汽油机缸内直喷技术课件.ppt

1、汽油机缸内直喷技术汽油机缸内直喷技术2automobile engine主要内容 引言 一、汽油机缸内直喷技术的发展 二、汽油机缸内直喷技术的工作原理 三、大众FSI发动机 四、缸内直喷汽油机主要元件的结构和原理3automobile engine主要内容 引言 一、汽油机缸内直喷技术的发展 二、汽油机缸内直喷技术的工作原理 三、大众FSI发动机 四、缸内直喷汽油机主要元件的结构和原理引言引言 汽油发动机须将汽油与空气形成的混合气送入气缸并汽油发动机须将汽油与空气形成的混合气送入气缸并充分燃烧才能获得强大的动力，因此油气混合技术是充分燃烧才能获得强大的动力，因此油气混合技术是发动机的关键之一。

2、一直以来汽油发动机的燃料供给发动机的关键之一。一直以来汽油发动机的燃料供给方式都采用方式都采用“缸外混合缸外混合”。“缸外混合缸外混合”的缺的缺点是喷油嘴离燃点是喷油嘴离燃烧室有一定的距烧室有一定的距离离,汽油与空气的汽油与空气的混合情况受进气混合情况受进气气流的影响较大气流的影响较大,并且微小的油粒并且微小的油粒会吸附在管壁上会吸附在管壁上,从而不能充分使从而不能充分使用。用。传统多点燃油喷射 在对能源和环保要求日趋严格的今天，在对能源和环保要求日趋严格的今天，传统传统多点燃多点燃油喷射技术已不能满足人们要求，于是更为精确的燃油油喷射技术已不能满足人们要求，于是更为精确的燃油喷射技术诞生，那

3、就是缸内直喷技术喷射技术诞生，那就是缸内直喷技术。汽油机直喷技术是指发动机采取和柴油机相同的汽油机直喷技术是指发动机采取和柴油机相同的喷射工作方式，直接向气缸内喷射汽油。因此也有人喷射工作方式，直接向气缸内喷射汽油。因此也有人认为汽油直喷技术就是将柴油机的形式移植到汽油发认为汽油直喷技术就是将柴油机的形式移植到汽油发动机上的一种创举。动机上的一种创举。与传统多点燃油喷射发动机相比，与传统多点燃油喷射发动机相比，汽油直喷汽油直喷发动机发动机的主要优势的主要优势 大众大众FSI 发动机发动机-Fuel Stratified Injection 通用通用SIDI发动机发动机-Spark Igniti

4、on Direct Injection 奔驰奔驰CGI-Stratified-Charged Gasoline Injection 三菱三菱GDI发动机发动机-Gasoline Direct Injection 宝马宝马HPI发动机发动机-High Precision Injection 缸内直缸内直喷喷汽油机汽油机9automobile engine主要内容 引言 一、汽油机缸内直喷技术的发展 二、汽油机缸内直喷技术的工作原理 三、大众FSI发动机 四、缸内直喷汽油机主要元件的结构和原理一、汽油发动机缸内直喷技术发展汽油发动机缸内直喷技术发展 为了提高汽油发动机的热效率，汽车工业在为了提高汽

5、油发动机的热效率，汽车工业在20世纪世纪50年代开始尝试制作缸内直喷点燃式发动年代开始尝试制作缸内直喷点燃式发动机即直喷汽油机，但是由于受到技术，成本和稳机即直喷汽油机，但是由于受到技术，成本和稳定性的制约，再加上定性的制约，再加上20世纪世纪70年代末出现的进气年代末出现的进气道喷射电控汽油发电机技术的日益成熟，导致直道喷射电控汽油发电机技术的日益成熟，导致直喷汽油机一直没有被广泛应用。喷汽油机一直没有被广泛应用。20世纪世纪90年代，汽油喷射系统的新技术年代，汽油喷射系统的新技术共轨高压喷油以及与其匹配的喷油器的应用，使共轨高压喷油以及与其匹配的喷油器的应用，使得直喷汽油机重新得到重视和开

