為何缸內直噴發動機的顆粒物排放會不如以前的歧管噴射發動機？

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這個問題我從幾個方面來回答：
微粒你是誰？
微粒你從何而來？
微粒你要幹嘛？
1、微粒微粒你是誰：
若以微粒直徑分類，微粒可以分為總懸浮顆粒，可吸入微粒（PM10），細微粒（PM2.5），超細微粒。
PM10，可吸入顆粒，粒徑在2.5-10微米之間，大部分能夠被鼻腔的擋住，但是一部分還是能夠留在呼吸系統。
PM2.5，可入肺顆粒物，可直接進入支氣管。PM2.5表面積大能夠攜帶大量的有毒物質。
超細微粒是指直徑小於100nm的微粒。他非常容易進入肺泡，相對錶面積大，能夠攜帶大量有機物和重金屬。
若以生成機理分類，又可分為核態微粒，聚集態微粒，粗粒子模態微粒。
核態微粒：粒徑為5-50nm的排氣微粒。核態微粒是由缸內燃燒過程行程的未完全燃燒碳核、揮發性碳氫、含硫化合物以及部分金屬化合物組成的。
聚集態顆粒：粒徑在50-1000nm，主要來自燃油嚴重不完全燃燒形成的碳質初生核態粒子，核態粒子繼續集聚成團並在表面還吸附了一些半揮發性物質形成了聚集態微粒。
粗粒子微粒：粒徑大於 1μm 。一般是被氣流帶出的燃燒室內積碳。不多。

圖片來源於文獻。
從圖中可以看出，汽油機PM主要以有機物為主，其次是某不明成分，然後是碳粒。
汽油機微粒主要是有機物，或者低分子量的物質。

2、微粒你從何而來：
眾所周知，GDI發動機比PFI發動機要產生更多的微粒排放。
當GDI切換到分層燃燒模式時，由於混合氣混合的時間短，缸內燃燒模式為擴散燃燒，燃料邊混合邊燃燒，就會出現局部混合不均勻，出現高溫缺氧區域，微粒大量生成。

soot產生區域：

從圖中可以看出，當量比在4以上，溫度在2000K左右，會大量產生soot.
GDI分層燃燒生成碳煙主要有兩途徑：
（1）預混火焰在濃區傳播時生成
（ 2）燃燒後期在油膜蒸發擴散火焰火焰中（活塞頂）產生。
除了擴散燃燒方式容易產生積碳，燃油在噴射過程中碰觸活塞頂，氣門或者缸壁都會產生soot排放，俗稱impingement。
就發動機工況而言：冷啟動工況和大負荷工況容易引起微粒排放增加。
就微粒特性而言：不同的工況產生的微粒粒徑分布是不一樣的。大負荷工況容易產生大的聚集態顆粒，怠速和小負荷容易產生細小顆粒（PM2.5）。3、微粒微粒你要幹嘛：
微粒會引起霧霾天氣，危害人體健康，這個就不用多說。
而缸內直噴技術會導致燃燒室積碳的增多。
第一：進氣門的背部是很容易產生積碳的，而歧管噴射發動機在進氣過程中，汽油能夠對進氣門背部起到清洗的作用，汽油也是很好的積碳清洗劑。而直噴發動機卻沒有這個功能。
第二：直噴發動機噴油器工作時，油束會碰壁，導致在缸壁，活塞頂，氣門處會產生積碳，而這些積碳在高溫下就是熱源，會引起汽油機爆震。
完畢。
請多多指教！

@李捷的答案基本把原理講完了，我來講點實際標定時的案例。

大家應該知道豐田現在的D4S（進氣岐管+直噴）技術已經基本解決了低轉速低負荷時pm2.5排放激增的問題。但實際標定時需要注意的問題還是挺多。

一是何時進行噴射方式的切換。
光靠理論和模擬這個肯定找不到最優值，只能靠經驗圈定大致範圍後一個個點跑了，而且在實驗過程中我們發現對實驗機型來說岐管50%+直噴50%對部分工況來說才是最優解的現象，這更是光靠理論很難得到的結論，所以說內燃機技術靠積累這種說法一點不假。

二就是直噴噴射時機的確定。
到底是在哪個衝程的那個曲軸轉角進行噴射才能達到pm排放相對最少和扭矩相對最大？實際一開始標定我們沒測pm直接按經驗值定的噴射時機，結果搭載到實車跑排放的時候跑了兩個循環分析計的濾紙就一片漆黑了，一測pm直接爆表，無奈只能回台架找原因，後來經大神指教換了下噴射時機發現其和pm大致是u形相關，最大值和最小值差了幾十倍。

