缸内直喷电控汽油机技术分析故障诊断与检修7915.docx

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1、 编号 淮安信息职职业技术学学院毕业论文题 目缸内直喷电电控汽油机机技术分析、故障障诊断与检检修学生姓名陆野学 号821077023系 部汽车工程系系专 业汽车检测与与维修技术术班 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越越紧缺，人人们对汽车车的燃油经经济性要求求越来越高高，为此，一一种新型的的汽油燃烧烧方式应运运而生，即即发动机稀稀薄燃烧技技术，而实实现稀薄燃燃烧的理想想方式是缸缸内直喷分分层喷注，即即汽油缸内内直喷。缸缸内直喷发发动机具有有节省燃油油、减少废废气排放、提提升动力性性能、减少少发动机振振动、喷射射精度的提提高、发动动机更耐

2、用用等优点。本本文简单概概述了现代代汽车缸内内直喷发动动机的发展展及应用，重重点介绍了了缸内直喷喷发动机的的结构原理理，详细分分析了大众众1.8TTSI发动动机结构原原理，最后后结合具体体的故障实实例分析了了宝马、别别克、迈腾腾、蒙迪欧欧故障诊断断方法与检检修工艺。关键词：电电控汽油机机；缸内直直喷；TSSI；故障障诊断；检检修目 录目 录摘 要I目 录II第一章 缸缸内直喷电电控汽油机机概述11.1汽油油直接喷射射技术的应应用与发展展11.2缸内内直喷电控控发动机优优缺点21.2.11缸内直喷喷发动机的的优点21.2.2缸内直直喷发动机机的缺点4第二章 汽汽油缸内直直喷发动机机技术解析析62

3、.1缸内内直喷发动动机技术简简介62.2汽油油直接喷射射（GDII）发动机机的结构62.3 汽汽油缸内直直喷发动机机工作原理理72.4发动动机燃油喷喷射控制模模式9第三章 大大众1.88TSI发发动机163.1概述述163.2大众众TSI发动动机结构特特点183.3大众众TSI发动动机燃油供供给系统的的结构特点点213.4大众众TSI发动动机电控系系统的工作作模式223.5大众众1.8TTSI发动动机电控系系统的组成成22第四章 典型故障障案例分析析244.1宝马马缸内直喷喷发动机启启动困难244.2别克克新君威加加速不良、怠怠速抖动274.3蒙迪迪欧新致胜胜怠速抖动动急速迟缓缓284.4一汽

4、汽大众迈腾腾1.8TTSI轿车车发动机怠怠速抖动30第五章 总总结与展望望325.1总结结325.2展望望32致 谢34参考文献3539第一章 缸内直喷电控汽油机概述第一章 缸缸内直喷电电控汽油机机概述1.1汽油油直接喷射射技术的应应用与发展展目前，各国国的汽车公公司都在大大力开发和和采用这种种技术先进进、性能优优异的产品品。日本三三菱汽车公公司一直处处于领先地地位。自11996年年8月率先先向市场投投放第一台台GDI发发动机以来来，三菱公公司先后又又开发出了了多种不同同类型的GGDI发动动机，即22.4L44缸发动机机、3.00L 6缸缸发动机和和3.5LL 6缸发发动机机，它它们已分别别装

5、配于44种中、大大型轿车并并投放市场场。丰田公公司研制出出一种G44型2.00L的GDDI发动机机，并已批批量装车使使用。随后后，又开发发出1.66L、1.8L和22.0L的的GDI发发动机。其其D4型GGDI发动动机可降低低油耗300左右，提提高功率约约10。日本其他厂厂家也有多多种缸内直直喷发动机机上市，如如日产3.0L和22.5L的的V6型发发动机、富富士重工22.5L的的卧式对置置4缸发动动机、马自自达2.00L的直列列4缸发动动机和本田田1.0LL的直列33缸发动机机。美国和欧洲洲的汽车厂厂家也都在在积极研究究缸内直喷喷技术和开开发缸内直直喷产品，并并使缸内直直喷发动机机在热效率率、

6、功率及及排放上有有进一步提提高。研究表明，缸缸内直喷发发动机可降降低燃耗88%-15%。因因而，在全全球节约能能源的浪潮潮中，各汽汽车厂家都都在积极深深入研究GGDI发动动机技术，纷纷纷在自己己的车上装装配GDII发动机。除除日本和美美国以外，大大多数欧洲洲汽车生产产厂家也都都开始装用用GDI发发动机(11.4-2.0LL)：奥迪迪公司的AA3装备了了新型FSSI发动机机，宝马公公司为其112缸发动动机引用了了HPI技技术，大众众公司也有有许多车型型采用了TTSI发动动机。纵观观世界汽车车产品技术术的发展态态势，缸内内直喷发动动机正以其其优异的性性能得到日日益广泛的的重视和应应用。FSI技术术

