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1、 编号 淮安信息息职业技技术学院院毕业论文文题 目目缸内直喷喷电控汽汽油机技技术分析、故故障诊断断与检修修学生姓名名陆野学 号8210070223系 部汽车工程程系专 业汽车检测测与维修修技术班 级8210070指导教师师汪东明 副教授授顾问教师师钱锋二一二二年十一月摘 要要随着石油油资源越越来越紧紧缺，人人们对汽汽车的燃燃油经济济性要求求越来越越高，为为此，一一种新型型的汽油油燃烧方方式应运运而生，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、减少废废气排放放、提升升动力性性能、减减少发动动机
2、振动动、喷射射精度的的提高、发动机机更耐用用等优点点。本文文简单概概述了现现代汽车车缸内直直喷发动动机的发发展及应应用，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：电控汽汽油机；缸内直直喷；TTSI；故障诊诊断；检检修目 录录摘 要要I第一章 缸内直直喷电控控汽油机机概述11.1汽汽油直接接喷射技技术的应应用与发发展11.2缸缸内直喷喷电控发发动机优优缺点21.2.1缸内内直喷发发动机的的优点21.2.2缸内内直喷发发动机的的
3、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缸缸内直喷喷发动机机技术简简介62.2汽汽油直接接喷射（GDI）发动机的结构62.33 汽油油缸内直直喷发动动机工作作原理72.4发发动机燃燃油喷射射控制模模式9第三章 大众1.8TSSI发动动机163.11概述163.2大大众TSSI发动动机结构构特点183.3大大众TSSI发动动机燃油油供给系系统的结结构特点点213.4大大众TSSI发动动机电控控系统的的工作模模式223.5大大众1.8TSSI发动动机电控控系统的的组成22第四章 典型型故障案案例分析析244.1宝宝马缸内内直喷发发动机启启动困难难244.2别别克新君君威加速速不良
4、、怠速抖抖动274.3蒙蒙迪欧新新致胜怠怠速抖动动急速迟迟缓284.4一一汽大众众迈腾11.8TTSI轿轿车发动动机怠速速抖动30第五章 总结与与展望325.1总总结325.2展展望32致 谢谢34参考文献献35第一章 缸内直直喷电控控汽油机机概述1.1汽汽油直接接喷射技技术的应应用与发发展目前，各各国的汽汽车公司司都在大大力开发发和采用用这种技技术先进进、性能能优异的的产品。日本三三菱汽车车公司一一直处于于领先地地位。自自19996年88月率先先向市场场投放第第一台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
5、 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。丰田公公司研制制出一种种G4型型2.00L的GGDI发发动机，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。日本其他他厂家也也有多种种缸内直直喷发动动机上市市，如日日产3.0L和和2.55L的VV6型发发动机、富士重重工2.5L的的卧式对对置4缸缸发动机机、马自自达2.0L的的直列44缸发动动机和本本田1.0L的的直列33缸发动动机。美国和欧欧洲的汽汽车厂家家也都
6、在在积极研研究缸内内直喷技技术和开开发缸内内直喷产产品，并并使缸内内直喷发发动机在在热效率率、功率率及排放放上有进进一步提提高。研究表明明，缸内内直喷发发动机可可降低燃燃耗8%-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
7、观世世界汽车车产品技技术的发发展态势势，缸内内直喷发发动机正正以其优优异的性性能得到到日益广广泛的重重视和应应用。FSI技技术的发发展TFSSI、TTSIFSI是是给发动动机的喷喷射方式式带来了了革命，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。FSII是给发发动机的的喷射方方式带来来了革命命，它让让一款普普通发动动机的各各种性能能都得到到了提升升，而FFSI再再往上发发展就变变得更加加容易了了。TFSSI是在在FSII基础上上加
8、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。 TFSII（涡轮轮增压燃燃油分层层喷射发发动机），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
9、低时涡涡轮并不不工作。但在这这个时候候涡轮还还是转动动的，只只是排气气压力不不够，达达不到增增大进气气压力的的效果。随着转转速的上上升（约约15000r/minn或以上上），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。实际上上发动机机的一般般工作区区间正在在15000550000r/mmin内内，所以以涡轮增增压以它它优越的的经济性性和动力力性得到到了众多多用户的的认可。不过怎怎么说还还是有点点缺陷，这这两个区区间
10、的动动力缺失失如何解解决呢，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。TSII中的TT不是指指Turrboccharrgerr而是TTwinnchaargeer（双双增压）的的意思。上文我我们讲到到涡轮增增压发动动机在较较低和
