82107023陆野-缸内直喷电控汽油机技术分析、故障诊断与2594.docx

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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET. 编号 淮安信息职业技术学院毕业论文题 目缸内直喷电电控汽油油机技术术分析、故障障诊断与与检修学生姓名陆野学 号8210770233系 部汽车工程系系专 业汽车检测与与维修技技术班 级8210770指导教师汪东明 副副教授顾问教师钱锋二一二年年十一月摘 要随着石油资资源越来来越紧缺缺，人们们对汽车车的燃油油经济性性要求越越来越高高，为此此，一种种新型的的汽油燃燃烧方式式应运而而生，即即发动机机稀薄燃燃烧技术术，而实实现稀薄薄燃烧的的理想方方式是缸缸内直喷喷分

2、层喷喷注，即即汽油缸缸内直喷喷。缸内内直喷发发动机具具有节省省燃油、减减少废气气排放、提提升动力力性能、减减少发动动机振动动、喷射射精度的的提高、发发动机更更耐用等等优点。本本文简单单概述了了现代汽汽车缸内内直喷发发动机的的发展及及应用，重重点介绍绍了缸内内直喷发发动机的的结构原原理，详详细分析析了大众众1.88TSII发动机机结构原原理，最最后结合合具体的的故障实实例分析析了宝马马、别克克、迈腾腾、蒙迪迪欧故障障诊断方方法与检检修工艺艺。关键词：电电控汽油油机；缸缸内直喷喷；TSSI；故故障诊断断；检修修目 录摘 要I第一章 缸缸内直喷喷电控汽汽油机概概述11.1汽油油直接喷喷射技术术的应用

3、用与发展展11.2缸内内直喷电电控发动动机优缺缺点21.2.11缸内直直喷发动动机的优优点21.2.22缸内直直喷发动动机的缺缺点4第二章章 汽油缸缸内直喷喷发动机机技术解解析62.1缸内内直喷发发动机技技术简介介62.2汽油油直接喷喷射（GGDI）发发动机的的结构62.33 汽油油缸内直直喷发动动机工作作原理72.4发动动机燃油油喷射控控制模式式9第三章 大大众1.8TSSI发动动机1633.1概概述163.2大众众TSII发动机机结构特特点183.3大众众TSII发动机机燃油供供给系统统的结构构特点213.4大众众TSII发动机机电控系系统的工工作模式式223.5大众众1.88TSII发动

4、机机电控系系统的组组成22第四章 典型故故障案例例分析244.1宝马马缸内直直喷发动动机启动动困难244.2别克克新君威威加速不不良、怠怠速抖动动274.3蒙迪迪欧新致致胜怠速速抖动急急速迟缓缓284.4一汽汽大众迈迈腾1.8TSSI轿车车发动机机怠速抖抖动30第五章 总总结与展展望325.1总结结325.2展望望32致 谢34参考文献35第一章 缸缸内直喷喷电控汽汽油机概概述1.1汽油油直接喷喷射技术术的应用用与发展展目前，各国国的汽车车公司都都在大力力开发和和采用这这种技术术先进、性性能优异异的产品品。日本本三菱汽汽车公司司一直处处于领先先地位。自自19996年88月率先先向市场场投放第第

5、一台GGDI发发动机以以来，三三菱公司司先后又又开发出出了多种种不同类类型的GGDI发发动机，即即2.44L4缸缸发动机机、3.0L 6缸发发动机和和3.55L 66缸发动动机机，它它们已分分别装配配于4种种中、大大型轿车车并投放放市场。丰丰田公司司研制出出一种GG4型22.0LL的GDDI发动动机，并并已批量量装车使使用。随随后，又又开发出出1.66L、11.8LL和2.0L的的GDII发动机机。其DD4型GGDI发发动机可可降低油油耗300左右右，提高高功率约约10。日本其他厂厂家也有有多种缸缸内直喷喷发动机机上市，如如日产33.0LL和2.5L的的V6型型发动机机、富士士重工22.5LL

6、的卧式式对置44缸发动动机、马马自达22.0LL的直列列4缸发发动机和和本田11.0LL的直列列3缸发发动机。美国和欧洲洲的汽车车厂家也也都在积积极研究究缸内直直喷技术术和开发发缸内直直喷产品品，并使使缸内直直喷发动动机在热热效率、功功率及排排放上有有进一步步提高。研究表明，缸缸内直喷喷发动机机可降低低燃耗88%-15%。因而而，在全全球节约约能源的的浪潮中中，各汽汽车厂家家都在积积极深入入研究GGDI发发动机技技术，纷纷纷在自自己的车车上装配配GDII发动机机。除日日本和美美国以外外，大多多数欧洲洲汽车生生产厂家家也都开开始装用用GDII发动机机(1.4-2.00L)：奥迪公公司的AA3装备