7、的发展TFSSI、TSSIFSI是给给发动机的的喷射方式式带来了革革命，它让让一款普通通发动机的的各种性能能都得到了了提升，而而FSI再再往上发展展就变得更更加容易了了。TFSSI是在FFSI基础础上加入了了涡轮增压压技术；而TSI技术术与FSII并没有什什么相关性性。FSII是给发动动机的喷射射方式带来来了革命，它它让一款普普通发动机机的各种性性能都得到到了提升，而而FSI再再往上发展展就变得更更加容易了了。TFSII是在FSSI基础上上加入了涡涡轮增压技技术；而TSI技术术与FSII并没有什什么相关性性。 TFSI（涡涡轮增压燃燃油分层喷喷射发动机机），这个个比FSII多出来的的T字代表表

8、的则是涡涡轮增压（TTurboocharrger），而而发动机本本身也的确确是在FSSI发动机机的基础上上增加了一一个涡轮增增压器。涡涡轮增压是是利用排气气的高温高高压推动废废气涡轮高高速转动，在在带动进气气涡轮压缩缩进气，提提高空气密密度，同时时电脑控制制增大喷油油量，配合合高密度的的进气，因因此可以在在排量不变变的条件下下提高发动动机工作效效率。由于于涡轮增压压器是靠排排气推动的的，因此在在发动机转转速低时涡涡轮并不工工作。但在在这个时候候涡轮还是是转动的，只只是排气压压力不够，达达不到增大大进气压力力的效果。随随着转速的的上升（约约15000r/miin或以上上），排气气压力逐渐渐加大涡

9、轮轮就进入了了正常的工工作状态，达达到增压的的目的和效效果。但是是，当转速速接近额定定的时候（约r/miin或以上上），发动动机本身的的内压超过过了排气压压力，这时时的涡轮同同样是不工工作的。实实际上发动动机的一般般工作区间间正在1550055000rr/minn内，所以以涡轮增压压以它优越越的经济性性和动力性性得到了众众多用户的的认可。不不过怎么说说还是有点点缺陷，这这两个区间间的动力缺缺失如何解解决呢，高高转速我们们可以换个个大点的涡涡轮，可是是低转速的的动力空挡挡也会同时时加大。很很自然的一一款无可挑挑剔的发动动机应运而而生，TSSI把所有有问题解决决的更巧妙妙更能打动动人心。TSI（涡

10、涡轮机械增增压燃油分分层喷射发发动机）的的设计非常常巧妙，它它实际上是是把一个涡涡轮增压器器(Turrbochhargeer)和机机械增压器器(Supperchhargeer)一起起装到一台台发动机里里面。TSSI中的TT不是指TTurboocharrger而而是Twiinchaargerr（双增压压）的意思思。上文我我们讲到涡涡轮增压发发动机在较较低和较高高转速时都都有一个动动力的空挡挡，为了进进一步提高高发动机的的效率，增增加一个机机械增压装装置，并让让它在低转转速时加大大进气压力力。而涡轮轮增压器的的尺寸可以以再大一些些，去弥补补高转速时时的动力空空挡，从而而达到一个个从低到高高转速的全

11、全段优异动动力表现。另另外，涡轮轮增压器由由于废气涡涡轮的惯性性，会有发发动机相应应的迟滞现现象。而机机械增压器器则是由发发动机转轴轴直接带动动，能够随随着发动机机转速变化化而迅速且且线性地改改变转速。22005年年，大众1.44升直喷汽汽油发动机机首先搭载载了这套系系统，它的的最大功率率达到了惊惊人的1770马力。（国国产1.88T发动机机的最大功功率也才1150马力力）。需要要注意的是是，一汽-大众和上上海大众对对他们的11.4TFFSI和11.8TFFSI发动动机的称呼呼，二者都都称为1.4TSII和1.88TSI，这这个称呼是是极不负责责的。同时时，厂商为为了避免大大家对TFFSI简称

12、称TSI产产生异议，他他们对此解解释为：“因因为一贯体体系中我们们一般采用用3个字作作为发动机机特有技术术的称呼，所所以这次我我们把TFFSI简称称为TSII，其中TT代表涡轮轮增压，SSI代表直直喷技术”。国国产迈腾、速腾腾等车型最最新的TSSI发动机机实际上跟跟前面说到到的TSII并不是一一回事。迈迈腾1.88TSI和和即将搭载载在速腾身身上的1.4TSII发动机实实际上阉割割了机械增增压和燃油油分层技术术。当然，这这也是国产产化之后处处于油品和和成本问题题的考虑。1.2缸内内直喷电控控发动机优优缺点1.2.11缸内直喷喷发动机的的优点由于燃烧被被精确的喷喷射于气缸缸燃烧室内内，因此具具有

13、节省燃燃油、减少少废气排放放、提升动动力性能、减减少发动机机振动、喷喷油精准度度提升、发发动机更耐耐用等优点点。1.节省燃燃油现代发动机机的趋势之之一就是节节省燃油，二二缸内直喷喷技术可以以大大提升升燃油与空空气雾化程程度与混合合的效率，带带来燃油的的节约。采采用缸内直直喷技术的的车型油耗耗水平可以以下降3%以上。速速度允许采采用较迟的的点火时间间，进而可可进一步推推迟喷油时时间，有利利于油气在在高温下的的快速蒸发发和分层。晚晚喷方式喷喷油定时的的设计原则则是使喷油油结束到点点火之间的的时间间隔隔尽可能地地短，以避避免燃油蒸蒸汽的国度度扩散，维维持分层的的稳定性。但但时间过短短不能较好好地雾化

