发动机低速或中速运转时采用分层充气模式，工作过程如图7所示。此时节气门为半开状态，进气歧管翻板会将下部进气道完全关闭，这样吸入的空气在上部进气道内流动的速度就加快了，空气会呈旋涡状流入气缸内，活塞上的气流凹坑会增强这种涡旋流动效果，从而在火花塞附近形成所期望的涡流。当压缩过程接近尾声时。少量的高压燃油（50 bar-100 bar)被喷到火花塞附近区域．由于喷油压力较高，使缸内的直喷油雾颗粒直径达到20 N.m-25 N.m,而MPI发动机的油雾颗粒直径为200 N.m,因此雾化效果极好。燃油喷射出后撞在活塞顶部的燃油凹坑，结果在火花塞附近形成可燃气体（混合气形成只发生在40°-50°曲轴角，空燃比λ=1.6-3 )，最后于上止点前点火，燃烧集中在火花塞周围，另外在燃烧后，被点燃的混合气与气缸壁之间会出现一个隔离用的空气层，其作用是降低通过发动机气缸体散发掉的热量。这种分层充气模式可充分提高发动机的经济性，因为在转速较低、负荷较小时除了火花塞周围需要形成浓度较高的油气混合气外．燃烧室的其他地方只需空气含量较高的极稀混合气即可，周围这些极稀的气体起到隔离热量的作用，缸壁热损耗减小，发动机热效率得到提高，只是点火时刻范围窄。

2.2均质稀混合气模式

    均质稀混合气模式工作过程如图8所示，进气与分层充气相同，节气门部分开，此时进气歧管翻板仍然关闭（中等负荷和转速范围时是关闭的）。燃油约在点火上止点前300°（进气行程）时喷入，空燃比λ= 1.55左右，在进气和压缩两个行程来充分混合油和气，混合气形成的时间较长。点火后，整个燃烧室内都在燃烧，没有隔离空气层，点火时刻范围较宽。

2.3均质模式

    均质模式工作过程如图9所示，在发动机负荷较大且转速较高时。进气歧管翻板就会打开，于是吸入的空气就经过上、下进气道进入气缸，如图10所示。此工况下，喷油、混合气形成和燃烧与均质稀混合气模式是一样的，只是空燃比λ＝1。

3结语

    综上所述，缸内直喷发动机有以下几个优点。

    (1)在分层充气模式和均质稀混合气模式工作时，入值分别为1.6-3和1.55左右，因此燃油消耗较低。

    (2)缸壁热损耗小。由于分层充气模式的燃烧只发生在火花塞附近，所以缸壁上的热损耗是很少的，热效率提高了。

    (3)废气再循环率高。强制分层充气可使废气再循环率高达35%，在均质模式(转速低于4000 r/min且中等负荷时)也发生废气再循环，但在怠速时不发生。

   (4)压缩比高。吸入的空气通过燃油在燃烧室直接喷射雾化而冷却下来，降低了爆震的可能性，可提高压缩比，这就提高了压缩终了时的压力，热效率也就提高了。

    然而，缸内直喷发动机也存在以下问题。

    (1)N0x含量高。在稀混合气模式时燃烧产物中NOx含量较高，传统的三元催化净化器无法对NOx进行足够的转换，因此研制了NOx存储式催化净化器，使得尾气排放满足EU4排放标准。

    (2)汽油中的硫。与NOx化学性质相似，汽油中的硫燃烧后的产物也同样存储在NOx存储式催化净化器中，燃油中的硫含量越多，存储式催化净化器就必须更频繁地进行还原反应，这就提高了燃油消耗率。

    缸内直喷技术对汽油的油品质量是个严格考验，正是基于这个原因，德国大众针对中国新研发的缸内直喷发动机上取消了分层充气模式、均质稀混合气模式和NOx存储式催化净化器．只保留了均质充气模式，并致力于增加发动机功率和转矩所带来的驾驶乐趣及动力性和经济性，所以研发出带涡轮增压的汽油直喷发动机（TSI发动机），涡轮增压的主要作用就是增加发动机进气量。提高发动机充气效率从而提高发动机的功率和转矩。一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器时相比可增加40％甚至更高。

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