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CHAPTER
08
汽油直接噴射系統
大 綱
8-1 概 述
8-2 GDI引擎的設計
8-3 供油模式及性能表現
進氣口噴射：噴油嘴安裝在各缸進氣口前方，將汽油噴入進氣歧管內。
燃燒室噴射：噴油嘴安裝位置在燃燒室內，又稱為直接噴射(direct
injection)，簡稱為DI系統。
(a)進氣口噴射
(b)燃燒室噴射
圖8-1
噴油嘴安裝位置
P. 2
汽油直接噴射與傳統進氣口噴射引擎之比較：
比較項目
GDI引擎
一般MPI引擎
噴油嘴安裝位置
氣缸蓋
進氣歧管
噴射點
氣缸內
進氣門口
進氣門通過
純空氣
混合汽
燃油壓力
高（約50kg/cm2）
低（約3kg/cm2）
壓縮比
12：1
9～11：1
表8-1
GDI與MPI引擎比較
P. 3
GDI引擎的優點
(1) 汽油直接噴入氣缸內，燃料供應的精確性及加速反應性均獲得提升。
(2) 電腦對噴油時機和噴油模式的控制更具彈性，能進行超稀薄燃燒，且
廢氣中HC、CO及CO2的發生量均可有效減少。
(3) 汽油直接噴入氣缸內降低了缸內溫度，因而使空氣密度提高，容積效
率增加。
(4) 噴入氣缸內的燃油有冷卻缸內溫度的效果，可減緩爆震發生的機會，
因此氣缸壓縮比可提高至12：1左右。
(5) 進氣門只通過純空氣，氣門頸處不會產生積碳。
P. 4
三菱汽車公司之GDI引擎
圖8-2
GDI引擎側視圖
P. 5
三菱汽車公司在GDI引擎結構上有若干的創新設計：
（一）幾近垂直的進氣導管
能提高燃油的分佈以及霧化效果外，並導引油汽至火星塞電極位置。
(a)GDI引擎
圖8-3
(b)傳統MPI引擎
幾近垂直的進氣導管
P. 6
垂直進氣導管同時會在缸內形成順時針縱向迴轉渦流，與一般進
氣之橫向渦流有所不同。
(a)縱向渦流（GDI引擎）
圖8-4
(b)橫向渦流（一般引擎）
垂直進氣導管產生的進氣渦流
P. 7
（二）深碗形凹面活塞頂部
活塞頂部製成深碗形的凹面形狀，其目的為：
1.配合垂直進氣管產生強勁迴漩渦流。
2.將噴油嘴噴出的燃料導引至火星塞電極處，使超稀薄燃燒變成可能。
圖8-5
不規則形狀的活塞頂
P. 8
噴油嘴噴出之燃料，利用活塞頂部的特殊曲面設計，將燃料導引至火星
塞中央電極的過程。
圖8-6
凹面活塞頂部對混合汽的導引
P. 9
（三）渦漩式噴油嘴
利用噴嘴末端渦流部及閥座的特殊設計，能產生強烈渦流，提供
霧化更佳、分佈更廣的燃油噴射效果。
圖8-7
渦漩式噴油嘴（三菱汽車）
P. 10
噴油嘴在不同供油模式時，燃油粒子在噴出時之分佈情形
(a)壓縮行程噴射
圖8-8
(b)進氣行程噴射
噴油嘴噴射情形
P. 11
（四）高壓燃油泵
係由進氣凸輪軸所直接驅動的單柱塞燃油泵，可提供50kg/cm2的
燃油噴射壓力，使燃油得以噴入燃燒室中。
圖8-9
高壓燃油泵構造（三菱汽車）
P. 12
三菱公司分採GDI及MPI噴射方式的兩具同型引擎之規格比較
項
目
4G93GDI式
4G93傳統MPI式
缸徑×行程(mm)
81.089.0
←
排氣量(cc)
1834
←
氣缸數
4
←
氣門機構
型式
DOHC
←
氣門數
進氣門：2 排氣門：2
←
壓縮比
12.0
10.5
活塞頂面
曲面頂活塞
平頂活塞
進氣導管
幾近垂直
標準設計
噴射方式
氣缸內噴射
進氣口噴射
燃油壓力(kg/cm2)
50
3.3
表8-2
GDI與傳統MPI在規格上之比較
P. 13
GDI引擎因應不同行駛狀況下的動力需求，有三種供油正時模式
（一）壓縮行程噴射(compression stroke injection)
當車速低於120km/hr的輕負荷巡行狀態時，採超稀薄燃燒模式
(ultra-lean combustion mode)，空燃比為非常稀薄的40：1。噴油正時則
是燃油在壓縮行程的後期，也就是活塞快接近上死點時噴入氣缸。
圖8-10
壓縮行程噴油模式
P. 14
（二）進氣行程噴射(intake stroke injection)
當車速高於120km/hr時，則採加強輸出模式(superior output mode)。在
進氣行程間噴出均勻且較濃的混合汽，以使輸出動力加大。
圖8-11
進氣行程噴油模式
P. 15
（三）進氣及壓縮行程噴射(intake & compression stroke injection)
在車輛突然加速以及重負荷時，採兩階段混合噴油模式(two-stage
mixing mode)。電腦會控制噴油嘴在進氣行程時先噴入少量的汽油來冷
卻缸溫，以防爆震的發生，此時缸內之空燃比約為60：1。主噴射量則
是在壓縮行程末期再噴入氣缸內，如此將能使混合汽達到12：1的濃混
合比狀態，以提高引擎動力輸出。
圖8-12
兩階段混合噴油模式
P. 16
GDI引擎怠速時的油耗性表現
GDI引擎怠速約在600rpm，傳統MPI引擎則在750rpm左右，故
GDI引擎在怠速運轉時省油達40%。
圖8-13
怠速耗油率之比較（三菱汽車）
P. 17
GDI引擎巡行速度時的油耗性表現
因為GDI引擎燃料霧化效果佳，同時配合超稀薄燃燒的供油模式，
油耗性較傳統MPI引擎節省約35%的燃料。
圖8-14
巡行速度耗油率之比較（三菱汽車）
P. 18
GDI引擎的動力表現
GDI引擎的扭力和馬力輸出表現，均較相同排氣量的傳統進氣口
噴射引擎高出約10%左右。
圖8-15
GDI引擎與傳統引擎出力之比較
P. 19
GDI引擎對廢氣汙染物的控制方法主要有下列三種方式
1. 新式三元觸媒轉化器
2. 高回流量的EGR系統
3. 兩階段燃燒+反應型排氣歧管
圖8-16
廢氣排放控制方式
P. 20
圖8-17
兩階段燃燒供油模式
P. 21
※兩階段燃燒加上反應型排氣歧管，可使觸媒轉化器預熱至200℃的時
間，由原本傳統引擎的100秒大幅縮短至20秒左右
圖8-18
觸媒升溫耗時之比較
P. 22