6、发。得直喷汽油机重新得到重视和开发。21世纪初，随着节能世纪初，随着节能环保的法规日益严格，发环保的法规日益严格，发动机朝着减小排量、轻量动机朝着减小排量、轻量化，拥有优秀的燃油积极化，拥有优秀的燃油积极性的方向发展，于此同时性的方向发展，于此同时可变气门正时，废气涡轮可变气门正时，废气涡轮增压的技术的成熟，结合增压的技术的成熟，结合缸内直喷技术的汽油发动缸内直喷技术的汽油发动机逐步成为经济环保而又机逐步成为经济环保而又不失驾驶乐趣，最具有发不失驾驶乐趣，最具有发展前途的发动机技术。展前途的发动机技术。如今汽油发动机缸内如今汽油发动机缸内直喷技术已经进入实用化直喷技术已经进入实用化阶段。阶段。

7、生活中我们会在汽生活中我们会在汽车的尾部后备箱上看见车的尾部后备箱上看见FSI、GDI以及以及CGI的标志的标志，这就表明它是一款装配，这就表明它是一款装配了直喷发动机的汽车了直喷发动机的汽车 梅赛德斯奔驰 CGI技术E 200 CGI BlueEFFICIENCY轿车轿车 三菱 GDI技术 GDI全称是Gasoline Direct Injection。三菱很早就开发了GDI发动机，是日系品牌中缸内直喷技术的倡导者。三菱的GDI发动机通过稀薄燃烧技术，让燃料消耗减少20%-35%，让二氧化碳排放减少20%，而输出功率则比普通的同排量发动机10%。通用汽车 SIDI技术 大众和奥迪 FSI技术

8、 大众和奥迪 TSI技术主要内容v引言v一、汽油机缸内直喷技术的发展v二、汽油机缸内直喷技术的工作原理v三、大众FSI发动机v四、缸内直喷汽油机主要元件的结构和原理二、汽油机缸内直喷技术工作原理 直喷技术能使汽油机像柴油机那样具备较高的燃烧效率，使直喷技术能使汽油机像柴油机那样具备较高的燃烧效率，使燃油燃烧更充分，从而达到尽可能节省燃油的目的。汽油缸燃油燃烧更充分，从而达到尽可能节省燃油的目的。汽油缸内直喷技术是实现汽油在气缸内分层燃烧的一种特有技术，内直喷技术是实现汽油在气缸内分层燃烧的一种特有技术，而汽油分层燃烧又是实现汽油稀薄燃烧的手段。而汽油分层燃烧又是实现汽油稀薄燃烧的手段。稀薄燃烧

9、是提高汽油机燃油经济性的重要手段。缸内直喷汽稀薄燃烧是提高汽油机燃油经济性的重要手段。缸内直喷汽油机稀薄燃烧技术可以分为均质稀燃和分层燃烧两种燃烧模油机稀薄燃烧技术可以分为均质稀燃和分层燃烧两种燃烧模式。式。稀燃式发动机就是让汽油在很稀的混合状态下燃烧，稀燃式发动机就是让汽油在很稀的混合状态下燃烧，空燃比可达空燃比可达25:1甚至可达甚至可达40:11.稀燃式发动机稀燃式发动机 在火花塞间隙周围局部形成具有良好着火在火花塞间隙周围局部形成具有良好着火条件的较浓混合气（条件的较浓混合气（1213.4），在燃烧室大），在燃烧室大部分区域是较稀混合气，两者之间为了有利于部分区域是较稀混合气，两者之间

10、为了有利于火焰传播，混合气浓度从火花塞开始由浓到稀火焰传播，混合气浓度从火花塞开始由浓到稀逐步过渡，这就是所谓的逐步过渡，这就是所谓的分层燃烧分层燃烧。采用立式吸气口方式，从气缸盖的上方吸气的独特方式产生采用立式吸气口方式，从气缸盖的上方吸气的独特方式产生强大的下沉气流。这种下沉气流在弯曲顶面活塞附近得到加强强大的下沉气流。这种下沉气流在弯曲顶面活塞附近得到加强并在气缸内形成纵向涡旋转流。在高压旋转喷注器的作用下，并在气缸内形成纵向涡旋转流。在高压旋转喷注器的作用下，压缩过程后期被直接喷注进气缸内的燃料形成浓密的喷雾，喷压缩过程后期被直接喷注进气缸内的燃料形成浓密的喷雾，喷雾在弯曲顶面活塞的顶

