GDI发动机研究概况李,刘圣华,宫艳峰(西安交通大学汽车工程系,陕西西安710049摘要:介绍GDI(gasolinedirectinjection发动机的燃烧机理和进气道、高压油泵以及喷油器等的结构。与传统发动机相比,GDI发动机在节能与环保两个方面都具有PFI(portfuelinjection无法达到的优越性。关键词:GDI发动机;燃烧;比较中图分类号:TK401文献标识码:A文章编号:1000-6494(200602-0004-03ASurveyofGDIEnginesLIYu,LIUSheng-hua,GONGYan-feng(DepartmentofAutomotiveEngineering,XianJiaotongUniversity,Xian710049,ChinaAbstract:ThispaperdescribesthecombustionprincipleofGDIenginesandtheespecialstructureofairalley,highpressureoil-pumpandnozzle,etc.Comparingwithtraditionalengines(PFI(portfuelinjection,GDIenginesshowincomparableadvantages.Keywords:GDI;engine;combustion基金项目:国家973项目资助(2001CB209206作者简介:李(1976-,男,陕西周至人,助理工程师,在读硕士研究生,主要从事柴油机清洁代用燃料的研究。0前言由于环境污染日益严重,能源危机愈演愈烈,因而汽车使用低污染节能发动机一直是政府和专业人士的目标。因此,降低发动机的排放、提高其燃油经济性也就成为目前内燃机工作者的当务之急1。改善燃烧室内的火焰燃烧过程和采用新型的代用燃料或燃料添加剂则是解决以上问题的常用办法。作为一种新型的稀薄燃烧方式2,GDI发动机3综合了压燃式发动机与点燃式发动机的优点,通过燃油的缸内直接喷射、可变喷油定时和控制缸内的气流运动等方式实现了缸内的稀薄燃烧,使发动机无论在燃油经济性还是在降低排放等方面都表现出比PFI(portfuelinjection发动机更大的发展潜力。因此,GDI发动机从20世纪90年代4问世以来就一直受到人们的广泛关注。1GDI发动机的燃烧特点GDI发动机是电控汽油喷射发动机的一种,常用的PFI发动机是把汽油喷射到进气门上,如图1所示,因此在喷油与油气混合气进入燃烧室之间要有一段时间延迟。而GDI发动机是把汽油直接喷射到气缸内,因此并不存在PFI发动机喷油延迟的问题。根据发动机工况的不同,GDI的燃烧过程可分为均质稀燃和分层稀燃两种模式。中小负荷时,燃油在压缩行程后期喷入气缸,通过喷油器、气流及燃烧室的合理配合,在火花塞附近形成较浓的可燃混合气,如图2所示,在远离火花塞的区域,形成稀薄分层混合气,其最大空燃比可达到30~40。大负荷或全负荷时,燃油在进气冲程早期喷入气缸,形成当量比为1左右的均质混合气进行燃烧。控制缸内混合气的形成和分布是实现分层燃烧的关键5。只有在点火瞬间将合适浓度的混合气引导到火花塞附近才能实现稳定的点火,同时,保证混合气在空间的连续分布,才能实现火焰的连续传播,从而保证燃烧的稳定性。如果在火花塞附近的混合气过浓,会使混合气不能完全燃烧,从而生成大量的不完全燃烧产物(如碳烟。更为严重的是,不完全燃烧会使发动机在上止点附近的放热率下降,从而导致发动机功率下降,油耗降低。另外,混合气的空燃比也不能超出稀燃的极限,如果在混合气的周围有过稀的混合气或有过稀的混合气脱离了主要混合区域,都会使汽油机燃烧困难或熄火,从而引起HC的排放升高。根据以上分析可知,要使GDI发动机的分层混合气能够稳定燃烧,必须具备以下两个条件6:第2期2006年4月内燃机InternalCombustionEnginesNo.2Apr.2006图1PFI发动机与GDI发动机燃烧系统比较图2GDI燃烧系统的分类a.火花塞周围必须要有随时间和空间稳定分布的混合气,一般火花塞附近混合气的空燃比在10~207之间比较适合点燃。b.组织精确的涡流比,形成混合气在燃烧室内的轴向和径向分层,以获得稳定燃烧所需的稀薄混合气。根据混合气形成方式的不同,GDI发动机的混合方式可分为喷射引导、壁面引导和气流引导三种,如图2所示。喷射引导受燃烧室形状及气流运动较小的影响,但是喷嘴与火花塞的距离不易把握。气流引导主要靠缸内的涡流及滚流将混合气引导到火花塞,而对缸内的气流运动组织则是发动机设计的一个难点。壁面引导对喷油嘴的要求不高,且容易将混合气引向火花塞,因此目前应用较多。2GDI发动机的技术特点最早对GDI的研究要追溯到19世纪50年代的德国,但由于当时内燃机整体发展水平还比较低,对G...