11、较较高转速速时都有有一个动动力的空空挡，为为了进一一步提高高发动机机的效率率，增加加一个机机械增压压装置，并并让它在在低转速速时加大大进气压压力。而而涡轮增增压器的的尺寸可可以再大大一些，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。而机械械增压器器则是由由发动机机转轴直直接带动动，能够够随着发发动机转转速变化化而迅速速且线性性地改变变转速。20005年，大众1.4升直喷汽油发动机首先搭载了这套系统，它的最大功率达到了惊人的170马力。（国产1.8T发动机的最大功率也才
12、150马力）。需要注意的是，一汽-大众和上海大众对他们的1.4TFSI和1.8TFSI发动机的称呼，二者都称为1.4TSI和1.8TSI，这个称呼是极不负责的。同时，厂商为了避免大家对TFSI简称TSI产生异议，他们对此解释为：“因为一贯体系中我们一般采用3个字作为发动机特有技术的称呼，所以这次我们把TFSI简称为TSI，其中T代表涡轮增压，SI代表直喷技术”。国产迈腾、速腾等车型最新的TSI发动机实际上跟前面说到的TSI并不是一回事。迈腾1.8TSI和即将搭载在速腾身上的1.4TSI发动机实际上阉割了机械增压和燃油分层技术。当然，这也是国产化之后处于油品和成本问题的考虑。1.2缸缸内直喷喷电
13、控发发动机优优缺点1.2.1缸内内直喷发发动机的的优点由于燃烧烧被精确确的喷射射于气缸缸燃烧室室内，因因此具有有节省燃燃油、减减少废气气排放、提升动动力性能能、减少少发动机机振动、喷油精精准度提提升、发发动机更更耐用等等优点。1.节省省燃油现代发动动机的趋趋势之一一就是节节省燃油油，二缸缸内直喷喷技术可可以大大大提升燃燃油与空空气雾化化程度与与混合的的效率，带带来燃油油的节约约。采用用缸内直直喷技术术的车型型油耗水水平可以以下降33%以上上。速度度允许采采用较迟迟的点火火时间，进进而可进进一步推推迟喷油油时间，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
14、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地地点火。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。在某些些国度工工况进行行两段喷喷射被试试验证明明是保证证平稳过过渡的有有效方法法，如丰丰田第一一代D-4GDDI机型型，在从从中负荷荷向大负负荷的过过渡时采采用了两两段喷射射技术，把把燃油分分两次分分别在进进气和压压缩行程程中喷入入气缸，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
15、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%。三菱公公司开发发的4GG15缸缸内直喷喷发动在在冷启动动时采用用在做功功行程后后期补充充喷油的的方法，可可以使催催化器快快速起燃燃，降低低HC和和NOXX.排放放。其主要原原因是：（1）部部分负荷荷下采用用稀薄分分层混合合气，比比热容比比k值增增大（有有1.33向1.4趋近近），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）缸缸内燃油油蒸发导导致压缩缩终点混混合气温温度降低低，加之之是稀混混合气，爆爆燃倾向向减小，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
16、耗耗。（3）由由于中小小负荷工工况采用用稀薄燃燃烧和均均值调节节方式，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）中中小负荷荷时燃烧烧室周边边基本是是空气，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.减减少废气气排放人类对环环境的重重视也造造就了环环保发动动机的不不断诞生生。缸内内直喷发发动机的的高压燃燃油泵能能提供高高达10000kkPa的压压力，确确保燃料料充分燃燃烧，最最大限度度的减少少废气中中的有害害杂物。冷启动动时的UUBHCC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
17、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.提升升动力性性能由于燃料料的混合合更充分分燃烧更更彻底，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.减少少发动机机振动由于缸内内直喷技技术允许许更高的的压缩比比，缸内内爆震情情况大大大减少，对对降低发发动机低低速情况况下的震震动也有有明显效效果。5.喷油油的准确确度提升升缸内直喷喷技术的的关键就就是电子子控制系系统的精精确控制制。由于于电子控控制系统统会感知知发动机机缸内的的实际工工作情况况，并会会瞬间完完成对喷喷油量、喷