14、蒸蒸发，导致致发动机不不能可靠的的雾化蒸发发，导致发发动机不能能可靠地点点火。因此此，喷油时时间和喷油油正时要随随着工况改改变而进行行优化。在在某些国度度工况进行行两段喷射射被试验证证明是保证证平稳过渡渡的有效方方法，如丰丰田第一代代D-4GGDI机型型，在从中中负荷向大大负荷的过过渡时采用用了两段喷喷射技术，把把燃油分两两次分别在在进气和压压缩行程中中喷入气缸缸，第一次次喷入的燃燃油蒸发可可以提高发发动机的充充气系数，第第二次蒸发发的燃烧可可以降低压压缩终了的的气体温度度，抑制了了爆震的发发生，可增增加功率22%-3%。三三菱公司开开发的4GG15缸内内直喷发动动在冷启动动时采用在在做功行程

15、程后期补充充喷油的方方法，可以以使催化器器快速起燃燃，降低HHC和NOOX.排放放。其主要原因因是：（1）部分分负荷下采采用稀薄分分层混合气气，比热容容比k值增增大（有11.3向11.4趋近近），使发发动机循环环热效率提提高，从而而降低了油油耗。（2）缸内内燃油蒸发发导致压缩缩终点混合合气温度降降低，加之之是稀混合合气，爆燃燃倾向减小小，从而使使压缩比提提高，也是是循环热效效率提高，从从而降低了了油耗。（3）由于于中小负荷荷工况采用用稀薄燃烧烧和均值调调节方式，泵泵气损失大大大减少（降降低15%左右），使使发动机机机械效率提提高，从而而降低油耗耗。（4）中小小负荷时燃燃烧室周边边基本是空空气，

16、散热热损失减少少，使发动动机热效率率提高，从从而降低了了油耗。 2.减少少废气排放放人类对环境境的重视也也造就了环环保发动机机的不断诞诞生。缸内内直喷发动动机的高压压燃油泵能能提供高达达1000kkPa的压力力，确保燃燃料充分燃燃烧，最大大限度的减减少废气中中的有害杂杂物。冷启启动时的UUBHC降降低，温室室效应气体体二氧化碳碳的减少，稀稀薄燃烧使使发动机排排出的NOOx降低，并并且允许采采用更高的的废气再循循环率来降降低NOxx排放。3.提升动动力性能由于燃料的的混合更充充分燃烧更更彻底，也也带来了燃燃料转化为为动力性能能的提升，直直接推动了了发动机动动力性能的的增加，同同排量下，最最大功率

17、可可提高155%。4.减少发发动机振动动由于缸内直直喷技术允允许更高的的压缩比，缸缸内爆震情情况大大减减少，对降降低发动机机低速情况况下的震动动也有明显显效果。5.喷油的的准确度提提升缸内直喷技技术的关键键就是电子子控制系统统的精确控控制。由于于电子控制制系统会感感知发动机机缸内的实实际工作情情况，并会会瞬间完成成对喷油量量、喷油时时间和压力力的微调，保保证发动机机始终处于于精确的喷喷油状态。6.发动机机更耐用新技术不但但提升效率率，减少排排放，更对对发动机寿寿命延长起起到积极作作用。燃油油直接喷射射于气缸内内并迅速转转化为能量量，大大降降低传统发发动机燃油油依附于进进气歧管带带来的损害害。7

18、.各缸工工作不均匀匀性改善由于燃油直直接喷入气气缸，可以以对各缸的的空燃比进进行精确并并相对独立立的控制。8.良好的的瞬态响应应GDI方式式没有PFFI方式所所形成的壁壁面油膜，燃燃油计量精精确，加速速响应快，减减速断油及及时，冷启启动迅速，冷冷启动加浓浓要求低。9.系统优优化潜力大大GDI发动动机在喷油油方面有着着更大的灵灵活性。1.2.22缸内直喷喷发动机的的缺点汽油缸内直直喷发动机机具有柴油油机的经济济性并保持持了汽油机机的特点，相相对于技术术的成熟的的PFI发发动机具有有显著优点点，但在排排放、燃烧烧稳定性等等方面的问问题限制其其普遍应用用，目前，汽汽油缸内直直喷技术完完全替代PPFI

