摘 要：本文首先介绍了汽油机直接喷射技术的发展历史和技术特点。研究了FSI发动机的粉尘燃烧模式、稀薄燃烧模式和均匀燃烧模式。介绍了汽油发动机直接喷射技术在国内汽车市场中的应用。未来，随着科学技术的发展，国内石油产品将得到改善。
关键词：缸内直喷;FSI分层燃烧;均匀燃烧;应用
1 前言
随着汽油发动机使用歧管喷射技术的逐渐发展，由于油价高，气缸内的粉尘直接喷射技术，环保要求也越来越严格，直接喷射燃烧效率非常高，燃料效率非常高，在1990年代开始返回。逐渐成为主流。缸内直喷汽油机的喷嘴设置在气缸内，汽油直接喷入气缸内与空气混合。同时，在气缸内充分混合燃料和空气，设计均匀，使燃料充分燃烧，热效率更高。当然，缸内直喷发动机也具有限制，并且对汽油和油的质量敏感。
2 汽油机直接喷射技术的发展历程
研制了一种直接喷射式汽油机并安装在军用快艇上。然而，由于未解决过热问题，试验结果不令人满意。在未来20年中，该技术的可行性得到了确认，主要用于航空领域，一些德国公司，如宝马、梅赛德斯-奔驰、博世、西门子等。还在增加研究和发展努力。1951年，博世在法兰克福车展上展示了其两冲程GutrodSuper600的缸内直喷系统。同年，Goliath在其GP700模型上安装了相同的喷射系统，并于1953年至1955年间投入批量生产。世界上第一辆跑车，奔驰300SL，其缸内直喷四冲程汽油发动机于1955年诞生。在比较试验之后，发动机是燃料效率的，并且最大功率增加。在气缸的直接喷射技术中，虽然本发明和大量生产也是非常燃料效率的，但是与相同时期相比逐渐形成的汽油发动机的成本较高，并且在那时，汽油的价格较低。因此，汽油发动机是多喷射的。该方法得到了广泛的应用，直接喷射技术的应用也非常广泛。工艺没有成为鼓里的主流灰尘。然后，在汽油价格和排放法规的压力下，缸内直喷技术再次成为关注的焦点。在1996年，三菱公司开始开发1.8L直喷发动机代号为4G93，最大输出为110kW，最大扭矩为178Nm。在接下来的两年中，日产VQ30DD和丰田D-4已开发。2000年，大众开始将缸内直喷技术应用于汽车。2002年3月，在日内瓦汽车展上展出了奥迪的第一代A21.6FS，采用直接喷射技术。奥迪品牌模式采用了FSI技术，但未能成功，随后未通过。在2002年底推出的梅赛德斯-奔驰C200CGI轿车采用1.8升的CGI直接喷射式汽油机。许多公司在缸内直喷系统中开发了不同的汽油名称，例如Bosch的MotronicMed7汽油直接喷射系统、奥迪的FSI系统、Mercedes-BenzCGI系统和菲亚特的JTS系统。
3 汽油机直接喷射技术的优缺点
3.1 优点
由直接喷射发动机喷射到燃烧室中的高压燃料以细雾的形式进入。当它蒸发时，它吸收热量并冷却圆柱体。其燃烧效率高，燃烧效率提高20%，比传统发动机燃烧更多，减少了二氧化碳的产生。
3.2 缺点
对于缸内直喷发动机，粉尘燃烧在技术上并不容易实现。由于汽油的自润滑性差，燃料喷射系统和发动机气缸的磨损，以及油制造质量的差异，国内燃烧通常更加均匀。当使用粉尘燃烧时，在废气中产生大量的氮氧化物。原有的三元催化转化器不合适，有必要开发一种特殊的贫燃氮氧化物催化转化器。最新的研究表明，与传统的发动机相比，直接喷射式汽油机具有较高的颗粒物质排放，汽油可以溶解积炭，缸内直喷发动机焦炭主要是在进气阀中形成的，因为喷射器在相反的方向上。进入气缸后，不能清除进气阀积炭。
4 汽油直喷发动机（FSI）混合物的形成原理
FSI是燃料粉尘喷射的缩写，即粉尘燃料喷射技术[3]。FSI技术是改变传统的供油方式。喷射器将缸内的汽油直接喷射到气缸中的可燃混合物中。FSI发动机理论上具有至少两种燃烧模式：粉尘燃烧和均匀燃烧。均匀燃烧模式进一步分为均匀稀薄燃烧模式和均匀燃烧模式。均质燃烧可被认为是一种常见的燃烧方法。将燃料和空气混合以形成一定浓度的可燃混合物。可以混合和燃烧相同的空燃比。由于混合气体长时间形成，所以燃料和空气充分混合，燃烧更加均匀，从而产生更大的输出功率。在粉尘燃烧室中，混合物的空燃比适合于局部条件，并且火花塞周围的混合物的浓度高于其它地方。火花塞周围的混合物可以快速燃烧并促进更远处的更稀混合物的燃烧。这种类型的燃烧被称为“粉尘燃烧。”均匀燃烧，是指在高速和加速度下的高功率。粉尘燃烧的目的是在低速和低负荷下节省燃料。