GDI是什么发动机

GDI是什么发动机

三菱汽车“独步武林”的GDI发动机，自1996年首次推出之后就得到了广泛的应用，迄今为止三菱汽车公司共生产了1百多万台GDI发动机。那么GDI到底是什么意思呢？GDI就是Gasoline Direct-Injection（汽油直接喷射）。GDI发动机有着实现分层燃烧的特点，可以减少二氧化碳的排放量，可使燃油经济性大大提高。 而GDI发动机的工作特点是，将燃油直接喷入气缸，利用缸内气流和活塞表面的燃料雾化效果达到燃烧的目的。GDI发动机在工作的均匀性及全负荷下的性能方面都有极佳的表现，而且使汽油机的冷车工作不稳定性问题也有了显著的改善。 GDI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GDI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，GDI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。 GDI采用的垂直进气歧管设计，并且在活塞头部设计了一个凸起的形状。采用了这种设计以后，当活塞在进行压缩冲程的时候，汽缸内会形成强大的涡流。此时将汽油被直接喷射到燃烧室内，这股强大的涡流就能让汽油跟空气充分混合，从而解决了缸内直喷燃油与空气混合的问题。 当发动机运转在压缩行程的时候，气缸内的压力是非常大的。这对于缸内直喷发动机来说，普通的燃油泵就无法满足需求了。缸内直喷发动机的另一个重要特征就是它的燃油泵的供油压力非常高，这样才能将汽油有效的喷射到高压的燃烧室内。GDI发动机的喷油过程共分两个阶段，也就是两次喷油。 辅喷油阶段：在发动机运行进气行程时，发动机会进行一次喷油，这次喷油是辅喷油，喷油的数量不大，喷油的主要目的也不是为了点火燃烧。当一定数量的汽油在进气行程被喷射到汽缸内的时候，这部分少量的汽油会汽化挥发，我们都知道，液体的汽化和挥发是会吸收热量的，这样就能降低汽缸内的温度。气缸内的温度低了，气缸内可以容纳的气体密度就会自然增大。所以这次喷油的后果在给气缸降温的同时，还可以提高进气密度，让更多的空气进入到汽缸，而且能确保汽油跟空气均匀的混合。 主喷油阶段：第二次喷射是主喷油过程。当活塞即将达到发动机压缩行程的上止点时，在火花塞点火之前，会有一定量的汽油再次被喷出，这次喷射被成为主喷油。此时，活塞的凹面会使混合气在火花塞周围形成一个浓度较高的区域，这种相对较浓的混合气能在火花塞点火的情况下被顺利点燃，而周围混合气较稀的区域是无法被火花塞的火焰直接点燃的，它只能在中心区域成功燃烧以后，利用燃烧产生的能量同时点燃。 由于采用了上述设计，GDI发动机能在40:1的超稀空燃比情况下正常运转，而且它的空燃比能比普通缸外喷射发动机的空燃比更稀。这样的好处是显而易见的，在这种稀薄燃烧的情况下，燃料可以更加充分的燃烧，榨取每一滴燃油的所能产生的动能，与此同时，由于燃烧充分，可以大幅度减少未燃烧的气体从发动机里排出，从而获得更低的排放。 GDI的分两段喷油除了实现上述好处以外，还能有效减小爆震的产生，从而可以采用更高的压缩比，获得更强劲的动力输出。我们都知道，爆震的产生是因为汽缸内温度和压力过高，从而导致混合气自燃导致的，换句话说，就是当活塞行程还未达到点火提前角时，混合气就开始燃烧。由于汽油的燃烧特性，普通发动机的压缩比往往不能设计的太高，否则就很容易产生爆震。由于GDI的喷射是分两个阶段进行的，第一阶段的预喷射能在汽油挥发的作用下带走大量缸内热量，降低汽缸温度，因此能非常有效的减小爆震的机率。所以，GDI发动机可以采用高达12.5:1的压缩比设计，从而有效的提高了功率输出。 GDI的氮氧化物排放：虽然GDI发动机可以降低整体的废气排放污染，但是同时它有一个非常大的缺点，那就是氮氧化物的排放非常高。为了减小这类污染物的排放，需要采用有效的有针对性的三元催化装置才能保证尾气的排放达到环保部门的要求。但是在国内，油品中的含硫量非常高，这种含硫量高的汽油燃烧后很容易产生硫化物，这种硫化物会让催化器中毒，从而导致催化反应失效，这样一来GDI发动机高排放的氮氧化物无法得到还原处理。这也就是为何到目前为止，国内没有一款匹配GDI发动机的车型销售（包括进口汽车）的原因了。雷诺IDE (Injection Direct Essence)直喷发动机 对于三菱GDI发动机在排放方面的缺陷，雷诺开发出了更好的解决办法。雷诺的IDE发动机是其首次在欧洲推出的缸内直喷发动机，它使用了另一种不同的设计彻底解决了三菱GDI发动机的问题。IDE仍然采用了空气和燃油稀薄混合，但同时加大了EGR阀废气循环量。EGR是Exhaust Gas Recirculation的缩写，翻译成中文就是废气再循环的意思。这项技术可以减小燃油消耗量，并且有效的降低燃烧温度——这一点，就是它有效解决GDI发动机排放问题的根源。众所周知，空气主要是由氮气、氧气、二氧化碳以及一些其他惰性气体组成的。其中占比例最大的氮气是一种非常稳定的气体，通常情况下很难被氧气直接氧化。但是如果处在高温高压的情况下，平时十分稳定的氮气则很容易与氧气发生反应，从而生成十分有害的氮氧化物。普通的发动机，包括上面提到的GDI发动机，在其正常工作时，气缸内的工作环境正好是处于高温高压状态，这样一来，空气和燃油混合的混合气体燃烧以后很容易生成氮氧化物。这对于缸内直喷的发动机来说，问题尤为突出。由于缸内直喷发动机的压缩比通常会设计得比较高，缸内压力比普通发动机更大，从而更容易产生氮氧化物。我们都知道柴油发动机排放的氮氧化物通常会比汽油发动机高出许多，主要也就是因为柴油发动机的压缩比高的缘故。在无法降低压力的情况下（因为高压缩比是提高发动机效率的必要手段），要减小氮氧化物的排放只能是通过降低气缸内的燃烧温度。IDE发动机的EGR废气再循环系统，就是通过把一部分排出气缸的废气再次引入到进气管内跟新鲜的空气和燃油混合燃烧，来降低燃烧室的温度的。我们知道，燃烧完的废气是不能再燃烧的，这些废气被引入到气缸内以后，会占据一部分气缸内的有效体积，这个效果相当于降低了发动机的排量，这样自然能有效降低燃烧温度，同时排放的废气自然就降低了。