19、技术术仍然存在在一些技术术挑战。1.排放控控制分层混合气气非均质分分布，存在在较浓的混混合气，在在这些区域域中局部燃燃烧温度仍仍然较高，导导致N排放放量较多，然然而总体混混合气较稀稀不能利用用三元催化化转化器；分层混合合气外边界界较稀的部部分易发生生火焰熄灭灭现象，同同时缸内喷喷油湿壁现现象会使活活塞顶部和和汽缸壁混混合气过浓浓的区域燃燃烧不好，使使得小负荷荷时HC排排放相对较较高；分层层燃烧工况况由于混合合气浓度分分布不均匀匀，汽油缸缸内直喷发发动机增加加了微粒排排放。2.稳定燃燃烧控制汽油缸内直直喷发动机机分层充气气稀薄燃烧烧区域的稳稳定燃烧控控制难度较较大，部分分部分负荷荷分层燃烧烧和大

20、负荷荷均质燃烧烧模式转变变时的控制制也非常复复杂；为了了降低N排排放，汽油油缸内直喷喷发动机采采用较高的的废气再循循环率，且且喷油嘴沉沉积物增加加，都增加加了稳定燃燃烧控制的的难度。3.燃油经经济性燃油缸内直直喷需要较较高的供油油压力，提提高喷油压压力和油泵泵回流增加加了发动机机机械损伤伤，喷嘴油油泵驱动额额外增加了了电能消耗耗，催化器器快速起燃燃和再生补补偿也增加加了燃油消消耗。4.性能和和可靠性相对PFII发动机，汽汽油缸内直直喷发动机机喷嘴沉积积物和积碳碳增多，并并且由于提提高了系统统压力，降降低燃油的的润滑性，增增加了供油油系统的磨磨损；由于于使用较稀稀的混合气气，缸套的的磨损增加加，

21、进气门门和燃烧室室的沉积物物也增加。5.控制复复杂性汽油缸内直直喷发动机机从冷启动动到全负荷荷各种工况况需要复杂杂的供油和和燃烧控制制，并需要要复杂的排排放控制策策略，同时时也增加了了系统优化化的标定参参数。汽油油缸内直喷喷发动机要要求复杂的的供油系统统硬件，需需要高压油油泵和复杂杂的控制系系统，由于于三元催化化转化器在在汽油缸内内直喷发动动机上不能能有效地使使用，目前前，汽油缸缸内直喷发发动机面临临重大问题题是NOxx排放控制制。虽然GGDI发动动机稀薄燃燃烧能减低低NOx的的排放，但但是达不到到三元催化化转化器降降低NOxx的90%的水平。世世界范围内内正在开发发稀薄燃烧烧催化器，但但目前

22、在整整个发动机机工作区域域的NOxx转化效率率仍低于三三元催化转转化器，小小负荷时HHC排放增增加仍待解解决。第二章 汽油缸内直喷发动机技术解析第二章 汽汽油缸内直直喷发动机机技术解析析2.1缸内内直喷发动动机技术简简介现今，大部部分汽油发发动机的燃燃料供给方方式一直都都是采用“缸缸外混合”的的方式，也也就是汽油油通过喷油油嘴喷到进进气歧管中中，在进气气歧管内与与新鲜的空空气混合而而成为“混混合气”。在发发动机汽缸缸进气门还还没有打开开之前，这这些混合汽汽都储存在在进气歧管管内，直到到气门打开开后，混合合汽才能够够因为燃烧烧室的负压压而进入到到燃烧室内内，然后在在活塞压缩缩行程的末末端通过火火

23、花塞点燃燃剧烈燃烧烧。这种“缸缸外混合”的的缺点是显显而易见的的，进入燃燃烧室的混混合汽只能能够通过气气门的开闭闭来被动控控制，对发发动机不同同工况的适适应程度还还不理想，响响应速度还还不够快。而而且喷油嘴嘴离燃烧室室有一定的的距离，汽汽油与空气气的混合情情况受进气气气流的影影响较大，并并且微小的的油颗粒会会吸附在管管道壁上，不不能充分利利用。直接喷射（Gasoolinee Dirrect Injeectioon缩写为为GDI）则是如同同柴油发动动机一样将将燃油直接接喷入汽缸缸，并以非非常精确的的方式来控控制，避免免燃料浪费费。缸内喷喷射发动机机采用了立立式吸气口口、弯曲顶顶面活塞、高高压旋转

24、喷喷油器等技技术手段，产产生与传统统发动机不不同的缸内内气流运动动状态，使使喷射入汽汽缸的汽油油与空气形形成一种多多层次的旋旋转涡流。缸缸内直接喷喷射（GDI）系统将燃燃油精确地地喷射到汽汽缸燃烧室室内，与进进气管喷射射（PFI）系统相比比，具有节节省燃油、减减少废气排排放、提升升动力性能能、减少发发动机震动动、发动机机更耐用等等优点。2.2汽油油直接喷射射（GDI）发动机的的结构缸内直喷发发动机机械械结构与普普通进气管管喷射发动动机结构基基本相似，如图2-1所示为为汽油机缸缸内直喷发发动机。除除了在活塞塞头及进排排气岐管形形状有所改改变之外，其其最主要的的区别在于于燃油系统统。缸内直直喷发动

