GDI发动机是什么

GDI发动机是近年来国内外内燃机研究与开发的热点。这种发动机在21世纪有取代传统汽油机和柴油机的趋势，成为轿车最理想的动力装置。

GDI发动机的研究始于德国，早在50年代，德国就有直喷二冲程汽油机装车应市，甚至装到了SL级奔驰轿车上。但很快这种技术就销声匿迹了。后来德国的设计师们，无论是奔驰、宝马，还是大众，都对汽油直接喷射技术持消极态度。因为根据试验，他们认为这种发动机运转性能差，汽车几乎无法开，废气问题也无法解决，于是便停止了GDI发动机的研制开发。

然而，GDI发动机的研制开发，却在日本得到了成功的实现。三菱汽车公司成功研制了GDI发动机，令全世界的汽车制造商和发动机制造商瞠乎其后。从此，汽油机的发展又迈出了一大步，这也推动了世界汽车工业的发展。

GDI发动机的低燃油消耗是通过超稀薄燃烧实现的。在压缩行程后点火前，燃油通过高压喷嘴喷入气缸，此时气缸内空气密度高，燃油雾化容易。活塞曲顶的作用使得混合气形成涡流并呈层状分布，靠近火花塞的混合气浓度高，先着火，当着火后气缸内温度压力提高，混合气浓度低的部分也能连续稳定地燃烧。

实现高的功率输出是GDI发动机的一个重要特点。发动机大负荷运转时，GDI发动机采用直立进气使得进气阻力减小，同时进气行程中燃油直接喷射使进气冷却，提高了进气效率。燃油在燃烧室内气化，气化热冷却了吸入的空气，使空气密度增加；同时，汽油在气缸内气化也冷却了燃烧室，从而降低了发动机的爆震倾向，这样在设计发动机时便可提高压缩比（有的可达12）。

GDI发动机与传统的汽油机相比，其要求使混合气在中小负荷实现分层，燃烧系统的设计非常重要。它依靠燃烧室形状、气流运动和喷雾形态的相互配合形成所需的分层混合气。按混合气形成的方式不同，可以分为三种：喷雾引导、壁面引导和气流引导。

喷雾引导的GDI发动机将火花塞与喷油器布置得很近，并位于燃烧室中心或附近。这种系统结构简单，火花塞周围容易形成较浓的混合气，并在较小的空间范围内产生有效的混合气分层。然而火花塞与油束间距离过短，限制了进气门面积，影响充气效率的提高，同时油雾也容易打湿火花塞，造成积炭和点火困难，火花塞使用寿命下降。

壁面引导的GDI发动机中，中间布置火花塞，侧面安装喷油器。喷油器将油束直接喷射到燃烧室内，利用特殊的活塞凹坑形状配合气体滚流运动，将燃油蒸汽导向火花塞，并在火花塞周围形成合适浓度的混合气。这种方法的对喷雾和安装位置的容忍度有很小的敏感性，但需要较好燃烧室形状，增加了加工和设计难度。

气流引导的GDI发动机将喷油器和火花塞远距离布置。与壁面引导相比，喷油器不再把燃油直接喷向活塞顶凹坑内，而是对准燃烧室的中心喷向火花塞。这种系统在混合气制备和运输到火花塞过程中都要靠充量运动来控制，就需要精确的充量运动控制。