犹如猛虎添翼。
凯迪拉克正是凭借着SIDI双模直喷技术+D-VVT技术的组合在与奥迪TFSI技术的对决中取得优势。与此同时，搭载了3.6升双模直喷D-VVT发动机的全新CTS也以6.3秒完成0-100km/h加速刷新了入门级豪华车的百公里加速记录

juranshiqinying

很好，感谢楼主

nizainali

哈哈发哈回复vads

yzchengchen

缸内直喷是汽车发展的趋势，要大力支持。

searchaway

好贴，搞明白了各公司采用的各种模式的关系，记录下，谢楼主

jwjiwei

通用的是SIDI 三菱的是GDI 奔驰是CGI 宝马有Valvetronic 福特的GTDi 大众是众所周知的TSI 马自达还有创驰蓝天 每家都有自己的看家本事！