汽油发动机直接喷射(Gasoline Direct Injection,缩写为GDI)就是指直接往气缸内喷射汽油,它同时也采用稀薄燃烧技术。缸内直喷又称FSI (Fuel Stratified Injection),即燃料分层喷射技术,代表着传统汽油发动机的一个发展方向。
传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮位置以及发动机各相关数据,从而控制喷油器将汽油喷入进气歧管。但由于喷油器离燃烧室有一定的距离,汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开度的影响较大,并且微小的汽油颗粒会吸附在管道壁上,所以希望喷油器能够直接将燃油喷入气缸。在20002013年各汽车厂商采用的发动机技术中,最炙手可热的非缸内直喷莫属。这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已经大量使用在大众(含奥迪)、宝马、梅赛德斯一奔驰、通用以及丰田车系上。
各厂商缸内直喷技术英文缩写如下。
大众:TSI(其中丁代表涡轮增压);奥迪:TFSIIFSI;梅赛德斯一奔驰:CGI;宝马:GDI;通用:SIDI;福特:GDI;比亚迪:Tl。
缸内直喷的发动机可以根据进气门开启的时间,来获知进入气缸燃烧的空气量多少,从而按照当时的车辆工作需要来喷出相应的燃油量。这就是缸内直喷发动机带来的新概念—分层燃烧。
在大负荷或者全油门的工况之下,是否为缸内直喷的发动机,消耗的燃油其实相差不大。反而在低负荷工况时,缸内直喷发动机的优点才充分体现出来。刚才已经说过缸内直喷发动机可根据负荷来决定喷油量,在低负荷时,喷油器只喷出最低限度的油量集中在火花塞的周围,气缸内的其他部分都是纯净的空气。区别于以往油气混合体均匀分布的状态,分层燃烧时可以控制喷油器,在活塞压缩行程达到最高点、火花塞点火前的瞬间才开始喷油。而且在燃烧时空气层隔绝了热,减少了热量向气缸壁的传递,从而减少了热量损失提升了发动机热效率。
同样,缸内直喷这种先进的燃烧技术也会带来一些负面影响。因为在低负荷工况下,会产生大量的NOX(氮氧化物)与高温,这样对于三元催化器的要求会很高。但是从现在一些已经采用缸内直喷技术的发动机来看,这个问题已经得到解决。
另外,由于GDI发动机的特殊设计,以及PCV (PositiveCrankcase Ventilation)曲轴箱强制通风对进气系统的二次污染,会造成进气系统、特别是进气门的严重积炭(图1),并且通过目前的免拆清洗方法无法清除进气门上的严重积炭。
针对于此种现像需要GDI车辆专用的清洗产品及技术,才能做到进气门积炭的完全清除,保证发动机的正常运转。
针对GDI车辆在使用时产生的问题,美国BG公司提出2个解决方案,包括预防积炭产生的解决方案及清除积炭的解决方案。
(1)预防积炭产生解决方案
针对直喷发动机积炭预防性解决方案,美国BG公司特别研制出BG109, BG110和BG208三款产品(图2),从发动机润滑系统和燃油系统入手,不仅能提高润滑油品质,清除燃油系统中产生的积炭,恢复活塞环的弹性和发动机缸压,提高发动机性能;同时还能在清除积炭之余,抑制积炭的产生,从而达到预防性保养车辆的目的。
(2)积炭清除解决方案
美国BG公司全新推出的GDI产品BG271、BG272(图3)。这两款产品是根据目前GDI车辆所产生的问题全新研发,通过其独特的清洗方法可以根除进气门积炭所带来的一切问题。