7、备了新型型FSII发动机机，宝马马公司为为其122缸发动动机引用用了HPPI技术术，大众众公司也也有许多多车型采采用了TTSI发发动机。纵纵观世界界汽车产产品技术术的发展展态势，缸缸内直喷喷发动机机正以其其优异的的性能得得到日益益广泛的的重视和和应用。FSI技术术的发展展TFFSI、TTSIFSI是给给发动机机的喷射射方式带带来了革革命，它它让一款款普通发发动机的的各种性性能都得得到了提提升，而而FSII再往上上发展就就变得更更加容易易了。TTFSII是在FFSI基基础上加加入了涡涡轮增压压技术；而TSII技术与与FSII并没有有什么相相关性。FFSI是是给发动动机的喷喷射方式式带来了了革命，

8、它它让一款款普通发发动机的的各种性性能都得得到了提提升，而而FSII再往上上发展就就变得更更加容易易了。TFSSI是在在FSII基础上上加入了了涡轮增增压技术术；而TSII技术与与FSII并没有有什么相相关性。 TFSI（涡涡轮增压压燃油分分层喷射射发动机机），这这个比FFSI多多出来的的T字代代表的则则是涡轮轮增压（TTurbbochhargger），而而发动机机本身也也的确是是在FSSI发动动机的基基础上增增加了一一个涡轮轮增压器器。涡轮轮增压是是利用排排气的高高温高压压推动废废气涡轮轮高速转转动，在在带动进进气涡轮轮压缩进进气，提提高空气气密度，同同时电脑脑控制增增大喷油油量，配配合高密

9、密度的进进气，因因此可以以在排量量不变的的条件下下提高发发动机工工作效率率。由于于涡轮增增压器是是靠排气气推动的的，因此此在发动动机转速速低时涡涡轮并不不工作。但但在这个个时候涡涡轮还是是转动的的，只是是排气压压力不够够，达不不到增大大进气压压力的效效果。随随着转速速的上升升（约115000r/mmin或或以上），排排气压力力逐渐加加大涡轮轮就进入入了正常常的工作作状态，达达到增压压的目的的和效果果。但是是，当转转速接近近额定的的时候（约r/mmin或或以上），发发动机本本身的内内压超过过了排气气压力，这这时的涡涡轮同样样是不工工作的。实实际上发发动机的的一般工工作区间间正在115000500

10、00rr/miin内，所所以涡轮轮增压以以它优越越的经济济性和动动力性得得到了众众多用户户的认可可。不过过怎么说说还是有有点缺陷陷，这两两个区间间的动力力缺失如如何解决决呢，高高转速我我们可以以换个大大点的涡涡轮，可可是低转转速的动动力空挡挡也会同同时加大大。很自自然的一一款无可可挑剔的的发动机机应运而而生，TTSI把把所有问问题解决决的更巧巧妙更能能打动人人心。TSI（涡涡轮机械械增压燃燃油分层层喷射发发动机）的的设计非非常巧妙妙，它实实际上是是把一个个涡轮增增压器(Turrboccharrgerr)和机机械增压压器(SSupeerchhargger)一起装装到一台台发动机机里面。TTSI中

11、中的T不不是指TTurbbochhargger而而是Twwinccharrgerr（双增增压）的的意思。上上文我们们讲到涡涡轮增压压发动机机在较低低和较高高转速时时都有一一个动力力的空挡挡，为了了进一步步提高发发动机的的效率，增增加一个个机械增增压装置置，并让让它在低低转速时时加大进进气压力力。而涡涡轮增压压器的尺尺寸可以以再大一一些，去去弥补高高转速时时的动力力空挡，从从而达到到一个从从低到高高转速的的全段优优异动力力表现。另另外，涡涡轮增压压器由于于废气涡涡轮的惯惯性，会会有发动动机相应应的迟滞滞现象。而而机械增增压器则则是由发发动机转转轴直接接带动，能能够随着着发动机机转速变变化而迅迅速

12、且线线性地改改变转速速。20005年年，大众众1.44升直喷喷汽油发发动机首首先搭载载了这套套系统，它它的最大大功率达达到了惊惊人的1170马马力。（国国产1.8T发发动机的的最大功功率也才才1500马力）。需需要注意意的是，一一汽-大大众和上上海大众众对他们们的1.4TFFSI和和1.88TFSSI发动动机的称称呼，二二者都称称为1.4TSSI和11.8TTSI，这这个称呼呼是极不不负责的的。同时时，厂商商为了避避免大家家对TFFSI简简称TSSI产生生异议，他他们对此此解释为为：“因因为一贯贯体系中中我们一一般采用用3个字字作为发发动机特特有技术术的称呼呼，所以以这次我我们把TTFSII简

13、称为为TSII，其中中T代表表涡轮增增压，SSI代表表直喷技技术”。国国产迈腾腾、速腾腾等车型型最新的的TSII发动机机实际上上跟前面面说到的的TSII并不是是一回事事。迈腾腾1.88TSII和即将将搭载在在速腾身身上的11.4TTSI发发动机实实际上阉阉割了机机械增压压和燃油油分层技技术。当当然，这这也是国国产化之之后处于于油品和和成本问问题的考考虑。1.2缸内内直喷电电控发动动机优缺缺点1.2.11缸内直直喷发动动机的优优点由于燃烧被被精确的的喷射于于气缸燃燃烧室内内，因此此具有节节省燃油油、减少少废气排排放、提提升动力力性能、减减少发动动机振动动、喷油油精准度度提升、发发动机更更耐用等等

