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只看楼主更多操作 0楼发表于: 2005-03-26

发动机的技术革命－详细了解GDI
发动机作为汽车的心脏，一直是各大车厂研发的重中之重，而且在环保要求，经济要求，动力要求都在不断提高的现代社会，对发动机技术的苛求也是越来越厉害，也难怪各大车厂都如此重视发动机新技术的开发，而且发动机技术也表征这汽车厂商的技术实力所在，比如大众公司的FSI，日产公司的VQ系列。这一次，我们就来了解一下三菱发动机“独步武林”的GDI发动机（工业代号为4G93）。

　　首先，什么是GDI呢？GDI就是Gasoline Direct-Injection，汽油直接喷射的意思。很多朋友大概都会问，这个跟电子控制燃油喷射有什么不同呢？下面我们就先介绍一下现在三种主要的汽油发动机：

　　化油器发动机是在进气管道的化油器位置上吸出汽油，与空气混合，雾化形成混合气，经气门进入气缸；

　　电控汽油喷射发动机是在进气歧管，气门之前的位置上喷射汽油，再经气门进入气缸。
直喷式汽油发动机则是直接在气缸里面喷射汽油。从而可知，世界上三种形式的汽油发动机的重大区别在于汽油出口的位置，位置不同，技术也不同。

　　现在我们就来详细了解下直喷式发动机的原理：直喷式发动机（缸内喷注式汽油发动机）与一般汽油发动机的主要区别在于汽油喷射的位置，目前一般汽油发动机上所用的汽油电控喷射系统，是将汽油喷入进气歧管或进气管道上，与空气混合成混合气后再通过进气门进入气缸燃烧室内被点燃作功；而缸内喷注式汽油发动机顾名思义是在气缸内喷注汽油，它将喷油嘴安装在燃烧室内，将汽油直接喷注在气缸燃烧室内，空气则通过进气门进入燃烧室与汽油混合成混合气被点燃作功，这种形式与直喷式柴油机相似，因此有人认为缸内喷注式汽油发动机是将柴油机的形式移植到汽油机上的一种创举。

缸内喷注的关键在于产生与传统发动机不同的缸内气流运动状态，通过技术手段使喷射入气缸的汽油与空气形成一种多层次的旋转涡流。因此GDI采用了立式吸气口、弯曲顶面活塞、高压旋转喷射器等三种技术手段。

立式吸气口代替传统的横向吸气口，通过来自上方的强大下降气流，形成与以往发动机相反的缸内空气流动－纵向涡流转流。弯曲顶面活塞利用活塞顶的凸起形状，增强了这个纵向涡流转流，再通过高压旋转喷射器喷射出雾状汽油，在压缩冲程后期的点火前夕，被气体的纵涡流融合成球状雾化体，形成一种以火花塞为中心，由浓到稀的层状混合气状态。这样，从总体上看，虽然混合比达到40：1，但聚集在火花塞周围的混合气却很浓厚，很容易点火燃烧。

在这里要特别介绍一下活塞顶的形状对缸内气流的作用。活塞在上止点位置时，活塞头顶面与气缸盖之间的间隙叫做燃烧室，燃烧室的容积是决定发动机性能的重要因素。GDI活塞顶面的凸起部分象屋顶，又称“弯曲顶面活塞”，它缩小了燃烧室的容积，有助于形成强势涡流。缩小燃烧室容积必然提高了压缩比，因此GDI的压缩比达到12：1，比以往发动机高出1/3左右。压缩比提高了，缸内温度必然也随之提高，有助于稀燃。压缩比高，输出功率增大，这样也就弥补了稀燃带来的功率损失。

　　压缩比提高也就是说缸内压力提高了，与之配合的是高压燃料泵，用高压方式将汽油送进燃烧室内。但是，汽油的性质决定压缩比只能局限于一定的限度内，否则就会出现爆燃，为了避免这一现象，GDI分两步喷射的过程，第一步在进气冲程中喷射汽油以降低气体温度，适应高压缩比；第二步在压缩冲程后期喷射汽油，形成上面阐述过的层状混合气形态。这是一环扣一环的技术，相辅相成，缺一不可。

　　稀燃技术有省油的优点，但因为高压高温环境也会产生NOx（氮氧化物）排放过高的现象。GDI采用了EGR技术解决这个问题。所谓EGR是指排气再循环技术，将排出气缸已经燃烧过的部分气体利用气门重叠时间再回到气缸中，降低燃烧的最高温度从而降低NOx的排放量，据介绍GDI的NOx下降了90%。

　　缸内喷注式汽油发动机的优点是油耗量低，升功率大。混合比达到40:1（一般汽油发动机的混合比是15:1），也就是人们所说的“稀燃”。机内的活塞顶部一半是球形，另一半是壁面，空气从气门冲进来后在活塞的压缩下形成一股涡流运动，当压缩行程行将结束时，在燃烧室顶部的喷油嘴开始喷油，汽油与空气在涡流运动的作用下形成混合气，这种急速旋转的混合气是分层次的，越接近火花塞越浓，易于点火作功。由于缸内喷注压缩比达到12，与同体积的一般发动机相比功率与扭矩都提高了10％。

　　这种缸内喷注式汽油发动机是由日本三菱汽车公司创制的，这种称为1.8升顶置双凸轮轴16气门4G93型发动机最早安装在三菱HSR-V型概念车上，并在96年6月北京国际车展上广泛做了宣传，但当时许多人认为这种发动机只是一种“概念”而已，没有引起足够的重视，但随着这几年美日欧等国大汽车厂商丰田、本田、奔驰、通用等对这种汽油发动机都产生了兴趣，纷纷修改了原来的方案研究起缸内喷注式汽油发动机，认为这种发动机很可能会成为下世纪初汽油发动机的主要机型，人们又重视起来缸内喷注汽油发动机的发展状况了。而现在三菱的GDI发动机已经得到了长足的发展，无论是先进性还是实用性都满足市场的需要，三菱还将在2007年推出新一代的GDI发动机。

理论上GDI是很好的，不过现在即使三菱自己都有点怀疑GDI的潜力如何。原因是他们一直不能解决GDI的两个顽症，第一，GDI必须配合比较柔和的驾驶方式才能有省油的表现，这样的话就等于性能表现和省油的表现是不能同时满足的。第二，GDI引擎的噪音问题始终不能从根本得到解决，直接影响使用GDI引擎的汽车的形象问题。