GDI引擎：在压力下最大程度地减少排放并提高性能

据估计，到2025年，约有4000万台直喷汽油发动机被售出。从这一点来看，这些发动机排放的细小粉尘颗粒比采用前室喷射的发动机，甚至是最新的带颗粒过滤器的柴油机更危险，这一点令人吃惊。


潜在的市场份额不断增加，意味着GDI的颗粒物排放--尽管与未过滤的柴油机相比相对较低--现在正受到制造商和监管机构更严格的审查。
为了减少这些排放，同时提高性能，工程师们目前正在研究新的设计和概念，包括增加燃料压力、替代燃料和排放控制系统。
据位于迪尔伯恩的福特研究和创新中心化学工程和排放处理后的技术总监Matti Maricq介绍，将燃油直接注入气缸，可以产生清洁燃烧的爆炸，浪费很少的燃油，释放更多的动力。
在这一过程中，燃料直接喷入燃烧室最热的地方。这样可以使燃烧更加彻底、均匀、柔和。
清洁燃烧的GDI发动机排放危险颗粒
但是，由于燃料挥发不完全，部分燃料富集区以及活塞和气缸表面的 "加湿"，GDI发动机会产生不良的细小粉尘颗粒。大多数排放通常发生在冷启动和暖机阶段的高负荷过渡情况下。然而，这可能会因负载、驾驶周期阶段和驾驶员需求而变化。
尽管 "绿色 "批评者仍然对所谓的 "发动机管理 "方法持怀疑态度，因为他们认为与排气过滤器相比，这些方法并不可靠，但大多数OEM厂商和零部件供应商预计，技术变革和改进的设计最终将被证明更具成本效益，而且同样可靠。
从目前的发展状况来看，更高的燃油压力，可能在40MPa左右，再加上新型高精度喷油器，将大大改善未来的GDI系统。为了进一步优化系统，喷射器的工程师将进一步完善定时、瞄准、测量和雾化。
在SAE最近发表的一项研究中发现，提高燃油系统压力可以改善混合气的均匀性，减少扩散火焰。这就大大降低了GDI发动机均匀燃烧下的颗粒物排放。
此外，由于在20兆帕至40兆帕的燃油压力下改进了进气装料运动，进一步降低了颗粒物的排放。
燃烧数据表明，提高燃油压力对减少燃烧排放、优化燃油消耗有重要影响。
精确测量燃料压力
然而，为了使GDI系统达到最佳工作状态，在设计和测试阶段，正确测量共轨（CR）中的燃油压力是非常重要的，这样才能对ECU进行相应的映射。
测量CR燃油压力是降低颗粒物排放的关键。直接喷射压力用传感器测量，信号用于确定泵的速度和/或体积。
大多数直接喷射系统在系统的低压侧使用压阻式压力传感器。当施加压力时，硅芯片元件会产生一个可测量的电压。它随着压力的升高而增加。
在高压侧，传感器通常使用电阻桥上的金属膜片。当施加压力时，电桥产生电阻的变化，表现为施加电压的变化。电子控制模块将电压转换为计算的压力--通常精确度为±2%。
为了保持正确的压力，电子控制模块对低压泵进行脉冲。该系统通常有一个调节器，没有回线。有些系统甚至在管路中内置了温度传感器，用来计算燃料的密度，从而根据燃料中的能量来调整燃料内衬。
为了维持正确的压力，电子控制模块对低压泵进行脉冲控制。该系统通常有一个调节器，没有回路。一些系统甚至在线路上具有内置的温度传感器，用于计算燃油的密度，以便可以将燃油罩调整到燃油中的能量。
为了确保准确测量管路压力，重要的是使用高精度压力变送器在所有发动机和负载条件下绘制CR压力。在此过程中的任何错误都可能导致CR压力的错误调节。结果是严重的偏差。
随着统一驾驶周期的引入，原始设备制造商面临着新的压力，要遵守当局规定的排放水平。 GDI汽油发动机将处于新一代绿色技术的最前沿。但是，为了使该技术符合将来的法规，必须减少颗粒物的排放——在很大程度上要通过仔细检查CR燃料压力来实现。