汽车新技术配置-5汽车缸内直喷

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1、现代汽车新配置实务,.,主讲：朱明 高级技师、经济师,工程师 高级技能专业教师 汽车维修工高级考评员,第5章 缸内汽油直接喷射系统,51缸内汽油直接喷射系统概述 511 缸内汽油直搔喷射系统优点、特殊设计及比较， 512缸内汽油直接喷射系统构造与作用,缸内汽油直接喷射系统 优点.特殊设计及比较,一、缸内汽油直接喷射发动机的优点 缸内汽油直接喷射发动机两大优点省油及高输出功率 省油即可减少C02的排放量，再配合新式设计及装置，缸内汽油直接喷射发动机也可大幅降低CO、HC及NOx的排放，故三菱汽车公司将其汽油直接喷射(GDl)发动机定位为全球环保发动机。,一、缸内汽油直接喷射发动机优点-省油,1.

2、省油的原因 (1)低负荷时，层状气体分布，燃料被进气涡流及活塞顶部的球形曲面保持在火花塞附近，是易于点燃的最佳混合气，而周围则为空气层，整个燃烧室内成为40：1的超稀薄空燃比仍能稳定燃烧，达到省油效果。 (2)低负荷时，由于AF比超稀薄化，故进排气的泵损失少，即气体交换损失少；且因燃料吸温冷却效果，冷却损失少， 如图51所示为丰田汽车公司D-4缸内汽油直接喷射发动机，与一般喷射发动机在泵损失及冷却损失间的差异。 (3)怠速转速可设定在较低值， 例如三菱汽车的设备接口发动机怠速 为600rmin。,一、缸内汽油直接喷射发动机优点高输出,高输出(功率及转矩)的原因 (1)进气行程时就开始喷射燃料，

3、整个燃烧室为均匀混合理论空燃比的均匀混合气。 (2)进气行程就开始喷油，燃料气化的吸温冷却效果，使空气密度增加，可提高容积效率，故比一般喷射发动机的输出高。 (3)直接喷入气缸中燃油的气化作用，降低空气温度，发动机不易爆震，故压缩比可提高，如设备接口发动机压缩比可达12.0：1。,缸内汽油直接喷射系统 特殊设计- 高压涡流喷油器,1.高压涡流喷油器: 压装在气缸盖上，配合高压燃油泵， 将汽油直接喷入气缸中， 喷油压力达50120kgcm2之间。,缸内汽油直接喷射系统 特殊设计1.进气涡流产生装置,丰田汽车公司两条进气道中，一为直线孔道，一为螺旋孔道，直线孔道中设涡流控制阀，低负荷时关闭，空气经

4、螺旋孔道进入气缸，可形成强烈涡流，如图53所示。,缸内汽油直接喷射系统 特殊设计2.进气涡流产生装置,三菱汽车公司采用两条垂直进气道，进气道中不装控制阀，如图52所示。 日产汽车公司采用两条进气道，其中一条进气道装设涡流控制阀，如图54所示。,缸内汽油直接喷射系统 特殊设计3.特殊活塞,活塞顶部凹陷为浅碗或深碗形，并削成不规则形状， 如图55(a) 为三菱设备接口发动机 图55(b)为日产NEODi发动机所采用的活塞构造。,缸内汽油直接喷射系统 特殊设计电子节气门,因缸内汽油直接喷射发动机的燃烧形态有多种模式，空燃比变化时导致转矩变动，故利用电脑控制节气门，以迅速且精确控制吸入空气量，来改善转

5、矩的变动。,E CU,缸内汽油直接喷射系统 特点的差异,三、缸内汽油直接喷射发动机 如表5I所示为三菱设备接口发动机、 日产Di发动机丰田D-4发动机特点的差异。,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,一.菱汽车公司GDI发动机 (1) 三菱汽车公司在汽油发动机技术上获得历史性的突破，1996年9月发表装用在Galant汽车，18L4G93的(GDI设备接口)，汽油直接喷射)发动机，具备出色的发动机输出，及如同柴油发动机般的油耗，与大幅降低CO2的排放。 (2)GDI发动机，汽油系直接喷入气缸中，且喷射正时精确，不像传统式的汽油喷射发动机，汽油在气缸外喷射， 如图56所示，汽

6、油与空气无法成层状混合，且汽油会附着在进气管壁及进气门上，同时喷射正时较不理想。,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,(3)GDI发动机采用两种作用模式，超稀薄燃烧模式与高输出模式，另外针对欧洲地区的GDI发动机，增加两段混合模式。 当在轻负荷巡行状态，车速低于120kmh时，为超稀薄燃烧模式； 当在高负荷，或车速高于120kmh时，自动转换为高输出模式； 当从静止或低速急加速时，则转换为两殴混合模式。,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,(4)GDI发动机的省油性能 怠速时的燃油消耗：在很低的怠速转速，GDI发动机维持稳定的燃烧，如 图57所示，GDI

7、发动机怠速转速为600rmin，而传统MPI发动机则为750rmin，因此在怠速时，GDI发动机比传统MPI发动机省油40。,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,(4)GDI发动机的省油性能 巡行时的燃油消耗； 如图58所示，以时速40km/h时为例， GDI发动机比传统MPI发动机省油35%,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,(4)GDI发动机的省油性能 市区行驶燃料消耗:依日本表示市区行驶之1015模式测试，GDI发动机比传统MPI发动机省油35%，甚至比柴油发动机省油，如图59所示。,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,(5)

