汽車直噴式汽油機(jī)（GDI）原理簡(jiǎn)介

什么是GDI呢？GDI就是Gasoline Direct-Injection，汽油直接噴射的意思。直噴式發(fā)動(dòng)機(jī)（缸內(nèi)噴注式汽油發(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)為缸內(nèi)噴注式汽油發(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。

        立式吸氣口代替?zhèn)鹘y(tǒng)的橫向吸氣口，通過(guò)來(lái)自上方的強(qiáng)大下降氣流，形成與以往發(fā)動(dòng)機(jī)相反的缸內(nèi)空氣流動(dòng)－縱向渦流轉(zhuǎn)流。彎曲頂面活塞利用活塞頂?shù)耐蛊鹦螤睿�增�?qiáng)了這個(gè)縱向渦流轉(zhuǎn)流，再通過(guò)高壓旋轉(zhuǎn)噴射器噴射出霧狀汽油，在壓縮沖程后期的點(diǎn)火前夕，被氣體的縱渦流融合成球狀霧化體，形成一種以火花塞為中心，由濃到稀的層狀混合氣狀態(tài)。這樣，從總體上看，雖然混合比達(dá)到40：1，但聚集在火花塞周圍的混合氣卻很濃厚，很容易點(diǎn)火燃燒。

        在這里要特別介紹一下活塞頂?shù)男螤顚?duì)缸內(nèi)氣流的作用。活塞在上止點(diǎn)位置時(shí)，活塞頭頂面與氣缸蓋之間的間隙叫做燃燒室，燃燒室的容積是決定發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要因素。GDI活塞頂面的凸起部分象屋頂，又稱“彎曲頂面活塞”，它縮小了燃燒室的容積，有助于形成強(qiáng)勢(shì)渦流。縮小燃燒室容積必然提高了壓縮比，因此GDI的壓縮比達(dá)到12：1，比以往發(fā)動(dòng)機(jī)高出1/3左右。壓縮比提高了，缸內(nèi)溫度必然也隨之提高，有助于稀燃。壓縮比高，輸出功率增大，這樣也就彌補(bǔ)了稀燃帶來(lái)的功率損失。

        壓縮比提高也就是說(shuō)缸內(nèi)壓力提高了，于之配合的是高壓燃料泵，用高壓方式將汽油送進(jìn)燃燒室內(nèi)。但是，汽油的性質(zhì)決定壓縮比只能局限于一定的限度內(nèi)，否則就會(huì)出現(xiàn)爆燃，為了避免這一現(xiàn)象，GDI分兩步噴射的過(guò)程，第一步在進(jìn)氣沖程中噴射汽油以降低氣體溫度，適應(yīng)高壓縮比；第二步在壓縮沖程后期噴射汽油，形成上面闡述過(guò)的層狀混合氣形態(tài)。這是一環(huán)扣一環(huán)的技術(shù)，相輔相成，缺一不可。

        稀燃技術(shù)有省油的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)楦邏焊邷丨h(huán)境也會(huì)產(chǎn)生NOx（氮氧化物）排放過(guò)高的現(xiàn)象。GDI采用了EGR技術(shù)解決這個(gè)問(wèn)題。所謂EGR是指排氣再循環(huán)技術(shù)，將排出氣缸已經(jīng)燃燒過(guò)的部分氣體利用氣門重疊時(shí)間再回到氣缸中，降低燃燒的最高溫度從而降低NOx的排放量。

　  缸內(nèi)噴注式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是油耗量低，升功率大。混合比達(dá)到40:1（一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的混合比是15:1），也就是人們所說(shuō)的“稀燃”。機(jī)內(nèi)的活塞頂部一半是球形，另一半是壁面，空氣從氣門沖進(jìn)來(lái)后在活塞的壓縮下形成一股渦流運(yùn)動(dòng)，當(dāng)壓縮行程行將結(jié)束時(shí)，在燃燒室頂部的噴油嘴開(kāi)始噴油，汽油與空氣在渦流運(yùn)動(dòng)的作用下形成混合氣，這種急速旋轉(zhuǎn)的混合氣是分層次的，越接近火花塞越濃，易于點(diǎn)火作功。由于缸內(nèi)噴注壓縮比達(dá)到12，與同體積的一般發(fā)動(dòng)機(jī)相比功率與扭矩都提高了10％。

        據(jù)介紹，GDI與以往的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，NOx下降了90%；扭矩提高了10%；加速性能提高5%；空載時(shí)燃料下降40%；汽車以時(shí)速40公里/小時(shí)行駛時(shí)燃料下降25%；由于GDI在中低速段比較節(jié)油，因此在市區(qū)行駛，其節(jié)油的效率十分明顯。