14、优点。1.节省燃燃油现代发动机机的趋势势之一就就是节省省燃油，二二缸内直直喷技术术可以大大大提升升燃油与与空气雾雾化程度度与混合合的效率率，带来来燃油的的节约。采采用缸内内直喷技技术的车车型油耗耗水平可可以下降降3%以以上。速速度允许许采用较较迟的点点火时间间，进而而可进一一步推迟迟喷油时时间，有有利于油油气在高高温下的的快速蒸蒸发和分分层。晚晚喷方式式喷油定定时的设设计原则则是使喷喷油结束束到点火火之间的的时间间间隔尽可可能地短短，以避避免燃油油蒸汽的的国度扩扩散，维维持分层层的稳定定性。但但时间过过短不能能较好地地雾化蒸蒸发，导导致发动动机不能能可靠的的雾化蒸蒸发，导导致发动动机不能能可靠

15、地地点火。因因此，喷喷油时间间和喷油油正时要要随着工工况改变变而进行行优化。在在某些国国度工况况进行两两段喷射射被试验验证明是是保证平平稳过渡渡的有效效方法，如如丰田第第一代DD-4GGDI机机型，在在从中负负荷向大大负荷的的过渡时时采用了了两段喷喷射技术术，把燃燃油分两两次分别别在进气气和压缩缩行程中中喷入气气缸，第第一次喷喷入的燃燃油蒸发发可以提提高发动动机的充充气系数数，第二二次蒸发发的燃烧烧可以降降低压缩缩终了的的气体温温度，抑抑制了爆爆震的发发生，可可增加功功率2%-3%。三三菱公司司开发的的4G155缸内直直喷发动动在冷启启动时采采用在做做功行程程后期补补充喷油油的方法法，可以以使

16、催化化器快速速起燃，降降低HCC和NOOX.排排放。其主要原因因是：（1）部分分负荷下下采用稀稀薄分层层混合气气，比热热容比kk值增大大（有11.3向向1.44趋近），使使发动机机循环热热效率提提高，从从而降低低了油耗耗。（2）缸内内燃油蒸蒸发导致致压缩终终点混合合气温度度降低，加加之是稀稀混合气气，爆燃燃倾向减减小，从从而使压压缩比提提高，也也是循环环热效率率提高，从从而降低低了油耗耗。（3）由于于中小负负荷工况况采用稀稀薄燃烧烧和均值值调节方方式，泵泵气损失失大大减减少（降降低155%左右右），使使发动机机机械效效率提高高，从而而降低油油耗。（4）中小小负荷时时燃烧室室周边基基本是空空气，

17、散散热损失失减少，使使发动机机热效率率提高，从从而降低低了油耗耗。 2.减少少废气排排放人类对环境境的重视视也造就就了环保保发动机机的不断断诞生。缸缸内直喷喷发动机机的高压压燃油泵泵能提供供高达110000kPaa的压力力，确保保燃料充充分燃烧烧，最大大限度的的减少废废气中的的有害杂杂物。冷冷启动时时的UBBHC降降低，温温室效应应气体二二氧化碳碳的减少少，稀薄薄燃烧使使发动机机排出的的NOxx降低，并并且允许许采用更更高的废废气再循循环率来来降低NNOx排排放。3.提升动动力性能能由于燃料的的混合更更充分燃燃烧更彻彻底，也也带来了了燃料转转化为动动力性能能的提升升，直接接推动了了发动机机动力

18、性性能的增增加，同同排量下下，最大大功率可可提高115%。4.减少发发动机振振动由于缸内直直喷技术术允许更更高的压压缩比，缸缸内爆震震情况大大大减少少，对降降低发动动机低速速情况下下的震动动也有明明显效果果。5.喷油的的准确度度提升缸内直喷技技术的关关键就是是电子控控制系统统的精确确控制。由由于电子子控制系系统会感感知发动动机缸内内的实际际工作情情况，并并会瞬间间完成对对喷油量量、喷油油时间和和压力的的微调，保保证发动动机始终终处于精精确的喷喷油状态态。6.发动机机更耐用用新技术不但但提升效效率，减减少排放放，更对对发动机机寿命延延长起到到积极作作用。燃燃油直接接喷射于于气缸内内并迅速速转化为

19、为能量，大大大降低低传统发发动机燃燃油依附附于进气气歧管带带来的损损害。7.各缸工工作不均均匀性改改善由于燃油直直接喷入入气缸，可可以对各各缸的空空燃比进进行精确确并相对对独立的的控制。8.良好的的瞬态响响应GDI方式式没有PPFI方方式所形形成的壁壁面油膜膜，燃油油计量精精确，加加速响应应快，减减速断油油及时，冷冷启动迅迅速，冷冷启动加加浓要求求低。9.系统优优化潜力力大GDI发动动机在喷喷油方面面有着更更大的灵灵活性。1.2.22缸内直直喷发动动机的缺缺点汽油缸内直直喷发动动机具有有柴油机机的经济济性并保保持了汽汽油机的的特点，相相对于技技术的成成熟的PPFI发发动机具具有显著著优点，但但

