燃油直喷是什么？

燃油直喷技术目前被一些汽车制造商采用，并投入实际制造应用。例如，Mercury Marine公司开发了一种采用双重空燃直喷燃烧系统的大型发动机。

从1996年起，三菱公司也开始了GDI发动机的开发工作，而西门子和雷诺公司则合作将GDI技术应用于雷诺的Megane汽车上。此外，Delphi还宣布与Orbital发动机制造公司共同开发一种火花塞和燃油直喷混合的发动机系统，这个系统只需要一个通往汽缸燃烧室的孔。

开发直喷技术的最初想法是通过调节空燃比来优化发动机性能，这使得在大多数情况下，发动机的空燃比可以调节到比化学计算法得出的14.7:1更稀薄的状态，而不会对发动机性能造成负面影响。然而，稀薄混合气体难以点燃，并会产生相应的排放物，主要成分是氮氧化合物。采用直喷技术后，燃油以细微滴状的薄雾形式进入汽缸，而不是以蒸汽形式。这实际上对发动机的汽缸起到了冷却作用，降低了发动机对辛烷的需求，因此压缩比可以增加。此外，与柴油发动机一样，较高的压缩比可以提高燃料效率。

采用GDI技术的另一个优点是它能够加快油气混合气体的燃烧速度，从而更好地适应废气再循环工艺。例如，在三菱的发动机上，当怠速运转过程中发动机燃烧不稳定时，发动机可以以40:1的空燃比平稳运行。决定非常稀薄混合气体的关键在于找到一种可靠的点燃途径，这要求在火花塞间隙附近混合气体的浓度足够大，以便点燃。计算机模拟技术可以确定空燃流的情况以及空燃喷射器的最佳位置和火花塞的相关参数。

当这项技术应用于GDI时，会产生两种基本系统：HPDI和LPDI。HPDI系统依靠高压将燃料注入充满空气的燃烧室，而LPDI系统则将一定量的燃油喷射到位于油气混合气喷射装置顶部的气室内，然后通过空气压缩机将燃料和空气送入燃烧室。这两种系统都面临着挑战，即燃油喷射模式必须非常精确，以便正确地将燃料进行分配。

GDI技术对发动机排放具有重要影响。较少的燃料在富氧环境中燃烧，HC和CO的产生量会大大减少。然而，氮氧化物的产生是一个问题，三菱的GDI发动机采用了30%的EGR比率和新型稀薄NOX气体催化器来解决这一问题。这项新技术需要多个传感器才能发挥作用，包括用于探测多余NOX水平的新型传感器。

GDI技术与传统进油口燃油喷射发动机有很大不同，它无疑将在未来得到广泛应用。丰田混合动力轿车Prius、福特、通用和克莱斯勒公司都正在研究这种新型发动机。这项技术是工程师们不断创新的结果，它展示了他们独特的想象力和不懈追求。

燃油直喷技术颠覆了100多年来汽油机的燃油供应方式，解决了混合气浓度和压缩极限问题。通过理论研究，工程师们开发了稀薄燃烧和分层燃烧概念，并开发了燃油直喷技术。尽管FSI技术控制复杂，但它是活塞式发动机在性能提升方面的重要突破。

在民用车领域，FSI技术的运用较为广泛，如奥迪和凯迪拉克。尽管在实际应用中还未完全实现真正的稀薄燃烧和分层燃烧，但这种技术的开发展示了工程师们不断进取的精神。