18、油时时间和压压力的微微调，保保证发动动机始终终处于精精确的喷喷油状态态。6.发动动机更耐耐用新技术不不但提升升效率，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.各缸缸工作不不均匀性性改善由于燃油油直接喷喷入气缸缸，可以以对各缸缸的空燃燃比进行行精确并并相对独独立的控控制。8.良好好的瞬态态响应GDI方方式没有有PFII方式所所形成的的壁面油油膜，燃燃油计量量精确，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.系统统优化潜潜力大GDI发
19、发动机在在喷油方方面有着着更大的的灵活性性。1.2.2缸内内直喷发发动机的的缺点汽油缸内内直喷发发动机具具有柴油油机的经经济性并并保持了了汽油机机的特点点，相对对于技术术的成熟熟的PFFI发动动机具有有显著优优点，但但在排放放、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.排放放控制分层混合合气非均均质分布布，存在在较浓的的混合气气，在这这些区域域中局部部燃烧温温度仍然然较高，导导致N排排放量较较多，然然而总体体混合气气较稀不不能利用用三元催催化转化化器；分分层混合合气外边边界较稀稀的部分分易发生生火焰熄
20、熄灭现象象，同时时缸内喷喷油湿壁壁现象会会使活塞塞顶部和和汽缸壁壁混合气气过浓的的区域燃燃烧不好好，使得得小负荷荷时HCC排放相相对较高高；分层层燃烧工工况由于于混合气气浓度分分布不均均匀，汽汽油缸内内直喷发发动机增增加了微微粒排放放。2.稳定定燃烧控控制汽油缸内内直喷发发动机分分层充气气稀薄燃燃烧区域域的稳定定燃烧控控制难度度较大，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.燃油油经济性性燃油缸内内直喷需需要
21、较高高的供油油压力，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.性能能和可靠靠性相对PFFI发动动机，汽汽油缸内内直喷发发动机喷喷嘴沉积积物和积积碳增多多，并且且由于提提高了系系统压力力，降低低燃油的的润滑性性，增加加了供油油系统的的磨损；由于使使用较稀稀的混合合气，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.控制制复杂性性汽油缸内内直喷发发动机从从冷启动动到全负负荷各种种工况需需要复杂杂的供油油和燃烧烧控制，并并需要复复杂的排排放控制制策略，同同时也增增加
22、了系系统优化化的标定定参数。汽油缸缸内直喷喷发动机机要求复复杂的供供油系统统硬件，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。世界范范围内正正在开发发稀薄燃燃烧催化化器，但但目前在在整个发发动机工工作区域域的NOOx转化化效率仍仍低于三三元催化化转化器器，小负负荷时HHC排放放增加仍仍待解决决。第二章 汽油缸缸内直喷喷发动机机技术解
23、解析2.1缸缸内直喷喷发动机机技术简简介现今，大大部分汽汽油发动动机的燃燃料供给给方式一一直都是是采用“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
24、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。直接喷射射（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。缸内喷喷射发动动机采用用了立式式吸气口口、弯曲曲顶面活活塞、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
25、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、减少废废气排放放、提升升动力性性能、减减少发动动机震动动、发动动机更耐耐用等优优点。2.2汽汽油直接接喷射（GDI）发动机机的结构构缸内直喷喷发动机机机械结结构与普普通进气气管喷射射发动机机结构基基本相似似，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。缸内直直喷发动动机燃油油系统包包括低压压系统与与高压系系统。图2-11 汽油油缸内直直喷发
26、动动机1.低压压系统 低压系统统由油泵泵控制单单元、油油箱、电电动油泵泵、带有有压力限限制阀的的燃油滤滤清器（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。如果燃燃油泵控控制单元元失效发发动机将将不能运运转，电电动燃油油泵给高高压泵供供应压力力约为6600kkPa的的燃油。2.高压压系统高压系统统由高压压燃油泵泵、油压压调节阀阀、油轨轨、压力力限制阀阀、高压压燃油压压力传感感器、高高压喷射射器（
27、如如图2-2所示示）组成成，燃油油压力55-11MMPa。高压泵泵由凸轮轮轴驱动动，经燃燃油计量量阀建立立压力，再再经燃油油分配管管输送到到高压喷喷油器上上，压力力缓冲器器会吸收收高压系系统内的的压力波波动。高高压泵只只提供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2-22 高压喷喷射器2.3 汽油缸缸内直喷喷发动机机工作原原理汽油缸内内直喷发发动机顾顾名思义义是在汽汽缸内喷喷注汽油油，它将将喷油嘴嘴安装在在燃烧室室上方，将将汽油直直接喷射射在汽缸缸燃烧室