20、在排放放、燃烧烧稳定性性等方面面的问题题限制其其普遍应应用，目目前，汽汽油缸内内直喷技技术完全全替代PPFI技技术仍然然存在一一些技术术挑战。1.排放控控制分层混合气气非均质质分布，存存在较浓浓的混合合气，在在这些区区域中局局部燃烧烧温度仍仍然较高高，导致致N排放放量较多多，然而而总体混混合气较较稀不能能利用三三元催化化转化器器；分层层混合气气外边界界较稀的的部分易易发生火火焰熄灭灭现象，同同时缸内内喷油湿湿壁现象象会使活活塞顶部部和汽缸缸壁混合合气过浓浓的区域域燃烧不不好，使使得小负负荷时HHC排放放相对较较高；分分层燃烧烧工况由由于混合合气浓度度分布不不均匀，汽汽油缸内内直喷发发动机增增加

21、了微微粒排放放。2.稳定燃燃烧控制制汽油缸内直直喷发动动机分层层充气稀稀薄燃烧烧区域的的稳定燃燃烧控制制难度较较大，部部分部分分负荷分分层燃烧烧和大负负荷均质质燃烧模模式转变变时的控控制也非非常复杂杂；为了了降低NN排放，汽汽油缸内内直喷发发动机采采用较高高的废气气再循环环率，且且喷油嘴嘴沉积物物增加，都都增加了了稳定燃燃烧控制制的难度度。3.燃油经经济性燃油缸内直直喷需要要较高的的供油压压力，提提高喷油油压力和和油泵回回流增加加了发动动机机械械损伤，喷喷嘴油泵泵驱动额额外增加加了电能能消耗，催催化器快快速起燃燃和再生生补偿也也增加了了燃油消消耗。4.性能和和可靠性性相对PFII发动机机，汽油

22、油缸内直直喷发动动机喷嘴嘴沉积物物和积碳碳增多，并并且由于于提高了了系统压压力，降降低燃油油的润滑滑性，增增加了供供油系统统的磨损损；由于于使用较较稀的混混合气，缸缸套的磨磨损增加加，进气气门和燃燃烧室的的沉积物物也增加加。5.控制复复杂性汽油缸内直直喷发动动机从冷冷启动到到全负荷荷各种工工况需要要复杂的的供油和和燃烧控控制，并并需要复复杂的排排放控制制策略，同同时也增增加了系系统优化化的标定定参数。汽汽油缸内内直喷发发动机要要求复杂杂的供油油系统硬硬件，需需要高压压油泵和和复杂的的控制系系统，由由于三元元催化转转化器在在汽油缸缸内直喷喷发动机机上不能能有效地地使用，目目前，汽汽油缸内内直喷发

23、发动机面面临重大大问题是是NOxx排放控控制。虽虽然GDDI发动动机稀薄薄燃烧能能减低NNOx的的排放，但但是达不不到三元元催化转转化器降降低NOOx的990%的的水平。世世界范围围内正在在开发稀稀薄燃烧烧催化器器，但目目前在整整个发动动机工作作区域的的NOxx转化效效率仍低低于三元元催化转转化器，小小负荷时时HC排排放增加加仍待解解决。第二章 汽汽油缸内内直喷发发动机技技术解析析2.1缸内内直喷发发动机技技术简介介现今，大部部分汽油油发动机机的燃料料供给方方式一直直都是采采用“缸缸外混合合”的方方式，也也就是汽汽油通过过喷油嘴嘴喷到进进气歧管管中，在在进气歧歧管内与与新鲜的的空气混混合而成成

24、为“混混合气”。在在发动机机汽缸进进气门还还没有打打开之前前，这些些混合汽汽都储存存在进气气歧管内内，直到到气门打打开后，混混合汽才才能够因因为燃烧烧室的负负压而进进入到燃燃烧室内内，然后后在活塞塞压缩行行程的末末端通过过火花塞塞点燃剧剧烈燃烧烧。这种种“缸外外混合”的的缺点是是显而易易见的，进进入燃烧烧室的混混合汽只只能够通通过气门门的开闭闭来被动动控制，对对发动机机不同工工况的适适应程度度还不理理想，响响应速度度还不够够快。而而且喷油油嘴离燃燃烧室有有一定的的距离，汽汽油与空空气的混混合情况况受进气气气流的的影响较较大，并并且微小小的油颗颗粒会吸吸附在管管道壁上上，不能能充分利利用。直接喷