11、面空间中不是扩散而是气化。雾在弯曲顶面活塞的顶面空间中不是扩散而是气化。这种混和气被纵向涡旋转流带到火花塞附近，在火花塞四这种混和气被纵向涡旋转流带到火花塞附近，在火花塞四周形成较浓的层状混和状态。这种混合状态虽从燃烧室整体来周形成较浓的层状混和状态。这种混合状态虽从燃烧室整体来看十分稀薄，但由于呈现从浓厚到稀薄的层状分布，因此能保看十分稀薄，但由于呈现从浓厚到稀薄的层状分布，因此能保证点火并实现稳定燃烧。证点火并实现稳定燃烧。混合比达到混合比达到40:1 三菱缸内喷注汽油机（三菱缸内喷注汽油机（GDI）是是Honda第一款实现了第一款实现了65：1超稀薄燃烧的直超稀薄燃烧的直喷式汽油发动机喷

12、式汽油发动机；OHC i-VTEC融合了融合了Honda独创的直喷技术新一代环保、运动型独创的直喷技术新一代环保、运动型发动机发动机；直喷发动机使稀薄燃烧成为可能，；直喷发动机使稀薄燃烧成为可能，为降低油耗做出了贡献为降低油耗做出了贡献。汽油发动机汽油发动机2.0L i-VTEC I发动机发动机Honda本田的缸内直喷汽油机本田的缸内直喷汽油机采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进使缸内形成采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进使缸内形成较强的空气运动旋流，提高气流速度；将火花塞置于较强的空气运动旋流，提高气流速度；将火花塞置于燃烧室中央，缩短点火距离；提高压缩比至燃烧室中央，缩短点火距离；提高压

13、缩比至13：1左左右，促使燃烧速度加快。右，促使燃烧速度加快。提高压缩比提高压缩比 2.汽油发动机实现稀燃的关键技术汽油发动机实现稀燃的关键技术 如果稀燃技术的混合比达到如果稀燃技术的混合比达到25：1以上，按照常规是无法点燃以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到12：1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四左右，外层逐渐稀薄。浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四周被点燃，燃烧迅速波及外层实现

14、分层燃烧。周被点燃，燃烧迅速波及外层实现分层燃烧。分层燃烧分层燃烧 汽油发动机实现稀燃的关键技术汽油发动机实现稀燃的关键技术 高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的。或者多极火花塞装置来达到上述目的。高能点火高能点火 汽油发动机实现稀燃的关键技术汽油发动机实现稀燃的关键技术 以上三点只是对整体汽油发动机稀燃技术而言，具体到以上三点只是对整体汽油发动机稀燃技术而言，具体到某种机型会有所偏重

15、。因为各种汽油发动机稀燃方式的技术某种机型会有所偏重。因为各种汽油发动机稀燃方式的技术措施不完全一样，甚至同一部发动机在不同的工况下稀燃方措施不完全一样，甚至同一部发动机在不同的工况下稀燃方式也会不完全一样。式也会不完全一样。有些着重缸内气流运动及燃油分布的配合，重点在分层有些着重缸内气流运动及燃油分布的配合，重点在分层燃烧。有些着重加大点火能量、增快火焰传播速度和缩短火燃烧。有些着重加大点火能量、增快火焰传播速度和缩短火焰传播距离，重点在高能点火。焰传播距离，重点在高能点火。汽油发动机实现稀燃的关键技术汽油发动机实现稀燃的关键技术 无论是从节能和减排的角度，还是从提高汽无论是从节能和减排的角