28、室内，空空气则通通过进气气门进入入燃烧室室与汽油油混合形形成可燃燃混合汽汽被点燃燃做功，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2-33 缸内直直喷原理理示意图图汽油缸内内直喷发发动机的的立式吸吸气口代代替传统统的横向向吸气口口，通过过来自上上方的下下降气流流，形成成与以往往发动机机不同的的缸内空空气流。利用活活塞顶的的凸起形形状增强强这一纵纵向涡流流，当压压缩行程程将要结结束时，在在燃烧室室顶部的的喷油嘴嘴开始喷喷油，汽汽油与空空气在涡涡流运动动的作用用下形成成混合汽汽，这种种急速旋旋转的混混合汽是是分层次次的，越越接近火火花塞越越浓，易易于点火火做功。但从总总体上看看，混
29、合合比可以以达到44011（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”。 但由于缸缸内喷射射压缩比比高达112，与与同体积积的一般般发动机机相比功功率与扭扭矩都提提高了110。在这里里要特别别介绍一一下活塞塞顶的形形状对缸缸内气流流的作用用。活塞塞在上止止点位置置时，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。GDII活塞顶顶面的凸凸起部分分类似尖尖屋顶，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
30、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。对于进气气道喷射射的发动动机，当当进气门门关闭时时， 将将燃油喷喷在各缸缸进气阀阀的背面面，进气气冲程中中油气混混合物进进入气缸缸；而缸缸内直喷喷发动机机则直接接把燃油油喷入气气缸内，通通过组织织合理的的气流运运动和控控制精确确的喷
31、油油时间， 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。缸内直直喷汽油油机主要要要达到到两个目目标：一一是大幅幅度改善善车用汽汽油机的的燃油经经济性，二二是控制制排放。主要是是NOxx 和未未燃HCC 的排排放。为为此，发发动机在在不同负负荷条件件下实行行不同的的控制策策略。当发动机机工作在在部分负负荷时，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
32、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
33、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的同同时具有有很好的的燃油经经济性。2.4发发动机燃燃油喷射射控制模模式1.按工工况区分分控制模模式汽油缸内内直喷发发动机之之所以能能节油220%，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。由此可可见，讨讨论汽油油缸内直直喷发动动进电子子控制策策略时应应区分低低工况和和高
34、工况况两个不不同的区区域，分分别采取取两种不不同的控控制模式式，见表表2-1。一一般来说说，推迟迟喷油、充量分分层的控控制模式式只适用用于500%以下下的负荷荷， 此此时尚有有足够的的过量空空气可供供在短时时间内燃燃尽生成成的黑烟烟，超过过50%负荷时时会排放放黑烟，必必须切换换成提早早喷油，均均质充量量的控制制模式。表2-11 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25-440不节气(全开)变质调节分层压缩冲程程的晚期期高好浅高动力性14.77 左右右节气变量调节均质吸气冲程程的早期期低差深2.扭矩矩控制
35、策策略ECU 在任何何工况下下都首先先要识别别对扭矩矩的需求求。油门门踏板的的位置反反映了驾驾驶员对对扭矩的的需求。但是，还还会出现现其他方方面对扭扭矩的需需求，例例如发动动机本身身在起动动、怠速速时和对对催化转转化器进进行加热热时都会会要求对对扭矩进进行补偿偿。又如如对发动动机和汽汽车进行行限速保保护时会会提出减减少扭矩矩的要求求。在底底盘电子子控制中中牵引力力矩的减减少和行行驶动力力学的控控制都涉涉及发动动机扭矩矩。ECU 综合分分析上述述这些对对扭矩的的需求，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。实现扭扭矩的调调整可以以有不同同的途径径，例如如可以调调
36、整电动动节气门门的开度度，在稀稀薄燃烧烧时还可可以改变变空燃比比，也就就是在电电动节气气门全开开的情况况下改变变喷油量量。ECCU 必必须根据据当时的的工况作作出选择择。在没没有其他他情况发发生时，EECU 主要根根据油门门踏板的的位置确确定应有有的扭矩矩。如果果这个扭扭矩和转转速对应应于低工工况区域域，即油油门踏板板位移量量较小时时，电动动节气门门就保持持全开，通通过改变变空燃比比调节燃燃油量进进而控制制扭矩，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1
37、44.7 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.喷油油正时控控制策略略如前所述述，两种种控制模模式对应应于两种种不同的的混合气气生成方方式。两两者对油油束也有有不同的的要求。低工况况时实行行变质调调节，采采用分层层充量；高工况况时实行行变量调调节，采采用均质质充量。前一种种情况下下，要求求燃油恰恰好喷在在活塞顶顶部凹坑坑内，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