25、射（Gassoliine Dirrectt Innjecctioon缩写写为GDDI）则是如如同柴油油发动机机一样将将燃油直直接喷入入汽缸，并并以非常常精确的的方式来来控制，避避免燃料料浪费。缸缸内喷射射发动机机采用了了立式吸吸气口、弯弯曲顶面面活塞、高高压旋转转喷油器器等技术术手段，产产生与传传统发动动机不同同的缸内内气流运运动状态态，使喷喷射入汽汽缸的汽汽油与空空气形成成一种多多层次的的旋转涡涡流。缸缸内直接接喷射（GDII）系统将将燃油精精确地喷喷射到汽汽缸燃烧烧室内，与与进气管管喷射（PFII）系统相相比，具具有节省省燃油、减减少废气气排放、提提升动力力性能、减减少发动动机震动动、发动

26、动机更耐耐用等优优点。2.2汽油油直接喷喷射（GDI）发动机机的结构构缸内直喷发发动机机机械结构构与普通通进气管管喷射发发动机结结构基本本相似，如图22-1所所示为汽汽油机缸缸内直喷喷发动机机。除了了在活塞塞头及进进排气岐岐管形状状有所改改变之外外，其最最主要的的区别在在于燃油油系统。缸缸内直喷喷发动机机燃油系系统包括括低压系系统与高高压系统统。图2-1 汽油缸缸内直喷喷发动机机1.低压系系统 低压系统由由油泵控控制单元元、油箱箱、电动动油泵、带带有压力力限制阀阀的燃油油滤清器器（开启压压力大约约为6880kPPa）、低压压燃油压压力传感感器组成成。燃油油泵控制制单元通通过脉宽宽调制信信来控制

27、制电动燃燃油泵，使使低压燃燃油系统统的油压压达到550-5000kPaa，在冷冷启动时时使低压压燃油系系统的压压力可6650kkPa。如如果燃油油泵控制制单元失失效发动动机将不不能运转转，电动动燃油泵泵给高压压泵供应应压力约约为6000kPPa的燃燃油。2.高压系系统高压系统由由高压燃燃油泵、油油压调节节阀、油油轨、压压力限制制阀、高高压燃油油压力传传感器、高高压喷射射器（如如图2-2所示示）组成成，燃油油压力55-11MMPa。高高压泵由由凸轮轴轴驱动，经经燃油计计量阀建建立压力力，再经经燃油分分配管输输送到高高压喷油油器上，压压力缓冲冲器会吸吸收高压压系统内内的压力力波动。高高压泵只只提供

28、喷喷射所需需油量的的燃油，供供油时，发发动机根根据需要要油量计计算出柱柱塞泵的的供油起起始行程程，燃油油压力控控制阀吸吸合切断断进油阀阀，高压压油泵将将泵腔内内的燃油油泵入油油轨。图2-2 高压喷喷射器2.3 汽汽油缸内内直喷发发动机工工作原理理汽油缸内直直喷发动动机顾名名思义是是在汽缸缸内喷注注汽油，它它将喷油油嘴安装装在燃烧烧室上方方，将汽汽油直接接喷射在在汽缸燃燃烧室内内，空气气则通过过进气门门进入燃燃烧室与与汽油混混合形成成可燃混混合汽被被点燃做做功，这这种形式式与直喷喷式柴油油机相似似，如图2-3所示示。图2-3 缸内直直喷原理理示意图图汽油缸内直直喷发动动机的立立式吸气气口代替替传

29、统的的横向吸吸气口，通通过来自自上方的的下降气气流，形形成与以以往发动动机不同同的缸内内空气流流。利用用活塞顶顶的凸起起形状增增强这一一纵向涡涡流，当当压缩行行程将要要结束时时，在燃燃烧室顶顶部的喷喷油嘴开开始喷油油，汽油油与空气气在涡流流运动的的作用下下形成混混合汽，这这种急速速旋转的的混合汽汽是分层层次的，越越接近火火花塞越越浓，易易于点火火做功。但但从总体体上看，混混合比可可以达到到401（一般汽汽油发动动机的混混合比是是14.711），也就就是人们们所说的的“稀燃燃”。 但由于缸内内喷射压压缩比高高达122，与同同体积的的一般发发动机相相比功率率与扭矩矩都提高高了100。在在这里要要特

30、别介介绍一下下活塞顶顶的形状状对缸内内气流的的作用。活活塞在上上止点位位置时，活活塞头顶顶面与汽汽缸盖之之间的间间隙叫做做燃烧室室，燃烧烧室的容容积是决决定发动动机性能能的重要要因素。GGDI活活塞顶面面的凸起起部分类类似尖屋屋顶，又又称“弯弯曲顶面面活塞”，它它缩小了了燃烧室室的容积积，有助助于形成成强势涡涡流。缩缩小燃烧烧室容积积必然提提高了压压缩比，因因此GDDI的压压缩比达达到1221，压压缩比提提高了，缸缸内温度度必然也也随之提提高，有有助于稀稀燃。压压缩比高高，输出出功率增增大，这这样也就就弥补了了稀燃带带来的功功率损失失。发动动机缸内内直喷的的控制技技术的基基本原理理电喷汽汽油机

