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一、什么是混注技术？

什么是端口喷射？缸内直喷之前，发动机的燃油被喷入进气管，然后在进气管内与空气混合形成燃油混合气，最后进入气缸参与燃烧。

什么是缸内直喷？即喷油器从进气管移到发动机气缸，在这里直接与空气混合，然后参与燃烧。说白了，空气和燃油通过两种方式进入发动机气缸。直喷技术最大的优点是可以提高压缩比，从而提高发动机的燃烧热效率。

什么是混注技术？采用缸内直喷技术后，燃油经济性和动力性有所提高，但排放处理难度更大，低温低负荷下的碳氢化合物、颗粒物和氮氧化物的处理增加了技术难度和成本。为了解决排放问题，将进气管喷射和缸内直喷相结合，形成混合喷射。其结构如下：(text cartech8/汽车工程师之家)

混合喷射系统结构示意图

二、缸内直喷的详细说明

要理解为什么采用混合喷射方式，就要了解进气口喷射方式和缸内喷射方式的优缺点。在国家排放和油耗法规的要求下，传统的进气道喷射存在燃烧效率低、经济性差的特点，Cartech8就不详细介绍进气道喷射发动机了，大家应该都比较熟悉。(cartech8.com，汽车工程师之家)我们主要介绍缸内直喷的工作控制过程，了解缸内直喷的优缺点。然后分析为什么要把两者结合起来。下图是缸内直喷的结构和工作原理图。

缸内直喷是将燃油喷嘴安装在缸内，将燃油直接喷入缸内与进气混合。喷射压力进一步提高，使得燃油雾化更加细致。同时，喷嘴位置、喷射时刻、喷雾形状、进气流量控制、活塞顶形状的特殊设计，真正实现了燃油喷射与进气混合的精确比例控制，使燃烧效率更高。另外，喷入缸内的燃油吸收了缸内的热量，降低了发动机敲缸的倾向，可以进一步提高发动机的压缩比。通常缸内直喷发动机都配备涡轮增压。这些措施解决了进气道喷射发动机系统的主要缺点，即发动机在部分负荷工况下(大部分发动机在城市道路上工作在部分负荷工况下)泵气损失大，燃油经济性差。缸内直喷发动机一般工作在三种工作模式：分层充气模式、均质充气模式和均质稀薄充气模式。三者的工作领域如下。

缸内直喷三种模式的工作区域

分层充气模式：

发动机在中小负荷和转速范围内一直以分层充气模式运行。空气从进气管进入气缸，与活塞顶部碰撞。因为活塞顶部做成了特殊的形状，所以在火花塞附近形成了预期的涡流。当压缩过程接近尾声时，少量燃油由喷油器喷出，形成可燃气体。这种分层喷射方式可以充分提高发动机的经济性，因为在低速低负荷时，除了火花塞周围的油气混合气浓度较高外，燃烧室其他部位只需要高空气含量的混合气。目前，一些发动机使用两次甚至更多次喷射来改善燃烧和减少NOx的产生，如下图所示：

在分层充气模式下，为了尽可能的减少节气门损失，节气门会尽可能的打开。节气门不能完全打开，因为碳罐和废气再循环系统需要一定程度的真空。喷射过程大约发生在压缩冲程的最后三分之一。在这种模式下，发动机产生的扭矩只由喷射的燃油量决定，进气质量和点火提前角影响不大。通过燃烧中的混合分层

-冷却液温度高于特定值。

-NOx传感器准备就绪，NOx存储催化转化器的温度在250C和500C之间.

均匀曝气模式

如上图，发动机工作在高速区或低速重载区，其工作模式与原进气模式基本相同。主要区别是汽油直喷发动机的燃油是直接喷入气缸的。在这种模式下，油门的开度取决于油门踏板的位置(如何控制请参考Cartech8的另一篇文章《动力性匹配之几张表搞定一辆车的动力性》)。发动机扭矩由点火点(短期)和进气控制质量(长期)决定。喷射的燃料量与进气量相匹配，因此空燃比=1左右。在均质充气模式下，点火点是影响发动机扭矩、油耗和排放行为的主要因素。

燃油喷射循环在进气冲程，燃油在上死点前300度左右直接喷入气缸。燃料蒸发所需的能量从燃烧室内的空气中吸收，从而空气被冷却。这样一来，与采用进气歧管的喷射式发动机的压缩比相比，压缩比大大提高。

均匀稀薄膨胀模式

该模式是分层充气模式和均匀充气模式之间的过渡区域。在这种模式下，短期扭矩需求由点火角实现，长期需求由空气质量实现。这些稀薄的混合物均匀地分布在燃烧室中。空气/燃料混合比大约为1.55。燃油喷射循环，在进气冲程中，燃油在上止点前300度左右直接喷入气缸。因为喷油点提前，所以为预点火混合气的形成留出了更多的时间，从而使混合气在燃烧室中分布均匀。