38、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
39、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.喷油油压力控控制策略略喷油压力力至少与与油束的的两个特特性参数数有关，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
40、径SSMD 表征。SMDD 越小小，油滴滴越细小小，雾化化程度越越高。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、采用分分层充量量的情况况下，对对燃油的的雾化要要求很高高，因为为喷油很很迟，燃燃油应当当充分汽汽化，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。油束穿穿透深度度不是越越大越好好， 因因为过大大的穿透透深度会会导致燃燃烧室的的湿壁现现象，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、分层充充量的情情况下油油束能够够撞到活活塞凹坑坑内，而而在高工工况、均均质充量量的情况况下穿透透深
41、度应应当更大大一些， 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
42、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、均质充充量情况况下的要要求。柴油机上上采用缸缸内直喷喷方法在在提高热热效率方方面取得得了良好好的效果果，但要要将该方方法应用用于汽油油机却会会遇到很很多困难难。柴油油是自燃燃着火，初初始着火火总是发发生于混混合气中中最适宜宜着火的的地方；汽油需需点燃着着火，火火花塞的的固定使使初始着着火位置置也随
43、之之固定。故在汽汽油机上上要达到到类似于于柴油机机那样的的工作方方式就必必须考虑虑用附加加方法控控制混合合气的制制备。混混合气的的制备质质量是由由燃油喷喷射系统统、缸内内流场结结构以及及他们之之间的相相互作用用决定的的，下面面就从这这三个方方面加以以论述。5.燃油油喷射系系统GDI通通常划分分了负荷荷区，因因此要求求GDII 燃油油喷射系系统至少少要能提提供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。试验结结果表明明采用电电磁喷射射阀的共共轨喷射射系统能能满足这这一要求求。GDI 比PFFI 对对喷油器器的要求求严格。GDII 要求求喷油器器雾化水水平高，能能在较窄窄的脉冲冲宽度
44、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，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。大多数数GDII 发动动机若要要达到可可接受的的UBHHC 排排放和IIMEPP（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
45、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 采用的的喷油器器主要有有两种类类型。一一种是空空气辅助助喷油器器。其喷喷油原理理是先将将燃油供供入喷油油器油室室，再充充以高压压空气从从而突破破阀座弹弹力形成成喷射。燃油的的大部分分是在前前几次阀阀座震荡荡循环过过程中喷喷出，喷喷雾形状状为锥角角较大的的
46、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。目前对对高压旋旋流喷油油器的采采用和研研究最多多。如图2-44所示，为为已开发发的部分分高压旋旋流喷油油器。高高压旋流流喷油器器的喷雾雾锥角主主要依赖赖于喷油油压力和和缸内背背压，其其中后者者的影响响较大，因因此它能能根据不不同负荷荷区的要要求提供供所需要要的喷雾雾形状。在早喷喷时喷雾雾形状是是适宜均均质混合合的中空空扩散型型，在晚晚喷时是是适宜分分层燃烧烧的紧凑凑型。喷喷油压力力主要影影响雾化化质量和和贯穿速速度
47、，较较适当的的喷油压压力为55kPa-10kPa；对雾化化过程进进行优化化后的贯贯穿速度度能达到到40mm/s-50mm/s，约约2倍于于典型缸缸内流场场速度，因因此对缸缸内流场场必须仔仔细优化化。图2-44 已开开发的部部分旋流流喷油器器（1）AAliddesiignaal高压压旋流喷喷油器（2）Zexal高压旋流喷油器（3）三三菱公司司开发的的高压旋旋流喷油油器（44）丰田田公司的的高压旋旋流喷油油器6.缸内内流场在进气冲冲程与压压缩冲程程中的瞬瞬态缸内内流场是是GDII 的另另一关键键因素。在GDDI 发发动机中中，流场场的三个个重要因因素是平平均流体体结构的的稳定性性(宏观观流场结结构）、压缩冲冲程中紊紊流的发发展（微微观流场场结构）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。在汽油机机中可采采用的流流场结构构有滚流流、涡流流和挤流流三种。涡流比比滚流具具