31、按按喷射位位置可分分为两种种形式：进气道道喷射式式(PFFI)和和缸内直直喷式（GDII）。其主主要差别别在于混混合气的的准备过过程不一一样。对于进气道道喷射的的发动机机，当进进气门关关闭时， 将燃油油喷在各各缸进气气阀的背背面，进进气冲程程中油气气混合物物进入气气缸；而而缸内直直喷发动动机则直直接把燃燃油喷入入气缸内内，通过过组织合合理的气气流运动动和控制制精确的的喷油时时间， 在不同同的工况况实现不不同的混混合气制制备，从从而实现现更好的的燃油经经济性和和更低的的排放。缸缸内直喷喷汽油机机主要要要达到两两个目标标：一是是大幅度度改善车车用汽油油机的燃燃油经济济性，二二是控制制排放。主主要是

32、NNOx 和未燃燃HC 的排放放。为此此，发动动机在不不同负荷荷条件下下实行不不同的控控制策略略。当发动机工工作在部部分负荷荷时，在在压缩行行程后期期喷入燃燃油，利利用特殊殊的燃烧烧室形状状和直立立进气道道，在火火花塞间间隙周围围局部形形成具有有良好着着火条件件的较浓浓混合气气（空燃燃比在112-13.4 左左右），而而在燃烧烧室其余余远离火火花塞的的区域则则是纯空空气或较较稀的混混合气，在在两者之之间，为为了有利利于火焰焰的传播播，混合合气浓度度从火花花塞开始始由浓到到稀逐步步过渡，从从而实现现混合气气分层燃燃烧，其其空燃比比一般可可达255-50，同同时通过过采用质质调节避避免了节节流阀的

33、的节流损损失，达达到了与与柴油机机相当的的燃油经经济性；在中等等负荷时时，采用用均匀混混合稀燃燃混合气气以克服服节油与与降低NNOx 排放之之间的矛矛盾；而而在全负负荷时，燃燃油在进进气行程程中喷入入，实现现均质预预混燃烧烧。采用用此方案案后，由由于喷入入缸内燃燃油蒸发发时的冷冷却作用用， 增增加了整整机的抗抗爆性能能，可采采用较高高的压缩缩比(122-14)，有助助于提高高循环的的理论效效率，同同时充气气冷却作作用还提提高了发发动机的的充气效效率，提提高发动动机的动动力性，缸缸内直喷喷汽油机机还具有有更为良良好的加加速响应应性和优优异的瞬瞬态驱动动特性，使使汽油机机在保持持高动力力性能指指标

34、的同同时具有有很好的的燃油经经济性。2.4发动动机燃油油喷射控控制模式式1.按工况况区分控控制模式式汽油缸内直直喷发动动机之所所以能节节油200%，最最主要依依靠的是是低工况况混合气气或浓混混合气，此此时，充充气分层层并无好好处，只只会导致致黑烟，为为了得到到均质混混合气必必须提早早喷油。由由此可见见，讨论论汽油缸缸内直喷喷发动进进电子控控制策略略时应区区分低工工况和高高工况两两个不同同的区域域，分别别采取两两种不同同的控制制模式，见见表2-1。一一般来说说，推迟迟喷油、充充量分层层的控制制模式只只适用于于50%以下的的负荷， 此时尚尚有足够够的过量量空气可可供在短短时间内内燃尽生生成的黑黑烟

35、，超超过500%负荷荷时会排排放黑烟烟，必须须切换成成提早喷喷油，均均质充量量的控制制模式。表2-1 汽油缸缸内直喷喷发动机机按工况况区分控控制模式式表工况主要目标空燃比节气门扭矩调节充量喷油正时喷油压力燃油雾化油束穿透低经济性25-400不节气(全开)变质调节分层压缩冲程的的晚期高好浅高动力性14.7 左右节气变量调节均质吸气冲程的的早期低差深2.扭矩控控制策略略ECU 在在任何工工况下都都首先要要识别对对扭矩的的需求。油油门踏板板的位置置反映了了驾驶员员对扭矩矩的需求求。但是是，还会会出现其其他方面面对扭矩矩的需求求，例如如发动机机本身在在起动、怠怠速时和和对催化化转化器器进行加加热时都都

36、会要求求对扭矩矩进行补补偿。又又如对发发动机和和汽车进进行限速速保护时时会提出出减少扭扭矩的要要求。在在底盘电电子控制制中牵引引力矩的的减少和和行驶动动力学的的控制都都涉及发发动机扭扭矩。ECU 综综合分析析上述这这些对扭扭矩的需需求，结结合扭矩矩在传输输过程中中的损失失，确定定要将扭扭矩调整整到什么么程度。实实现扭矩矩的调整整可以有有不同的的途径，例例如可以以调整电电动节气气门的开开度，在在稀薄燃燃烧时还还可以改改变空燃燃比，也也就是在在电动节节气门全全开的情情况下改改变喷油油量。EECU 必须根根据当时时的工况况作出选选择。在在没有其其他情况况发生时时，ECCU 主主要根据据油门踏踏板的位

