GDI發動機

GDI發動機的研究始於德國，早在50年代，德國就有直噴二衝程汽油機裝車應市，甚至還裝到聲名顯赫的SL級賓士轎車上，但是很快就銷聲匿跡。後來德國的設計師們，無論是賓士、寶馬，還是大眾，對於汽油直接噴射都採取皺眉揮斥的態度。因為根據試驗，他們認為這種發動機運轉性能差，汽車幾乎無法開，廢氣問題也無法解決，於是便停止了GDI發動機的研製開發。GDI發動機的研製開發，可謂花開在德國，果卻結在日本。三菱汽車公司GDI發動機的研製成功令全世界的汽車製造商和發動機製造商瞠乎其後，於是世界車壇掀起了GDI發動機研製開發利用熱潮。從此，汽油機的發展又邁出新的一步，這也將推動世界汽車工業的發展。

在超稀薄燃燒時, 噴油時刻為壓縮行程後點火前, 此時氣缸內空氣密度高, 燃油經高壓噴嘴噴入后容易霧化；又由於活塞曲頂的作用, 使得混合氣形成渦流並呈層狀分佈 , 即混合渦流上行時靠近火花塞部分的混合氣濃度高, 而遠離火花塞部分的濃度低。靠近火花塞的混合氣濃度高, 便先著火, 當著火后氣缸內溫度壓力提高, 混合氣濃度低的部分也能連續穩定地燃燒。

發動機大負荷運轉時要求發動機要具有較大的升功率。GDI發動機採用直立進氣使得進氣阻力減小, 同時進氣行程中燃油直接噴射使進氣冷卻, 因而提高了進氣效率, 由於採用缸內直噴, 燃油在燃燒室內氣化, 氣化熱冷卻了吸入的空氣, 使空氣密度增加; 同時, 汽油在氣缸內氣化也冷卻了燃燒室, 從而降低了發動機的爆震傾向, 這樣在設計發動機時便可提高壓縮比(有的可達12)。

GDI發動機與傳統的汽油機相比，其要求使混合氣在中小負荷實現分層，那麼燃燒系統的設計非常重要。它依靠燃燒室形狀、氣流運動和噴霧形態的相互配合形成所需的分層混合氣。按混合氣形成的方式不同，可以分為三種：

採用噴霧引導的GDI發動機將火花塞與噴油器布置得很近，並位於燃燒室中心或附近。這樣布置結構簡單，火花塞周圍容易形成較濃的混合氣，並在較小的空間範圍內產生有效的混合氣分層，同時採用強渦流保持混合氣分層的穩定性。然而火花塞與油束間距離過短，限制了進氣門面積，影響充氣效率的提高，同時油霧也容易打濕火花塞，造成積炭和點火困難，火花塞使用壽命下降。該系統強烈地依賴裝置的形狀和噴霧特性的容忍度。然而，噴束引導型燃燒系統卻有著實現更稀燃燒和擴大稀燃區域的潛力，噴束引導燃燒系統成為許多廠家和科研機構開發的下一代燃燒系統，是目前分層稀燃直噴燃燒系統發展的一個重要方向。

在壁面引導的GDI發動機中，中間布置火花塞，側面安裝噴油器。噴油器將油束直接噴射到燃燒室內，利用特殊的活塞凹坑形狀配合氣體滾流運動，將燃油蒸汽導向火花塞，並在火花塞周圍形成合適濃度的混合氣。由於從混合物形成到點火的時間較長，就會有較大的可燃燃空比混合物的區域。這種方法的對噴霧和安裝位置的容忍度有很小的敏感性。但該中系統需要較好燃燒室形狀，那麼對於加工和設計來說就增加了難度。

氣流引導的GDI發動機將噴油器和火花塞遠距離布置。與壁面引導相比：噴油器不再把燃油直接噴向活塞頂凹坑內，而是對準燃燒室的中心噴向火花塞（但不朝向火花塞電極），綜合利用進氣道和活塞表面在缸內形成的滾流與渦流運動實現混合氣的分層。對於燃燒過程和減少污染物生成都有利。該系統在混合氣製備和運輸到火花塞過程中都要靠充量運動來控制，就需要精確的充量運動控制。FEV公司用連續可變滾流系統（CVTS）來控制充量運動。這樣也增加了控制難度。