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Mitsubishi GDI(汽油缸內直接噴射)引擎

Mitsubishi GDI(汽油缸內直接噴射)引擎

http://www.autoth.com/topic/gdi.htm

Mitsubishi GDI(汽油缸內直接噴射)引擎

 

直接噴射之基本概念

在一般在引擎中,其燃油與空氣都是在進氣門前就已經混合了,如化油器引擎在文式管之後就進行混合了,而噴射引擎則在進氣門之前,噴油嘴噴出開始混合,如圖1所示。而GDI則是如同柴油引擎一樣將燃油直接噴入汽缸,並以非常精確的方式來控制,避免無的浪費。

另外可以參考一下噴油流動的動態圖

圖1.GDI引擎與其它引擎噴射方式的不同

Mitsubishi GDI引擎比其它汽油引擎來得更有效益的四項技術革新:

1. 垂直式的進氣孔口主要是在汽缸內得到適宜的氣流控制。
2. 活塞頂部或曲線形主要是為使燃燒更好。
3. 高壓燃油泵是用來泵送加壓之燃油至噴油嘴。
4. 高壓渦流式噴油嘴主要是得到適合的混合氣。

為達到此一目的,GDI利用兩種模式來完成,一為超稀薄燃燒模式,另一為較大輸出模式。

超稀薄燃燒模式:
在此模式中當速度上升至120km/h時,GDI引擎會以 一空燃比為40:1之超低混合比來完成燃燒。一般傳統式為14.7:1,稀薄燃燒引擎為22:1,GDI引擎為40:1,在壓縮行程為後期,高壓渦流式的噴油嘴會以密集之方式向活塞頂噴射,進而形成渦流螺旋之氣流,沿著順時針翻滾氣流保持燃料集中噴射在火星塞的四周,當點火時,再介由半球型之活塞頂控制,一股強而有力的燃燒力量瞬間爆發,沒有多餘的燃燒被浪費掉,因此整個燃燒效率改善了20%。其燃燒順序如圖2所示。


1.活塞向下運動 2.燃油被噴射 3.活塞向上運動 4.火星塞點燃混合氣

在傳統的MPI引擎,在燃燒特性上有非常大之變化,就是限制了混合氣的稀薄,但在GDI引擎分層次的混合氣大大地降低了空燃比,而且不會導致燃燒更不良,例如,當在怠速運轉中,燃燒非常的慢且又不穩定,然而GDI引擎甚至可以用40:1之非常稀的混合氣來維持穩定的燃燒。

更大的輸出模式:
在此模式,當在一較長的進氣行程中,類似錐狀的噴濺經由蒸發來冷卻汽缸,並藉由冷卻效果來防止敲缸,所以4G93 GDI引擎可以在12.5:1的高壓縮下運轉,而且有顯著的動力與扭力,它的高容積效率與渦輪增壓所產生之效果類似。所以輸出與扭力比傳統引擎更大,這就是更大之輸出模式。
在更大輸出模式中,GDI引擎提供了明顯的加速性能,如圖3所示,GDI引擎與傳統式引擎在同為手排變速箱的條件下由0~100km/hr的加速情形,GDI引擎的車子只要9.3秒,而傳統的多點噴射引擎卻需要10.5秒。

圖3.GDI與傳統引擎速度之比較

如圖4所示,可看見噴油嘴之噴油狀況成分散式噴射,使燃油與空氣混合氣更為均勻,燃燒更完全,當活塞在下行進氣行程,因進氣行程實際的由軸轉角比壓縮動力來得大,又在排氣行程之後,所以噴油嘴在進氣行程中先行噴入60:1的混合氣,用來冷卻汽缸。

噴油行程與活塞凹槽作動圖

圖4

兩階段混合:
此模式是專為歐洲4G93 GDI所開發也就是燃油被噴射兩次,先前一次較少量,如上所述,用來冷卻汽缸用不會燃燒,後來為主要噴射,為高混合比約為12:1將會被完全燃燒。

噴油動態圖A 噴油動態圖B

在汽缸內的氣流
Mitsubishi Motor花了相當多年的時間來研究汽缸內氣流的最佳效益形狀,終於產生了屬於GDI引擎所用的「順時針翻滾」(Clockwise Tumble)式的流動形狀。
傳統引擎的汽缸內會產生其渦流式的氣,而這種渦流氣無法集中燃油,會在汽缸外緣流動,所以無法完全燃燒,如圖5所示。也可以參考上圖中氣流翻滾的作用。

圖5

翻滾式的流動可解決這個問題,此形式是受汽缸的壓縮而將氣流分散的,這些氣流能使燃料被集中在火星塞的四周,並有非常好的燃燒效率,甚至可以使用極稀的空燃比。那什麼不使用逆時針翻滾呢?那汽流將會帶走一些直接噴射的燃油,飛賤到火星塞的凹槽內,而形成積碳。導致無法點,並且逆時針翻滾的氣流無法使直接噴射的燃油氣化。

如圖所示,活塞的凹槽

GDI引擎的優點
一、 與傳統式引擎的比較
1. 燃油經濟性更好
2. 最高動力相似
3. 扭力更好,特別在低轉速時
4. 有害的氣體更少

二、 與柴油引擎的比較
1. 更大的動力與扭力
2. 操作更迅速
3. 振動少
4. 反應更敏捷
5. NOx的含量更少

三、 與稀薄燃燒的汽油引擎的比較
1. 燃油經濟性更好
2. 輸出較大
3. 扭力更大
4. 有害氣體更少

具有兩個空氣流量計與燃油輸送之精密控制系統 GDI引擎 Mitsubishi GDI 引擎

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