25、机机燃油系统统包括低压压系统与高高压系统。图2-1 汽油缸内内直喷发动动机1.低压系系统 低压系统由由油泵控制制单元、油油箱、电动动油泵、带带有压力限限制阀的燃燃油滤清器器（开启压力力大约为6680kPPa）、低压燃燃油压力传传感器组成成。燃油泵泵控制单元元通过脉宽宽调制信来来控制电动动燃油泵，使使低压燃油油系统的油油压达到550-500kkPa，在在冷启动时时使低压燃燃油系统的的压力可6650kPPa。如果果燃油泵控控制单元失失效发动机机将不能运运转，电动动燃油泵给给高压泵供供应压力约约为6000kPa的的燃油。2.高压系系统高压系统由由高压燃油油泵、油压压调节阀、油油轨、压力力限制阀、高高

26、压燃油压压力传感器器、高压喷喷射器（如如图2-22所示）组成成，燃油压压力5-11MPPa。高压压泵由凸轮轮轴驱动，经经燃油计量量阀建立压压力，再经经燃油分配配管输送到到高压喷油油器上，压压力缓冲器器会吸收高高压系统内内的压力波波动。高压压泵只提供供喷射所需需油量的燃燃油，供油油时，发动动机根据需需要油量计计算出柱塞塞泵的供油油起始行程程，燃油压压力控制阀阀吸合切断断进油阀，高高压油泵将将泵腔内的的燃油泵入入油轨。图2-2 高压喷射射器2.3 汽汽油缸内直直喷发动机机工作原理理汽油缸内直直喷发动机机顾名思义义是在汽缸缸内喷注汽汽油，它将将喷油嘴安安装在燃烧烧室上方，将将汽油直接接喷射在汽汽缸燃

27、烧室室内，空气气则通过进进气门进入入燃烧室与与汽油混合合形成可燃燃混合汽被被点燃做功功，这种形形式与直喷喷式柴油机机相似，如如图2-33所示。图2-3 缸内直喷喷原理示意意图汽油缸内直直喷发动机机的立式吸吸气口代替替传统的横横向吸气口口，通过来来自上方的的下降气流流，形成与与以往发动动机不同的的缸内空气气流。利用用活塞顶的的凸起形状状增强这一一纵向涡流流，当压缩缩行程将要要结束时，在在燃烧室顶顶部的喷油油嘴开始喷喷油，汽油油与空气在在涡流运动动的作用下下形成混合合汽，这种种急速旋转转的混合汽汽是分层次次的，越接接近火花塞塞越浓，易易于点火做做功。但从从总体上看看，混合比比可以达到到4011（一

28、般汽油油发动机的的混合比是是14.771），也就是是人们所说说的“稀燃燃”。 但由于缸内内喷射压缩缩比高达112，与同同体积的一一般发动机机相比功率率与扭矩都都提高了110。在在这里要特特别介绍一一下活塞顶顶的形状对对缸内气流流的作用。活活塞在上止止点位置时时，活塞头头顶面与汽汽缸盖之间间的间隙叫叫做燃烧室室，燃烧室室的容积是是决定发动动机性能的的重要因素素。GDII活塞顶面面的凸起部部分类似尖尖屋顶，又又称“弯曲曲顶面活塞塞”，它缩缩小了燃烧烧室的容积积，有助于于形成强势势涡流。缩缩小燃烧室室容积必然然提高了压压缩比，因因此GDII的压缩比比达到1221，压压缩比提高高了，缸内内温度必然然也

29、随之提提高，有助助于稀燃。压压缩比高，输输出功率增增大，这样样也就弥补补了稀燃带带来的功率率损失。发发动机缸内内直喷的控控制技术的的基本原理理电喷汽油油机按喷射射位置可分分为两种形形式：进气气道喷射式式(PFII)和缸内内直喷式（GDI）。其主要要差别在于于混合气的的准备过程程不一样。对于进气道道喷射的发发动机，当当进气门关关闭时， 将燃油喷喷在各缸进进气阀的背背面，进气气冲程中油油气混合物物进入气缸缸；而缸内内直喷发动动机则直接接把燃油喷喷入气缸内内，通过组组织合理的的气流运动动和控制精精确的喷油油时间， 在不同的的工况实现现不同的混混合气制备备，从而实实现更好的的燃油经济济性和更低低的排放

30、。缸缸内直喷汽汽油机主要要要达到两两个目标：一是大幅幅度改善车车用汽油机机的燃油经经济性，二二是控制排排放。主要要是NOxx 和未燃燃HC 的的排放。为为此，发动动机在不同同负荷条件件下实行不不同的控制制策略。当发动机工工作在部分分负荷时，在在压缩行程程后期喷入入燃油，利利用特殊的的燃烧室形形状和直立立进气道，在在火花塞间间隙周围局局部形成具具有良好着着火条件的的较浓混合合气（空燃燃比在122-13.44 左右），而而在燃烧室室其余远离离火花塞的的区域则是是纯空气或或较稀的混混合气，在在两者之间间，为了有有利于火焰焰的传播，混混合气浓度度从火花塞塞开始由浓浓到稀逐步步过渡，从从而实现混混合气分

