图23 湿壁效应
（3）直喷系统更容易产生气门积碳
直喷系统的汽油直接被喷到了缸内，而进气道喷射是将汽油喷到进气门背面进行蒸发的。由于汽油是一种高效溶剂，可以不断的清洗气门表面，因此积碳不会聚集。而直喷发动机气门没有汽油清洗，更容易积碳。这也是一般直喷发动机明里暗里都要求大家使用燃油添加剂的原因。
（4）部分工况燃油经济性不佳
直喷系统需要一套高压油轨，在诸如中低负荷下，高压油轨也要保持在20MPa左右，对发动机负荷较大。而进气道喷射的油轨压力只要500kPa，对发动机附件的消耗较低。另外，在完全暖机下，进气道喷射下的燃油雾化时间长，能够和空气充分混合，燃烧更为充分，可以提高燃油经济性。经过丰田内部实测，发动机完全暖机下，怠速工况进气道喷射的燃油经济性可以提高2%~3%。
丰田在D-4基础上，增加一套进气管喷射系统，形成D-4S。
5.2 双喷射系统应用
基于上述研究，丰田为了提高热效率，提高高压缩比下的抗爆震性能，丰田在D-4基础上，增加一套进气管喷射系统，形成D-4S，示意图如图24。
图24 双喷射系统示意图
双喷射系统的硬件设计不难，难点在于控制策略与控制方案的制定。丰田通过大量验证，控制方案制定如下：
PS:此为示意图，实际这个策略map为3层，低温、半暖机、完全暖机，这里省略半暖机。
图25 双喷射控制策略
（1）正常温（图25左）
①绿色为正常工作下的怠速工况，在此负荷下采用PFI喷射，因为怠速工况发动机负荷小转速低、PFI有充足的时间进行喷油和雾化，燃烧的更为充分，能够大幅度的降低颗粒物排放，且发动机高压油泵不需要工作，发动机热效率可以提高。
②黄色为中低负荷中低转速工况，采用混合喷射。一方面采用PFI燃烧更加有利，但是随着负荷转速增加，PFI喷射时间延长，后半段喷射的燃油雾化性下降，因此采用混合喷射，并根据实际情况改变喷射比例。PFI：DI=3：7~7：3。
③灰色为中高负荷中低转速工况，采用多次直喷，在合适的曲轴角度下喷2次。让燃料不会在活塞顶面附着，也不会喷射至汽缸壁引起颗粒物排放超标。2次喷射的比例约为5：5。
④红色为高负荷中低转速工况，采用多次直喷，在合适的曲轴角度下喷3次，这里在（3）的基础上考虑到负荷较大，容易爆震，因此在压缩行程上止点前再喷1次，给燃烧室降温，从而让点火角维持在MBT。一般3次喷射的比例为5：3：2，或者5：4：1。
⑤此工况为特殊工况，主要考虑到保护直喷喷油器，由于此工况转速较高，直喷喷油器温度会上升，因此采用直喷1次的方式，通过燃油给喷油器适当降温。
⑥次为高转速中高负荷，采用DI1次，当转速高于3500rpm后，还采用多次喷射的话，高压泵的升压速度赶不上转速变化，会导致喷油的精度下降，所以不采用多次喷射。
（2）低温（图25右）
①低转速低负荷采用DI1次喷射，因为低温下PFI雾化性不佳，一旦油品偏重质的话容易造成燃烧不稳定。用DI可以避免油品轻重质的影响。由于此工况负荷低，总喷油量较少，采用2次喷射的话，第二次喷油容易受到喷油器物理最小喷油量的限制，因此采用1次喷射。
PS：针对此，丰田创新性的提出黑科技局部升程控制（partial lift control）解决了此问题，我是这个控制逻辑应用的担当，内容后文再讲，有兴趣的可以搜美国专利US20180209370A1、US20170175653A1、US20160348604A1。
②中负荷中低转速工况下采用DI2次喷射，和正常温下一样，让燃料不会在活塞顶面附着引起颗粒物排放超标，也不会喷射至汽缸壁引起机油增多问题。
③同正常温一样。
④同正常温一样。
（3）典型喷油时刻（图26）
图25主要是不同的喷射策略，图26就是具体的喷射时刻，这里拿来出的都是典型工况下的喷射时刻。在整车标定中，会根据不同的环境、温度、气压、发动机状态进行不同的设计，比如冷启动的局部升程喷射分层燃烧，比如启停系统工作的再启动，比如极低温的PFI DI，比如暖机模式的PFI DI，比如PFI吸气同期喷射，比如喷油器误差学习的强制喷射等等，展开内容过于复杂，在此略过。
图26 典型的喷射时刻图
（1）DI1次喷射的时刻大约从BTDC300CA左右开始（不是精确值），根据不同转速负荷，结束时间在BTDC260CA~BTDC200CA，这里通过验证，最好燃油喷射时刻处于气缸湍流强度最高的时刻，并且考虑活塞位置，避免燃油喷射在活塞顶面或者气缸壁面。
（2）DI2次喷射考虑的内容一是2次喷射的比例多少合适，5：5还是2：8还是3：7，二是第2次喷射要尽可能利用湍流来抑制喷雾长度，还要保证有足够的燃油雾化时间，一般设计在BTDC160开始。
（3）DI3次喷射在DI2次喷射基础上，由于发动机负荷大，燃烧室温度高，为了追求MBT点火角，在活塞上行增加1次喷射，降低燃烧室的温度，抑制爆震，让压缩比能够维持在13：1。
（4）PFI喷射为了保证充分雾化，在吸气之前的做工工程就已经开始喷油，由于油压较低，喷油时间较长，和DI逻辑不一样的是，DI往往限定喷射开始时间，PFI而是限定喷射结束时间，在此时间之后还有燃油喷射的话雾化性无法保证。
（5）混合喷射下，PFI在做工冲程喷射，DI在延迟的吸气冲程喷射，通过不同的比例，实现最佳的燃油经济性与排放性能。
PS：从硬件结构来说，双喷射只是单纯的增加一套。但是对发动机控制系统的复杂性来说，成几何倍数的增加。这也是目前只有超一流主机厂采用双喷射的原因，没有强大的技术积累而贸然使用双喷射大概率适得其反。
5.3 直喷喷油器
进气管喷射依靠蒸发与空气混合，在极低温下喷射时间过长，且稳定性较差。所以再极低温下，还是要依靠直喷喷油器工作。但是如前文所述，直喷喷油器会引起湿壁效应，导致各种问题。丰田对此开发了一种新型多孔喷油器，以减少燃油对活塞和壁面的壁面附着。
在以往的丰田的直喷发动机上，考虑到成本以及燃烧模型，采用的是传统喷雾，喷口为一条线缝，新一代发动机采用了多孔型（图27）。
PS：虽然宝马奔驰大众等德系厂家很早就应用了多孔型喷孔，但是丰田考虑成本，认为线缝型 精确化标定已经足够，因此之前丰田的车型并没有采用多孔型喷孔。