16、度，还是从提高汽油机动力性能的角度来看，油机动力性能的角度来看，现代缸内直喷式现代缸内直喷式汽油机在进气道喷射技术的基础上，汽油机在进气道喷射技术的基础上，又将汽油机技术向前推进了一大步，又将汽油机技术向前推进了一大步，从而成为世界汽油机发展历史上又一从而成为世界汽油机发展历史上又一个重要的里程碑。个重要的里程碑。27automobile engine主要内容 引言 一、汽油机缸内直喷技术的发展 二、汽油机缸内直喷技术的工作原理 三、大众FSI发动机 四、缸内直喷汽油机主要元件的结构和原理三、大众三、大众FSI 发动机发动机 FSI是是Fuel Stratified Injection的缩写，

17、的缩写，中文意思是燃料分层喷射技术，中文意思是燃料分层喷射技术，FSI代表着今后引擎的一个发展方向。代表着今后引擎的一个发展方向。燃油分层喷射技术是发动机稀燃技术的一种。燃油分层喷射技术是发动机稀燃技术的一种。FSI发动机发动机的燃烧控制模式的燃烧控制模式1）.分层燃烧模式分层燃烧模式 进气过程中的关键是进气过程中的关键是进气歧管进气歧管中安置一翻板中安置一翻板,封住下封住下进气歧管进气歧管，让进气加速通过，与让进气加速通过，与活塞活塞顶配合，形成进气涡旋。顶配合，形成进气涡旋。发动机低速或中速运转，此时节气门为半开状态，空气由进气管进入汽缸撞在活塞顶部，由于活塞顶部制作成特殊的形状从而在火花

18、塞附近形成期望中的涡流。当压缩过程接近尾声时，少量的燃油由喷射器喷出，形成可燃气体。这种分层注油方式可充分提高发动机的经济性，因为在转速较低、负荷较小时除了火花塞周围需要形成浓度较高的油气混合物外，燃烧室的其它地方只需空气含量较高的混合气即可。喷油时刻开始于压缩行程上止点前约喷油时刻开始于压缩行程上止点前约60度，结束于压缩行程上止度，结束于压缩行程上止点前约点前约45 度。度。50-100bar燃油喷射角度小，燃油燃油喷射角度小，燃油雾气不与活塞顶部接触雾气不与活塞顶部接触被点燃的混合气被点燃的混合气与气缸壁之间形与气缸壁之间形成一层隔离用的成一层隔离用的空气层，起降温空气层，起降温的作用。

19、的作用。混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到围形成易于点火的浓混合气，混合比达到12：1左右，外层逐渐稀左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。FSI直喷发动机的压缩比高，在这种情况下直喷发动机的压缩比高，在这种情况下对油的标号和油质要求就很严格。就目前中国对油的标号和油质要求就很严格。就目前中国的情况来说，必须使用高清洁度汽油。的情况来说，必须使用

20、高清洁度汽油。奥迪奥迪Q7(进口进口)2010款款 4.2 FSI 手自一体豪华型手自一体豪华型 发动机发动机 压缩比压缩比 13 燃油标号燃油标号 97 环保标准环保标准 欧欧IV 发动机负荷较大且转速较高时，进气歧管翻板就会打发动机负荷较大且转速较高时，进气歧管翻板就会打开，吸入的空气经上下气道进入气缸。开，吸入的空气经上下气道进入气缸。2.均质燃烧模式燃油喷射发生在进气行程中，缸内形成均质混合气，燃油喷射发生在进气行程中，缸内形成均质混合气，空燃比空燃比 14.7:1 当发动机高速运转时，节气门完全开启，大量空气高速进入汽缸形成较强涡流并与汽油均匀混合。从而促进燃油充分燃烧，提高发动机的

21、动力输出。电脑不断的根据发动机的工作状况改变注油模式，始终保持最适宜的供油方式。燃油的充分利用不仅提高了燃油的利用效率和发动机的输出而且改善了排放。均质燃烧模式分两种状态：进气歧管翻板打开时的均匀燃烧进气歧管翻板打开时的均匀燃烧在发动机转速高于在发动机转速高于3750 转转/分或分或发动机负荷高于发动机负荷高于40%时，进气时，进气歧管翻板是打开的，这样就可歧管翻板是打开的，这样就可保证发动机在高转速、大负荷保证发动机在高转速、大负荷时获得更多的进气量，让更多时获得更多的进气量，让更多的空气参与燃烧。的空气参与燃烧。燃油喷射发生在进气冲程中。燃油喷射发生在进气冲程中。2、进气歧管翻板关闭时的均