31、层层燃烧，其其空燃比一一般可达225-50，同同时通过采采用质调节节避免了节节流阀的节节流损失，达达到了与柴柴油机相当当的燃油经经济性；在在中等负荷荷时，采用用均匀混合合稀燃混合合气以克服服节油与降降低NOxx 排放之之间的矛盾盾；而在全全负荷时，燃燃油在进气气行程中喷喷入，实现现均质预混混燃烧。采采用此方案案后，由于于喷入缸内内燃油蒸发发时的冷却却作用， 增加了整整机的抗爆爆性能，可可采用较高高的压缩比比(112-14)，有有助于提高高循环的理理论效率，同同时充气冷冷却作用还还提高了发发动机的充充气效率，提提高发动机机的动力性性，缸内直直喷汽油机机还具有更更为良好的的加速响应应性和优异异的瞬

32、态驱驱动特性，使使汽油机在在保持高动动力性能指指标的同时时具有很好好的燃油经经济性。2.4发动动机燃油喷喷射控制模模式1.按工况况区分控制制模式汽油缸内直直喷发动机机之所以能能节油200%，最主主要依靠的的是低工况况混合气或或浓混合气气，此时，充充气分层并并无好处，只只会导致黑黑烟，为了了得到均质质混合气必必须提早喷喷油。由此此可见，讨讨论汽油缸缸内直喷发发动进电子子控制策略略时应区分分低工况和和高工况两两个不同的的区域，分分别采取两两种不同的的控制模式式，见表22-1。一般般来说，推推迟喷油、充充量分层的的控制模式式只适用于于50%以以下的负荷荷， 此时时尚有足够够的过量空空气可供在在短时间

33、内内燃尽生成成的黑烟，超超过50%负荷时会会排放黑烟烟，必须切切换成提早早喷油，均均质充量的的控制模式式。表2-1 汽油缸内内直喷发动动机按工况况区分控制制模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ECU 在在任何工况况下都首先先要识别对对扭矩的需需求。油门门踏板的位位置反映了了驾驶员对对扭矩的需需求。但是是，还会出出现其他方方面对扭矩矩的需求，例例如发动机机本身在起起动、怠速速时和对催催化转化器器进行加热热时都会要要

34、求对扭矩矩进行补偿偿。又如对对发动机和和汽车进行行限速保护护时会提出出减少扭矩矩的要求。在在底盘电子子控制中牵牵引力矩的的减少和行行驶动力学学的控制都都涉及发动动机扭矩。ECU 综综合分析上上述这些对对扭矩的需需求，结合合扭矩在传传输过程中中的损失，确确定要将扭扭矩调整到到什么程度度。实现扭扭矩的调整整可以有不不同的途径径，例如可可以调整电电动节气门门的开度，在在稀薄燃烧烧时还可以以改变空燃燃比，也就就是在电动动节气门全全开的情况况下改变喷喷油量。EECU 必必须根据当当时的工况况作出选择择。在没有有其他情况况发生时，EECU 主主要根据油油门踏板的的位置确定定应有的扭扭矩。如果果这个扭矩矩和

35、转速对对应于低工工况区域，即即油门踏板板位移量较较小时，电电动节气门门就保持全全开，通过过改变空燃燃比调节燃燃油量进而而控制扭矩矩，这就是是变质调节节，此时进进气量和点点火提前角角几乎不影影响扭矩；如果这个个扭矩和转转速对应于于高工况区区域，即油油门踏板位位移量较大大时，那么么空燃比就就保持稳定定在14.7 左右右，通过改改变电动节节气门开度度调节进气气量，进而而改变燃油油量，控制制扭矩,这这就是变量量调节，此此时点火提提前角对扭扭矩有很大大影响。3.喷油正正时控制策策略如前所述，两两种控制模模式对应于于两种不同同的混合气气生成方式式。两者对对油束也有有不同的要要求。低工工况时实行行变质调节节

36、，采用分分层充量；高工况时时实行变量量调节，采采用均质充充量。前一一种情况下下，要求燃燃油恰好喷喷在活塞顶顶部凹坑内内，结合活活塞的向上上运动，由由逆向翻滚滚气流将燃燃油带往火火花塞， 使火花塞塞附近的浓浓混合气能能保持到点点火，要求求在很短的的时间内完完成混合气气的生成；后一种情情况下，要要求阻止油油束沾湿活活塞和缸套套壁面，同同时要求有有充足的时时间形成均均质充量。所所以，前一一种情况要要求油束集集中，不必必穿透很深深，但要雾雾化好；后后一种情况况要求油束束分散，并并且穿透深深度适中。根根据以上分分析可见，前前一种情况况，即低工工况、采用用分层充量量时，应将将喷油推迟迟到压缩冲冲程后期，这