粉尘燃烧：燃烧效率高，节流损失小，燃料转化率低，尽可能使用。在层流燃烧模式中，节气门没有完全打开，确保进气歧管中一定程度的真空（控制活性炭罐和EGR装置）。此时，燃料喷射确定发动机扭矩与进气和点火提前角无关。在进气过程中，阀门开度较大，减少了节流损失的一部分。进气过程的关键是安装在进气歧管中的翻转板，其打开（这是其工作方式，实际模型可能稍微不同），关闭下部进气歧管并加速流过它，形成与活塞顶部相同的进气涡流形状。混合喷射正时和燃料喷射的形成对在60°至45°喷射检查点之前凹坑顶部活塞、喷射燃料和进气涡流的混合具有最大的影响。当曲柄角度为40°至50°以形成混合物时，其小于非点火混合物且大于均匀状态。空燃比1.6～3。均匀稀薄燃烧模式：混合物长时间形成，燃烧充分。通过精确的注射控制，可以降低混合物的浓度。点火时间一般较长，燃油经济性好。进气过程与粉尘燃烧相同，燃料与空气的混合时间延长，形成均匀的混合物。由于燃烧在整个燃烧室中发生，点火时间要求并不像粉尘燃烧那样高。空燃比大于1。均质燃烧方式：能充分發挥好的动力响应、高扭矩、高动力特性。在进气过程中，加速器踏板确定节气门的位置，并根据情况确定进气歧管被翻转的位置。在中等负荷下，襟翼保持关闭，以产生强的流入旋风，以燃料雾化和空气混合物;在高速和重负载下，襟翼打开以增加进气，并且更多的空气参与燃烧。在燃料喷射、混合物形成和燃料燃烧中，均匀燃烧和均匀稀薄燃烧基本上相同。空燃比1。这三种燃烧控制模式中的一些仅具有理论优点。目前使用的是均匀燃烧的FSI发动机。
5 汽油直喷发动机技术
事实上，除了第9代本田Accord车型（如大众）外，国内CX-5车型还配备了直接喷射式发动机。此外，江淮、吉利等国内品牌也参与了这项技术的研发。直接喷射发动机气缸的动态性能和经济性非常好。颗粒过滤器的安装解决了大量颗粒的问题。然而，由于使用涡轮增压，工艺要求高，且价格和维护成本高于歧管喷射。今后，解决了技术问题，提高了国内油品，很可能成为汽车的标准件。均匀燃烧：在满载时，燃料喷射与进气同步，燃料完全雾化，混合蒸汽均匀地填充到燃烧室中，这将完全燃烧并充分施加发动机功率。在均匀燃烧中，空燃比与常规喷气发动机的空燃比相同，即，空燃比14.7∶1并且lambda值是1。燃料的蒸发冷却混合物并消除爆震。也就是说，在均匀燃烧的情况下，可以同时获得高功率輸出和扭矩值，同时减少燃料消耗。勒芒耐力可以证明，因为游戏总是处于统一的燃烧状态。单模式直接喷射：原则上，奥迪FSI发动机技术由于使用了高压稀薄燃烧技术，发动机通过压缩燃烧工作，发动机压缩比必须为15.5∶1，从而汽油在高PR下自动点火。压力。高压缩比是由于对高辛烷值汽油的需求造成的（国外的奥迪一般需要超过97个甚至更干净的汽油），但目前国内没有很多加油站，不能保证国内燃料的质量。长远来看，这无疑对SER有一定的影响。车辆本身的不良寿命。另外，如果发动机的选择的油没有达到足够的辛烷值，则它可能导致汽车在没有失速的情况下运行并且产品寿命是短的。考虑到在中国引入粉尘燃烧的风险，奥迪最终放弃了双模式设置，仅保留了缸内直喷单模均匀燃烧技术。
双模式直接喷射：目前，在中国唯一的“粉尘燃烧”和“均匀燃烧”双模式发动机是通用汽车公司Cadillac的SidiCDI直接喷射发动机。SIMDI发动机与FSI单模态直接喷射相比，具有粉尘燃烧和均匀燃烧两种模式，实现稀薄燃烧。所谓的稀薄燃烧是为了降低发动机混合物中的汽油含量。保持发动机正常运转，油气混合物较低，达到降低燃料消耗和排放的效果。由于在较低的燃料浓度下点火的困难，粉尘燃烧可以更好地解决这个问题。该方法首先点燃浓混合气质量，然后通过当前点火能量继续点燃所有混合气，在稀燃条件下实现正常点火。为了获得较小的点火能量，可以完全燃烧贫混合燃料以实现节能。
6 结束语
通常，GMCadillacSidi可以使用93号汽油，而奥迪FSI可以使用97号汽油。我们认为，对于消费者来说，这种差异在长期成本方面是显而易见的。奥迪FSI和凯迪拉克西迪带来的新一轮发动机技术革命席卷了世界。从人类技术应用的加速趋势来看，直接注射技术在圆柱体中的普及趋势可能不在明天，让我们拭目以待。
参考文献：
[1]张鹏飞.汽油直喷发动机排放标定研究[J].汽车电器，2016（11）：50-53，56共5页.
[2]夏晨.缸内直喷汽油发动机排放颗粒物的研究[D].2015.