37、位置确定定应有的的扭矩。如如果这个个扭矩和和转速对对应于低低工况区区域，即即油门踏踏板位移移量较小小时，电电动节气气门就保保持全开开，通过过改变空空燃比调调节燃油油量进而而控制扭扭矩，这这就是变变质调节节，此时时进气量量和点火火提前角角几乎不不影响扭扭矩；如如果这个个扭矩和和转速对对应于高高工况区区域，即即油门踏踏板位移移量较大大时，那那么空燃燃比就保保持稳定定在144.7 左右，通通过改变变电动节节气门开开度调节节进气量量，进而而改变燃燃油量，控控制扭矩矩,这就就是变量量调节，此此时点火火提前角角对扭矩矩有很大大影响。3.喷油正正时控制制策略如前所述，两两种控制制模式对对应于两两种不同同的混

38、合合气生成成方式。两两者对油油束也有有不同的的要求。低低工况时时实行变变质调节节，采用用分层充充量；高高工况时时实行变变量调节节，采用用均质充充量。前前一种情情况下，要要求燃油油恰好喷喷在活塞塞顶部凹凹坑内，结结合活塞塞的向上上运动，由由逆向翻翻滚气流流将燃油油带往火火花塞， 使火花花塞附近近的浓混混合气能能保持到到点火，要要求在很很短的时时间内完完成混合合气的生生成；后后一种情情况下，要要求阻止止油束沾沾湿活塞塞和缸套套壁面，同同时要求求有充足足的时间间形成均均质充量量。所以以，前一一种情况况要求油油束集中中，不必必穿透很很深，但但要雾化化好；后后一种情情况要求求油束分分散，并并且穿透透深度

39、适适中。根根据以上上分析可可见，前前一种情情况，即即低工况况、采用用分层充充量时，应应将喷油油推迟到到压缩冲冲程后期期，这首首先是因因为此时时有可能能将燃油油喷入活活塞顶部部凹坑内内，其次次是因为为此时充充量已被被压缩到到0.33-1.00MPaa，充量量密度较较高，油油束中油油滴所受受的阻力力增大，油油滴的运运动很快快受到衰衰减，使使得油束束比较集集中，并并且穿透透不深，正正好满足足此时的的要求；后一种种情况，即即高工况况、采用用均质充充量时，应应将喷油油正时提提早到吸吸气冲程程的前期期，这首首先是因因为此时时喷油可可使燃油油不沾湿湿或少沾沾湿活塞塞和缸套套壁面， 其次是是因为此此时缸内内的

40、环境境压力还还接近或或小于大大气压力力，充量量密度不不高，油油束中油油滴所受受的阻力力较小，油油滴的运运动衰减减较慢，所所以油束束比较分分散，穿穿透距离离较长，也也正好满满足此时时的要求求。4.喷油压压力控制制策略喷油压力至至少与油油束的两两个特性性参数有有关，一一个是燃燃油雾化化程度，另另一个是是油束穿穿透程度度。雾化化程度用用油滴的的Sauuterr 平均均直径SSMD 表征。SSMD 越小，油油滴越细细小，雾雾化程度度越高。在在油束涡涡流相同同的情况况下，提提高喷油油压力可可改善雾雾化程度度。在低低工况、采采用分层层充量的的情况下下，对燃燃油的雾雾化要求求很高，因因为喷油油很迟，燃燃油应

41、当当充分汽汽化，以以便在抵抵达火花花塞之前前的短暂暂时间内内促进空空气迅速速卷入汽汽化的燃燃油中。油油束穿透透深度不不是越大大越好， 因为过过大的穿穿透深度度会导致致燃烧室室的湿壁壁现象，增增加HCC 排放放，但穿穿透深度度必须达达到一定定水平，使使得在低低工况、分分层充量量的情况况下油束束能够撞撞到活塞塞凹坑内内，而在在高工况况、均质质充量的的情况下下穿透深深度应当当更大一一些， 以便扩扩大油束束在气缸缸内的分分布范围围。油束束穿透深深度也与与喷油压压力有关关。喷油油压力升升高时，一一方面因因为燃油油雾化改改善，油油滴不能能喷到很很远的地地方，油油束穿透透不深；另一方方面因为为喷油初初速提高

42、高，又会会增加穿穿透深度度。两者者在一定定程度上上互相抵抵消。匹匹配工程程师的任任务就是是根据由由负荷确确定的喷喷油量，优优化喷油油速率和和喷油压压力。从从这里也也可看到到GDII 在喷喷油量控控制方面面与进气气口喷射射的区别别。进气气口喷射射时用燃燃油压力力调节器器保持喷喷油器孔孔内外的的压力差差恒定，确确保喷油油速率恒恒定，以以便通过过脉冲宽宽度控制制每循环环喷油量量；而在在GDII 中喷喷油速率率和喷油油压力都都是可控控的。提提高喷油油压力，则则燃油雾雾化得好好一些，但但油束穿穿透深度度小一些些，正适适合低工工况、分分层充量量的情况况下混合合气生成成的要求求；降低低喷油压压力，则则燃油雾

