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GDI System就是缸內噴注式汽油發動機。

 

1 GDI System -概述

原理:GDI System與一般汽油發動機的主要區別在於汽油噴射的位置,目前一般汽油發動機上所用的汽油電控噴射系統,是將汽油噴入進氣歧管或進氣管道上,與空氣混合成混合氣后再通過進氣門進入氣缸燃燒室內被點燃作功;而GDI System顧名思義是在氣缸內噴注汽油,它將噴油嘴安裝在燃燒室內,將汽油直接噴注在氣缸燃燒室內,空氣則通過進氣門進入燃燒室與汽油混合成混合氣被點燃作功,這種形式與直噴式柴油機相似,因此有人認為缸內噴注式汽油發動機是將柴油機的形式移植到汽油機上的一種創舉。

優點:GDI System的優點是油耗量低,升功率大。混合比達到40:1(一般汽油發動機的混合比是15:1),也就是人們所說的「稀燃」。機內的活塞頂部一半是球形,另一半是壁面,空氣從氣門衝進來后在活塞的壓縮下形成一股渦流運動,當壓縮行程行將結束時,在燃燒室頂部的噴油嘴開始噴油,汽油與空氣在渦流運動的作用下形成混合氣,這種急速旋轉的混合氣是分層次的,越接近火花塞越濃,易於點火作功。由於缸內噴注壓縮比達到12,與同體積的一般發動機相比功率與扭矩都提高了10%.

2 GDI System -三菱直噴式GDI System


首先介紹化油器、電控噴射與直噴式等三種汽油機的不同供油方式

化油器發動機是在進氣管道的化油器位置上吸出汽油,與空氣混合,霧化形成混合氣,經氣門進入氣缸;電控汽油噴射發動機是在進氣歧管,氣門之前的位置上噴射汽油,再經氣門進入氣缸;直噴式汽油發動機則是直接在氣缸裡面噴射汽油。從而可知,世界上三種形式的汽油發動機的重大區別在於汽油出口的位置,位置不同,技術也不同。

缸內噴注的關鍵在於產生與傳統發動機不同的缸內氣流運動狀態,通過技術手段使噴射入氣缸的汽油與空氣形成一種多層次的旋轉渦流。因此GDI採用了立式吸氣口、彎曲頂面活塞、高壓旋轉噴射器等三種技術手段。

立式吸氣口代替傳統的橫向吸氣口,通過來自上方的強大下降氣流,形成與以往發動機相反的缸內空氣流動-縱向渦流轉流。彎曲頂面活塞利用活塞頂的凸起形狀,增強了這個縱向渦流轉流,再通過高壓旋轉噴射器噴射出霧狀汽油,在壓縮衝程後期的點火前夕,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。這樣,從總體上看,雖然混合比達到40:1,但聚集在火花塞周圍的混合氣卻很濃厚,很容易點火燃燒。

在這裡要特別介紹一下活塞頂的形狀對缸內氣流的作用。活塞在上止點位置時,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動機性能的重要因素。GDI活塞頂面的凸起部分象屋頂,又稱「彎曲頂面活塞」(見圖),它縮小了燃燒室的容積,有助於形成強勢渦流。縮小燃燒室容積必然提高了壓縮比,因此GDI的壓縮比達到12:1,比以往發動機高出1/3左右。壓縮比提高了,缸內溫度必然也隨之提高,有助於稀燃。壓縮比高,輸出功率增大,這樣也就彌補了稀燃帶來的功率損失。

壓縮比提高也就是說缸內壓力提高了,於之配合的是高壓燃料泵,用高壓方式將汽油送進燃燒室內。但是,汽油的性質決定壓縮比只能局限於一定的限度內,否則就會出現爆燃,為了避免這一現象,GDI分兩步噴射的過程,第一步在進氣衝程中噴射汽油以降低氣體溫度,適應高壓縮比;第二步在壓縮衝程後期噴射汽油,形成上面闡述過的層狀混合氣形態。這是一環扣一環的技術,相輔相成,缺一不可。

稀燃技術有省油的優點,但因為高壓高溫環境也會產生NOx(氮氧化物)排放過高的現象。GDI採用了EGR技術解決這個問題。所謂EGR是指排氣再循環技術,將排出氣缸已經燃燒過的部分氣體利用氣門重疊時間再回到氣缸中,降低燃燒的最高溫度從而降低NOx的排放量。據介紹GDI的NOx下降了90%,是否如此,只有環保部門的測量才能知曉了。

據三菱介紹,GDI與以往的發動機相比,扭矩提高了10%;加速性能提高5%;空載時燃料下降40%;汽車以時速40公里/小時行駛時燃料下降25%;由於GDI在中低速段比較節油,因此在市區行駛,其節油的效率十分明顯。

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