以上就是我在實際工作中遇到的情況，如果有人今後進行類似工作或研究時希望能對你有所幫助吧。

首先我們要知道顆粒物在是如何生成的。顆粒物主要由碳煙（soot）、可溶性有機物和硫酸鹽（來自潤滑油，主要是ZDDP）組成。在可燃混合氣混合不均勻時，燃燒不充分，未燃燒完全的碳煙顆粒具有極大的表面積（類似活性炭），會吸附上述其他成分形成顆粒物。
缸內直噴汽油機的燃料與空氣混合時間比歧管噴射要短得多，可燃混合氣混合不夠均勻，在預混燃燒的同時還有一定的擴散燃燒，這種燃燒形式的火焰擴散緩慢而且容易形成新的火焰中心，會造成顆粒物排放上升。

mfi汽油在進氣門關閉時噴到進氣門背面，有足夠的時間蒸發；
di汽油以液滴的形式噴入氣缸，邊蒸發邊燃燒，大的液滴沒等蒸發完就碳化，形成顆粒

首先要明白直噴與歧管噴射的區別：
直噴：顧名思義，燃油在燃燒室內噴射，燃油與空氣混合時間短，混合不均勻程度高。
歧管噴射：在歧管里噴射（燃燒室外），燃油與空氣混合時間久，油氣混合均勻。
從油氣混合時間上講：直噴短，油氣混合不充分，缺氧的燃油會發生裂解、脫氫，最後生成碳煙微粒；而歧管噴射長，油氣在點燃之前，混合已經比較充分，缺氧的燃油部分少，燃燒充分，碳煙微粒相對較少。
從工作熱負荷來講：直噴汽油機較歧管噴射熱負荷大，氣缸蓋、活塞頂向的溫度高，油氣燃燒環境高，高溫高壓環境致使缺氧燃油更快形成微粒，並且高溫引起燃燒產物加速離解成CO、H2等，嚴重時也析出碳粒;同時過熱燃燒室表面更容易產生沉澱物,形成微粒。
從噴射方式上講：直噴不可避免的使得部分燃油噴射在氣缸壁、活塞頂部、缸蓋等部分，被潤滑油膜吸附，此部分燃燒不充分；另外還有部分燃油噴到狹窄的縫隙中，此狀況面容比較大，容易產生狹隙效應，燃燒火焰不能在里傳播，即缺氧產生微粒。而歧管噴射則避免了這方面的危害。
從燃燒方式來講：直噴的燃油邊擴散邊燃燒，當然相對於已經油氣混合好的歧管噴射方式，同樣會致使混合不均勻，燃燒不充分，而易產生微粒。

PS:其實，對於平民老百姓買代步轎車，不必過分追求「新」技術發動機，像直噴汽油機非常容易積碳，經常保養而花費的錢也不少，同時一瓶清潔劑的價格也是相當可觀的，不僅浪費時間也浪費錢,大家斟酌。
歡迎討論！

我的理解是，低負荷條件下，缸內直噴在汽缸內的油氣混合不如歧管噴射在進氣道的混合更充分，缸內直噴的燃燒是由中心向四周擴散，先點燃中心較濃的混合氣，再點燃周圍較稀薄的混合氣，必然會產生較多的未燃燒碳氫化合物和氮氧化合物。

至於為什麼高負荷條件下燃燒情況大幅改善，可能和缸內的工作溫度有關吧！

這個問題其實比較好理解，顆粒物其實就是沒有完全燃燒的油滴，高溫中形成的，在柴油機上一般來說叫PM，particle Matter。為啥汽油機沒有呢？在原來的PFI發動機里，油滴在氣門口就被充分的吸熱，蒸發了，等進入到了氣缸內的時候就可以形成較好的混合氣，燃燒的也比較完全。

GDI顧名思義就是講燃油直接噴射到氣缸內，相比於PFI發動機來說油氣混合的時間較短，油滴要在氣缸內進行蒸發吸熱，這個也就是為什麼GDI發動機可以使用更高的壓縮比，因為缸內的溫度被降低了。在氣缸內吸熱的時間與效果顯然沒有PFI發動機的時間長，這就是為什麼汽油機也才朝著高壓噴射的方向發展，一般來說壓力越大，霧化效果越好，不過即使這樣還不夠，在缸內燃燒過程中還會生成許多顆粒物，不過對於GDI發動機來說，在歐洲是有著PN，就是particle number，對GDI發動機而言有著顆粒物的數量的規定，目前印象里，國內還沒有對這項有要求，說不定以後GDI發動機也需要像柴油機那樣加個DPF才行了~

1、直噴的油氣混合程度低，有部分程度的擴散燃燒（可聯想柴油機黑煙）。
2、直噴汽油揮發量小，汽油分子與空氣接觸面積減小。

缸內直噴一般是來通過稀薄燃燒來節省燃油和增大壓縮比，稀薄燃燒的空燃比大於理論混合比14.7:1，有的會達到25:1，此時燃油濃度過低無法點燃。所以稀薄燃燒會和分層燃燒聯繫起來，先點燃火花塞附近的濃混合氣，再分層燃燒稀混合氣，分層混合氣不均勻，不能形成良好的油霧，燃燒過程中就會產生顆粒物。還有就是混合氣形成時間過短，在燃油噴射時會碰壁，形成較大的油滴等，在燃燒過程中也會產生顆粒物。

直噴發動機顆粒排放確實比歧管噴射的大，日本一直不使用直噴發動機也是這個原因，還有一個原因是直噴發動機容易使歧管內部積累積碳。原來看過一個報道，德國的車的顆粒排放是日本車的好幾倍