43、雾化得差差一些，但但油束穿穿透深度度大一些些，正适适合于高高工况、均均质充量量情况下下的要求求。柴油机上采采用缸内内直喷方方法在提提高热效效率方面面取得了了良好的的效果，但但要将该该方法应应用于汽汽油机却却会遇到到很多困困难。柴柴油是自自燃着火火，初始始着火总总是发生生于混合合气中最最适宜着着火的地地方；汽汽油需点点燃着火火，火花花塞的固固定使初初始着火火位置也也随之固固定。故故在汽油油机上要要达到类类似于柴柴油机那那样的工工作方式式就必须须考虑用用附加方方法控制制混合气气的制备备。混合合气的制制备质量量是由燃燃油喷射射系统、缸缸内流场场结构以以及他们们之间的的相互作作用决定定的，下下面就从从

44、这三个个方面加加以论述述。5.燃油喷喷射系统统GDI通常常划分了了负荷区区，因此此要求GGDI 燃油喷喷射系统统至少要要能提供供2-3种不不同的操操作模式式，以适适应不同同的负荷荷要求。试试验结果果表明采采用电磁磁喷射阀阀的共轨轨喷射系系统能满满足这一一要求。GDI 比比PFII 对喷喷油器的的要求严严格。GGDI 要求喷喷油器雾雾化水平平高，能能在较窄窄的脉冲冲宽度内内喷出所所要求的的燃油，以以确保晚晚喷，实实施分层层燃烧，这这就对喷喷油器提提出了更更高的动动态响应应要求。另另外，由由于喷油油器位于于缸内，工工作条件件恶劣，因因此要对对嘴端沉沉积物生生成和高高温有更更强的抵抵抗能力力。此外外

45、，喷油油器的喷喷雾特性性对GDDI 发发动机的的燃烧过过程影响响较大，而而对PFFI 发发动机的的燃烧过过程影响响较小。大大多数GGDI 发动机机若要达达到可接接受的UUBHCC 排放放和IMMEP（平均指指示有效效压力）的循环环变动系系数，其其SMDD（索特平平均直径径）应小于于25uum。由由于SMMD 的的大小也也影响燃燃油蒸发发时间，故故有人提提出SMMD 小小于155um 的喷雾雾才适用用于GDDI。因因此，目目前喷油油器研究究的一个个重点是是加强雾雾化效果果。判断断雾化质质量的另另一标准准是喷雾雾中油滴滴尺寸的的分布，其其中最重重要的是是大尺寸寸油滴的的分布，这这是因为为大尺寸寸油

46、滴的的质量占占燃油总总质量比比例大，同同时也是是最后仍仍保持液液态的那那部分燃燃油对燃燃烧和排排放影响响大。GDI 采采用的喷喷油器主主要有两两种类型型。一种种是空气气辅助喷喷油器。其其喷油原原理是先先将燃油油供入喷喷油器油油室，再再充以高高压空气气从而突突破阀座座弹力形形成喷射射。燃油油的大部部分是在在前几次次阀座震震荡循环环过程中中喷出，喷喷雾形状状为锥角角较大的的中空结结构。另另一种是是高压旋旋流喷油油器。该该喷油器器可将油油束的一一部分动动能转化化为水平平旋转动动能，从从而降低低贯穿速速度避免免油束撞撞壁，同同时仍保保持原有有的雾化化水平。目目前对高高压旋流流喷油器器的采用用和研究究最

47、多。如图2-4所示，为已开发的部分高压旋流喷油器。高压旋流喷油器的喷雾锥角主要依赖于喷油压力和缸内背压，其中后者的影响较大，因此它能根据不同负荷区的要求提供所需要的喷雾形状。在早喷时喷雾形状是适宜均质混合的中空扩散型，在晚喷时是适宜分层燃烧的紧凑型。喷油压力主要影响雾化质量和贯穿速度，较适当的喷油压力为5kPa-10kPa；对雾化过程进行优化后的贯穿速度能达到40m/s-50m/s，约2倍于典型缸内流场速度，因此对缸内流场必须仔细优化。图2-4 已开发发的部分分旋流喷喷油器（1）Allideesiggnall高压旋旋流喷油油器（22）Zeexall高压旋旋流喷油油器（3）三菱菱公司开开发的高高

48、压旋流流喷油器器（4）丰田田公司的的高压旋旋流喷油油器6.缸内流流场在进气冲程程与压缩缩冲程中中的瞬态态缸内流流场是GGDI 的另一一关键因因素。在在GDII 发动动机中，流流场的三三个重要要因素是是平均流流体结构构的稳定定性(宏宏观流场场结构）、压压缩冲程程中紊流流的发展展（微观观流场结结构）和和点火区区域的流流场平均均速度（宏宏观流场场结构），能能较长时时间地保保持平均均流体结结构的流流场将有有利于分分层，因因此能把把与平均均速度相相关联的的动能较较晚地转转化为紊紊流动能能的流场场结构是是GDII 系统统所希望望的；在在火花塞塞电极间间隙具有有高紊流流强度和和低平均均速度的的流场对对GDII 系统统也是有有利的。在汽油机中中可采用用的流场场结构有