8、GDI发动机的高输出性能 容积率提高 垂直进气道使进气更流畅，且汽油在气缸内喷射蒸发会冷却进气此得以提高容积效率，从低转速至高转速，GDI发动机容积效率均比传统MPI发动机高似增压器的增压效果，如图510所示。,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,(5)GDI发动机的高输出性能 (2)压缩比提高: 燃油蒸发使进气冷却的另一益处是可减低爆震，因此GDI发动机压缩比达12.0:1,可提高燃烧效率，如图511所示。,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,(5)GDI发动机的高输出性能 高功串与转矩输出：与同条件的传统MPI发动机相比，在所有转速时，GDI发动机的

9、功率与转矩输出，均高约10%以上、如图511所示。 加速性能；在高输出模式时，GDI发动机提供优异的加速性能， 如图5。13所示，与传统MPI发动机比较，0100km/h速时间减少约10。,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,(6)GDI发动机特性对提升转矩的影响 如图514所示， 两段式混合与抑制瞬间爆震的特性，可提升低转速范围加速时的转矩； 进气冷却效果与垂直进气道的平滑 顺畅进气的特性，可在中、高转速范围时得到更大的转矩输出,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,(7)与其他型式发动机的比较 4G93GDI发动机与传统汽油发动机相比 甚佳的低燃油消耗

10、 相同的最高功率输出。 较高的转矩输出，尤其是在低转速时。 较少的污染气体排放。,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,(7)与其他型号发动机比较 4G93GDI发动机与稀薄燃烧汽油发动机相比 较佳的低燃油消耗。 较高的功率输出。 更高的转矩输出。 较少的污染气体排放。,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,(7)与其他型号发动机比较 4G93GDI发动机与柴油发动机相比 较高的功率与转矩输出。 较安静运转。 较少振动。 较佳的发动机反应。 甚低之SOx排放。 燃油消耗率与大部分非直接喷射口D1)发动机相当，但比直接喷射(D1)发动机高。,缸内汽油直接喷射系

11、统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,2构造与作用 (1)GDI发动机的四项创新关键设计如 图515示,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,2构造与作用 (2)GDI发动机在各模式时的作用 超薄燃烧模式： 适用一般行驶时，车速稳定，无瞬间加速，车速在120kmh以下, 在进气行程时，吸入垂直气流，空气因活塞顶部之曲面而向上反卷，形成强烈的顺时针方向滚动气流； 在压缩行程末期，高压涡流喷油器喷入涡流状燃油，配合滚动气流及活塞的位移，使雾状燃油，即浓混合气，集中在火花塞附近，易于点火燃烧，而周围的混合气较稀薄，成层状分布，如图516所示；整个燃烧火球控制在球形穴内，没有燃料浪费

12、，且空燃比励希可达40：1仍能完全燃烧，比稀薄燃烧发动机的22：1，及传统发动机的14.7：1，更可达省油的效果。,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,(2)GDI发动机在各模式时的作用 高输出模式： 车速在120km/h以上或高负荷时，自动转换为高输出模式。 在进气行程时喷油，由于进气冷却之效果，使容积效率提高，因此功率及转矩的输出比传统MPI发动机高。,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,两段混合模式 针对欧洲地区使用的4G93GD!发动机的设计，除可提升低、中转速的转矩，尤其是低速转距，使车辆起步强劲，抑制爆震的发生。如图517所示 第一段喷射:将

13、全部喷射量的14左右燃料，在进气行程时喷入气缸中，此时混合气非常稀薄，空燃比约为60：1，不可能发生自燃现象； 第二段喷射:另外的34燃料，在压缩行程末期喷入气缸中，瞬间形成的浓混合气，空燃比约为12：1，立刻燃烧，根本没有时间让混合气发生反应而造成爆震，,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,两段混合模式 针对欧洲地区使用的4G93GD!发动机的设计，除可提升低、中转速的转矩，尤其是低速转炬，使车辆起步强劲，抑制爆震的发生。其结果如图5；18所示，在650rmin时，其转矩输出比传统燃烧方式高55% .,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,(3)GDI发

14、动机的燃油系统 GDI发动机燃油系统如图519所示，由低压燃油泵、低压燃油调节器、高压燃油泵、高压燃油调节器、油压传感器、燃油分配管及喷油器等所组成。 高压燃油泵、高压燃油调节器、燃油分配管及喷油器的安装位置如图520所示,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,(3)GDI发动机的燃油系统 GDI发动机燃油系统 高压燃油泵、高压燃油调节器、燃油分配管及喷油器的安装位置如图520所示 高压燃油泵： 为使燃油能以高压喷射，采用单柱塞油泵，由进气凸轮轴直接驱动，如图521所示，能在发动机所有运转范围内，提供燃油雾化所需的5MPa油压。,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GD

15、I发动机,(3)GDI发动机的燃油系统 高压燃油泵、高压燃油调节器、燃油分配管及喷油器的安装位置如图520所示,32,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,高压燃油调节器： 将高压燃油泵送来的油压调节为5MPa，当油压超过时，释放阀打开，以维持油压在一定压力，如图522所示。 图5 .21 高压燃曲泵的构造(三菱汽车公司) 图5，22 调压作用(三菱汽车公司),缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,油压传感器 油压传感器的构造基本上是与歧管压力传感器相同的，是将油压信号转换为电压信号送给ECM。 送给ECM电压信号与油压之高低成正比关系，例如当输入电压为05V与45V时，代表的燃油压力分别是0MPa与7.85MPa。 发动机起动时若油压不稳定，则ECM会依所检测的燃油压力大小，对应控制燃油喷射量。,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,高压涡流喷油器 利用喷油器末端涡流部及阀座之特殊设计，如图523所示， 产生强烈涡流使燃油雾化，以达到燃油粒子微粒化的效果； 同时涡流具有清除喷油口及附近积炭的效果，可改善喷油器的耐久性。,缸内汽油直接喷射系统构造与作用 -三菱公司GDI发动机,高压涡流喷油器的操作特性如表52所示。,缸内汽油直接喷射系统构造与