37、这首先是因因为此时有有可能将燃燃油喷入活活塞顶部凹凹坑内，其其次是因为为此时充量量已被压缩缩到0.33-1.0MMPa，充充量密度较较高，油束束中油滴所所受的阻力力增大，油油滴的运动动很快受到到衰减，使使得油束比比较集中，并并且穿透不不深，正好好满足此时时的要求；后一种情情况，即高高工况、采采用均质充充量时，应应将喷油正正时提早到到吸气冲程程的前期，这这首先是因因为此时喷喷油可使燃燃油不沾湿湿或少沾湿湿活塞和缸缸套壁面， 其次是因因为此时缸缸内的环境境压力还接接近或小于于大气压力力，充量密密度不高，油油束中油滴滴所受的阻阻力较小，油油滴的运动动衰减较慢慢，所以油油束比较分分散，穿透透距离较长长

38、，也正好好满足此时时的要求。4.喷油压压力控制策策略喷油压力至至少与油束束的两个特特性参数有有关，一个个是燃油雾雾化程度，另另一个是油油束穿透程程度。雾化化程度用油油滴的Saauterr 平均直直径SMDD 表征。SSMD 越越小，油滴滴越细小，雾雾化程度越越高。在油油束涡流相相同的情况况下，提高高喷油压力力可改善雾雾化程度。在在低工况、采采用分层充充量的情况况下，对燃燃油的雾化化要求很高高，因为喷喷油很迟，燃燃油应当充充分汽化，以以便在抵达达火花塞之之前的短暂暂时间内促促进空气迅迅速卷入汽汽化的燃油油中。油束束穿透深度度不是越大大越好， 因为过大大的穿透深深度会导致致燃烧室的的湿壁现象象，增

39、加HHC 排放放，但穿透透深度必须须达到一定定水平，使使得在低工工况、分层层充量的情情况下油束束能够撞到到活塞凹坑坑内，而在在高工况、均均质充量的的情况下穿穿透深度应应当更大一一些， 以以便扩大油油束在气缸缸内的分布布范围。油油束穿透深深度也与喷喷油压力有有关。喷油油压力升高高时，一方方面因为燃燃油雾化改改善，油滴滴不能喷到到很远的地地方，油束束穿透不深深；另一方方面因为喷喷油初速提提高，又会会增加穿透透深度。两两者在一定定程度上互互相抵消。匹匹配工程师师的任务就就是根据由由负荷确定定的喷油量量，优化喷喷油速率和和喷油压力力。从这里里也可看到到GDI 在喷油量量控制方面面与进气口口喷射的区区别

40、。进气气口喷射时时用燃油压压力调节器器保持喷油油器孔内外外的压力差差恒定，确确保喷油速速率恒定，以以便通过脉脉冲宽度控控制每循环环喷油量；而在GDDI 中喷喷油速率和和喷油压力力都是可控控的。提高高喷油压力力，则燃油油雾化得好好一些，但但油束穿透透深度小一一些，正适适合低工况况、分层充充量的情况况下混合气气生成的要要求；降低低喷油压力力，则燃油油雾化得差差一些，但但油束穿透透深度大一一些，正适适合于高工工况、均质质充量情况况下的要求求。柴油机上采采用缸内直直喷方法在在提高热效效率方面取取得了良好好的效果，但但要将该方方法应用于于汽油机却却会遇到很很多困难。柴柴油是自燃燃着火，初初始着火总总是发

41、生于于混合气中中最适宜着着火的地方方；汽油需需点燃着火火，火花塞塞的固定使使初始着火火位置也随随之固定。故故在汽油机机上要达到到类似于柴柴油机那样样的工作方方式就必须须考虑用附附加方法控控制混合气气的制备。混混合气的制制备质量是是由燃油喷喷射系统、缸缸内流场结结构以及他他们之间的的相互作用用决定的，下下面就从这这三个方面面加以论述述。5.燃油喷喷射系统GDI通常常划分了负负荷区，因因此要求GGDI 燃燃油喷射系系统至少要要能提供22-3种不同同的操作模模式，以适适应不同的的负荷要求求。试验结结果表明采采用电磁喷喷射阀的共共轨喷射系系统能满足足这一要求求。GDI 比比PFI 对喷油器器的要求严严

42、格。GDDI 要求求喷油器雾雾化水平高高，能在较较窄的脉冲冲宽度内喷喷出所要求求的燃油，以以确保晚喷喷，实施分分层燃烧，这这就对喷油油器提出了了更高的动动态响应要要求。另外外，由于喷喷油器位于于缸内，工工作条件恶恶劣，因此此要对嘴端端沉积物生生成和高温温有更强的的抵抗能力力。此外，喷喷油器的喷喷雾特性对对GDI 发动机的的燃烧过程程影响较大大，而对PPFI 发发动机的燃燃烧过程影影响较小。大大多数GDDI 发动动机若要达达到可接受受的UBHHC 排放放和IMEEP（平均指示示有效压力力）的循环变变动系数，其其SMD（索特平均均直径）应小于225um。由由于SMDD 的大小小也影响燃燃油蒸发时时

