在超稀薄燃烧时, 喷油时刻为压缩行程后点火前, 此时气缸内空气密度高, 燃油经高压喷嘴喷入后容易雾化;又由于活塞曲顶的作用, 使得混合气形成涡流并呈层状分布(图4) , 即混合涡流上行时靠近火花塞部分的混合气浓度高, 而远离火花塞部分的浓度低。靠近火花塞的混合气浓度高, 便先着火, 当着火后气缸内温度压力提高, 混合气浓度低的部分也能连续稳定地燃烧。图5 表示了混合气形成的过程。

发动机大负荷运转时要求发动机要具有较大的升功率。GDI发动机采用直立进气使得进气阻力减小, 同时进气行程中燃油直接喷射使进气冷却, 因而提高了进气效率, 由于采用缸内直喷, 燃油在燃烧室内气化, 气化热冷却了吸入的空气, 使空气密度增加; 同时, 汽油在气缸内气化也冷却了燃烧室, 从而降低了发动机的爆震倾向, 这样在设计发动机时便可提高压缩比(有的可达12)。