三种工作模式下的节气门开度

缸内直喷的优势：

1.节气门开度高于进气道喷射发动机，降低了泵气损失。发动机本身的损失减少。

2.发动机的稀薄燃烧提高了燃油经济性。

3.随着压缩比的增加，发动机的热效率增加。与同排量的一般发动机相比，功率和扭矩提高10%以上。

4.喷射压力进一步提高，使燃油雾化更加细致，真正实现了燃油喷射与进气混合的精确比例控制。

5.进气喷射发动机，20%的喷嘴安装在气缸盖上的进气门背面，80%安装在气缸盖附近的进气歧管上。发动机启动时，在进气门附近会形成一层瞬时液态油膜，这些燃油在每次进气过程中会逐渐蒸发到气缸内燃烧。由于冷启动时燃油蒸发困难，实际供油量远大于所需空燃比，会导致发动机在冷启动时出现4 ~ 10个循环的不稳定燃烧，并显著增加发动机的未燃HC排放。缸内直喷可以克服这个问题。

6.缸内直喷发动机加速减速时不需要补偿油膜。需要加减速修正的主要原因是进气道喷射中有燃油膜。当负荷变化较快，油膜平衡发生变化时，需要在短时间内通过喷油量进行修正。第二个原因是为了弥补传感器在非设计条件下的延迟。

缸内直喷的缺点：

1.增加压缩比，提高燃烧效率。如前所述，由于汽油直接喷入燃烧室，汽油蒸发吸收大量热量，发动机整体燃烧爆震倾向降低，因此可以提高发动机压缩比，提高效率。在提高压缩比后，低速高负荷区域仍然采用传统的燃烧方式(均质燃烧)，这是一个容易发生爆震的区域，但提高压缩比后，更容易发生爆震，有时甚至会出现超级爆震，这是传统方法无法消除的。

2.试验证明，启动过程中和启动阶段后排放的有害物质可达排放总量的90%(法规循环工况)。采用“分层燃烧启动”和“二次喷射加热”的方法加以改进。

3.(法)波形的

4.中小负荷下未燃碳氢(UBHC)的排放较多，主要是由于采用分层混合气时，火焰从浓区向稀区熄灭造成的，而稀空燃比工况造成的缸内低温不利于未燃碳氢的后续氧化。

5.由于空燃比不在理论空燃比附近，不能有效利用成熟的三元催化技术，所以NOx排放高。此外，GDI发动机较高的压缩比和较快的反应放热速率也会导致NOx增加。

6.气缸中更多的燃烧沉积物会造成火花塞污染。

7.发动机积碳，相对于排气门背面，进气门背面的积碳相对严重。曲轴箱通风系统是一大诱因。机油蒸气会被引入进气歧管，通过进气门进入气缸燃烧。附着在进气口和进气门背面的机油在高温作用下会形成积碳。在缺乏“自洁”能力的情况下(缸内无法冲洗喷嘴)，积碳会更严重。另一方面，在高温和排气气流的作用下，排气阀本身积碳的压力要小于进气阀。

三、混合喷射方式：缸内直喷和进气道喷射。

由于上述缺点，工程师们想出了采用缸内直喷加进气道喷射的办法。新结构如下所示。其结构特点是将进气道喷射和缸内直喷相结合，主要目的是解决排放问题。这种组合既有优点也有缺点。

混合注射结构图

直接喷射发动机和随后的进气道喷射发动机的排放高于PM(微粒物质)。主要原因是直喷燃油喷入缸内，混合时间短，油膜直接附着在气缸内壁和活塞顶部，燃烧时不易充分燃烧，形成PM。进气口喷射的燃油喷入进气歧管，油膜附着在歧管壁上，充分混合的可燃气体被吸入气缸，所以燃烧会更完全。PM和NOx是数学模型中的一对耦合参数，两者成反比。PM增加，NOx就会减少。在实际应用中，寻找PM-NOx曲线上的最佳点是所谓标定/校准中的一项重要工作，最终目的是使该点对应的PM和NOx相对较低。学术领域经常使用全局优化和解耦等复杂的数学方法来寻找这个最佳点。虽然在仿真中可以得到满意的结果，但在实际实验中效果仍然很差。直喷式进气道喷射并不是一项完美的技术，它没有克服直喷的固有缺点，与直喷相比降低了排放和性能。也缩小了直喷发动机小负荷稀燃的空间。

增加进气喷嘴的目的是在某些输出响应较慢的工况下降低排放，因为油气混合不好的结果不仅仅是PM。直喷式喷油嘴经过优化，满足快速混合喷射策略(实际上是多次喷射)的要求，发动机的整体性能主要来源于这种优化后的直喷式喷油嘴。进气喷嘴只是起到一些辅助作用，比如提高冷启动性能，降低HC，当然也有助于降低PM。请到汽车工程师家里来，对以上错误提出你的宝贵意见。

1.当机器处于冷态时，通过入口喷射小负荷和中等负荷，以减少HC和颗粒物的产生。

2.发动机暖机时，小负荷区采用进气道喷射，中小负荷采用进气道喷射加直喷模式。以减少NOx和颗粒物质的产生。

混合喷射发动机的工作模式

奥迪1.8TFSI发动机直喷歧管喷射混合喷射模式

奥迪1.8TFSI发动机使用的燃油喷射系统在极端条件下最大喷油压力为200Bar，最小喷油压力为150Bar，高于其他品牌使用的直喷系统。

长安1.5T混合喷射发动机基本参数

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