22、匀燃烧、进气歧管翻板关闭时的均匀燃烧在发动机转速低于在发动机转速低于3750 转转/分分或发动机负荷低于或发动机负荷低于40%时，时，进气歧管翻板是关闭的。进气歧管翻板是关闭的。下部进气道被封闭，于是被吸下部进气道被封闭，于是被吸入的空气就会通过上部进气道入的空气就会通过上部进气道加速后呈紊流状流入燃烧室，加速后呈紊流状流入燃烧室，利于混合气的形成与雾化。利于混合气的形成与雾化。燃油喷射发生在进气冲程中。燃油喷射发生在进气冲程中。关于TSI、TFSI 在国外大众的1.4T发动机上以及进口发动机，TSI代表的是Twincharger Fuel Stratified Injection这几个单词首

23、字母的缩写，可以理解为双增压+分层燃烧+喷射。国内生产的1.4T发动机则省掉了机械增压和分层燃烧，仅保留了涡轮增压和缸内直喷。大众1.8/2.0TSI中的“TSI”则代表着Turbo Fuel Stratified Injection,可以理解为涡轮增压+分层燃烧+缸内直喷的意思，不过国内则省掉了分层燃烧。TSI TFSI TFSI就是带涡轮增压涡轮增压（T)的FSI发动机发动机，简称TFSI，一般奥迪系列车型会这么称呼 由于国内油品的问题，国产奥迪TFSI并没有使用分层燃烧技术。FSI理论上，理论上，FSI发动机发动机有两种燃烧模式：分层燃烧有两种燃烧模式：分层燃烧和均质燃烧。和均质燃烧。从

24、从FSI所代表的所代表的Fuel Stratified Injection含义上看，含义上看，分层燃烧应该是分层燃烧应该是FSI发动机发动机的精髓与特点，不过也可的精髓与特点，不过也可以理解为它的研发起点和基础。以理解为它的研发起点和基础。FSI燃烧控制模式有些方面还停留在理论优势方面。现燃烧控制模式有些方面还停留在理论优势方面。现在在奥迪在全球发布的奥迪在全球发布的FSI发动机发动机还都采用均质燃烧模式还都采用均质燃烧模式，这不是说分层燃烧不可实现，而只是说分层燃烧实施，这不是说分层燃烧不可实现，而只是说分层燃烧实施的时机还不成熟。的时机还不成熟。答案是否定的。即使没有应用分层燃烧，FSI发

25、动机发动机还有能提升压缩压缩比比，降低燃烧残油量的特点。FSI发动机发动机采用缸内直喷缸内直喷，汽油在缸内蒸发产生内部冷却效果，这样就降低了爆震爆震的可能性，可适当提升压缩比压缩比。而进气涡旋与气门气门正时的配合能使没燃烧的残油得到良好的再利用。这样，FSI发动机发动机仍能在提高动力，降低油耗方面仍有较大的作为。问题：没有了分层燃烧会不会让问题：没有了分层燃烧会不会让FSI发动机发动机的原有优势的原有优势荡然无存？荡然无存？FSI发动机发动机产生的效果可以从奥迪公司公布的发动机发动机指标看出来。以3.2升FSI和4.2升FSI为例，对比的机型分别是以前的3.0升和4.2升汽油机。功率功率上，3.2升FSI发动机发动机是257马力，比原机型的218马力提升39马力，4.2升FSI发动机发动机的350马力比原机型的335马力提升15马力；在最大扭矩扭矩上，是3.2升FSI的330牛米对原机型的290牛米，4.2升FSI的440对原机型的420牛米。47automobile engine主要内容 引言 一、汽油机缸内直喷技术的发展 二、汽油机缸内直喷技术的工作原理 三、大众FSI发动机 四、缸内直喷汽油机主要元件的结构和原理48automobile engine四、缸内直喷汽油机主要元件的结构和原理