43、间，故有有人提出SSMD 小小于15uum 的喷喷雾才适用用于GDII。因此，目目前喷油器器研究的一一个重点是是加强雾化化效果。判判断雾化质质量的另一一标准是喷喷雾中油滴滴尺寸的分分布，其中中最重要的的是大尺寸寸油滴的分分布，这是是因为大尺尺寸油滴的的质量占燃燃油总质量量比例大，同同时也是最最后仍保持持液态的那那部分燃油油对燃烧和和排放影响响大。GDI 采采用的喷油油器主要有有两种类型型。一种是是空气辅助助喷油器。其其喷油原理理是先将燃燃油供入喷喷油器油室室，再充以以高压空气气从而突破破阀座弹力力形成喷射射。燃油的的大部分是是在前几次次阀座震荡荡循环过程程中喷出，喷喷雾形状为为锥角较大大的中空

44、结结构。另一一种是高压压旋流喷油油器。该喷喷油器可将将油束的一一部分动能能转化为水水平旋转动动能，从而而降低贯穿穿速度避免免油束撞壁壁，同时仍仍保持原有有的雾化水水平。目前前对高压旋旋流喷油器器的采用和和研究最多多。如图2-4所示示，为已开开发的部分分高压旋流流喷油器。高高压旋流喷喷油器的喷喷雾锥角主主要依赖于于喷油压力力和缸内背背压，其中中后者的影影响较大，因因此它能根根据不同负负荷区的要要求提供所所需要的喷喷雾形状。在在早喷时喷喷雾形状是是适宜均质质混合的中中空扩散型型，在晚喷喷时是适宜宜分层燃烧烧的紧凑型型。喷油压压力主要影影响雾化质质量和贯穿穿速度，较较适当的喷喷油压力为为5kPa-1

45、0kPa；对对雾化过程程进行优化化后的贯穿穿速度能达达到40mm/s-50m/s，约22倍于典型型缸内流场场速度，因因此对缸内内流场必须须仔细优化化。图2-4 已开发的的部分旋流流喷油器（1）Allidessignaal高压旋旋流喷油器器（2）Zexxal高压压旋流喷油油器（3）三菱菱公司开发发的高压旋旋流喷油器器（4）丰田公公司的高压压旋流喷油油器6.缸内流流场在进气冲程程与压缩冲冲程中的瞬瞬态缸内流流场是GDDI 的另另一关键因因素。在GGDI 发发动机中，流流场的三个个重要因素素是平均流流体结构的的稳定性(宏观流场场结构）、压压缩冲程中中紊流的发发展（微观观流场结构构）和点火火区域的流流

46、场平均速速度（宏观观流场结构构），能较较长时间地地保持平均均流体结构构的流场将将有利于分分层，因此此能把与平平均速度相相关联的动动能较晚地地转化为紊紊流动能的的流场结构构是GDII 系统所所希望的；在火花塞塞电极间隙隙具有高紊紊流强度和和低平均速速度的流场场对GDII 系统也也是有利的的。在汽油机中中可采用的的流场结构构有滚流、涡涡流和挤流流三种。涡涡流比滚流流具有更小小的粘性耗耗散，因此此生存时间间较长，更更易保持分分层；由于于燃烧室的的曲面导向向作用，滚滚流容易衰衰减成大尺尺度的二次次滚流结构构，这使得得保持稳定定的混合气气分层变得得困难，因因而采用滚滚流为主的的GDI发发动机要比比采用涡

47、流流为主的GGDI发动动机循环变变动大。但但滚流在上上止点附近近有助于加加强紊流强强度，而且且在压缩冲冲程中滚流流具有加速速旋转的特特性，能提提高近壁面面气流速度度，从而促促进壁面油油膜的蒸发发。由于上上述流场结结构各有其其优缺点，在在实际的GGDI发动动机中都被被采用或综综合利用。如如三菱公司司采用反滚滚流结构，丰丰田公司采采用涡流结结构，Yaamadaa提出斜涡涡流，即涡涡流和滚流流的综合结结构。流场结构的的实现和保保持主要通通过燃烧室室结构的设设计来进行行，如图2-5所所示是已有有的燃烧室室设计结构构图。此外，GDDI发动机机与传统汽汽油机的一一个区别是是燃油喷束束将对缸内内流场产生生影

48、响，喷喷雾的卷吸吸作用会影影响大尺度度的流场结结构，还能能促进紊流流强度的提提高，且晚晚喷与早喷喷的促进程程度不同，通通常早喷促促进的紊流流强度可达达晚喷时的的2倍。图2-5实实现缸内直直喷的燃烧烧室结构图图（a）流场场结构为涡涡流、喷油油器位于中中央的燃烧烧室（b）流场场结构为涡涡流、喷油油器位于侧侧面的燃烧烧室（c）流场场结构为滚滚流的燃烧烧室（d）流场结结构为挤流流的燃烧室室7.混合控控制和燃烧烧控制混合的实质质是缸内流流场与喷雾雾的相互作作用。当缸缸内流场特特性和喷雾雾特性被确确定后，首首先要考虑虑的因素是是喷油器的的布置，随随之也就要要对火花塞塞位置进行行考虑以确确保稳定点点火。较早早的GDII 发动机机