缸内直喷技术应用推广有难度,发动机缸内直喷

无论是上世纪随处可见的化油器发动机,还是现今广泛采用的电喷发动机,汽油发动机的燃料供给方式一直采用缸外混合方式,即汽油先通过化油器或者喷油嘴喷出,在进气歧管内与空气混合形成混合气。在发动机气缸进气门还没打开之前,这些混合气都储存在进气歧管内,直到气门打开后混合气才能因为燃烧室的负压而进入燃烧室内,然后在活塞压缩行程的末端通过火花塞点燃剧烈燃烧。

必赢游戏平台,我们在选购汽车时,会发现很多轿车发动机使用了燃油缸内直喷技术,销售顾问也会极力的向我们推荐这样的发动机,说它如何的省油,动力强劲,安全环保等等,听起来是各种的高大上。那么,这种缸内直喷技术到底是怎么回事呢?它有什么优缺点呢?老侯今天简单的给大家介绍一下。

问:汽车供油方式哪种最好,最省油?

“即使是现今极为普遍的电控燃油喷射系统,其先进之处也只在于由电脑控制喷油嘴的喷油时机和数量,还是没有改变缸外混合的基础。”北京交通大学内燃机系一位教授说。

汽车之所以能够自动行驶,是因为有发动机为它提供动力;而发动机之所以能产生动力,是因为空气与汽油混合后在气缸中燃烧,产生高温高压的气体,进而做功推动活塞来带动整个机械结构进行运转。这就是发动机的简单工作过程。

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他告诉记者,缸外混合的缺点显而易见,进入燃烧室的混合气只能够通过气门的开闭来被动控制,对发动机不同工况的适应程度并不是太理想。而且,喷油嘴离燃烧室有一定距离,汽油与空气的混合情况受进气气流的影响较大,并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上,不能充分使用。“为此,各种新技术应运而生,如增压技术、可变气门技术、缸内直喷技术等,这些都是为了更加灵活地控制混合气进入气缸的情况,以及提升混合气的燃烧效率。”

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我们国家在2000年以后,所有的汽车都禁止再使用化油器的供油方式,而发动机的供油方式基本就是从开始的化油器,发展到机械式喷油。它是通过发动机曲轴的动力去驱动油泵工作,然后待燃油达到一定压力后,再由喷油嘴喷射燃油。

当然,机械式喷油的历史过程比较短,它的缺点就是油气混合气在发动机内部的整个行程和化油器较为类似,也是需要经过较长的一段路程才能被喷入到气缸内部。虽然机械式喷射可以比化汽油更加精准的控制燃油,但效果依旧不如人意,所以后来随着汽车电控技术的发展,这才有了电控燃油喷射技术的出现。

电控燃油喷射技术一开始是单点喷射,也就是发动机的几个气缸共享一个喷油嘴,喷油嘴喷射的燃油在形成油气混合气后,会在进气压力的作用下来到各个气门位置,最终进入气缸。

这种喷油方式一听就能想象到,它很容易造成每个气缸之间的喷油量和油气浓度不一致,同时油气混合气的行程同样很长,而且也无法准确控制油气混合气抵达每个气缸的时间,因此后来多点电喷技术便由此诞生了。

必赢游戏网站,不过随着发动机技术的不断发展,以及人们对燃油经济性以及节能排放越来越高的追求,我们又在多点电喷的基础上迎来了缸内直喷的技术发展 。直到现在,整个家用车领域的发动机供油系统,主要就由“多点电喷”和“缸内直喷”两种供油方式所主导。

据介绍,直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术,通过一个活塞泵提供压力,将汽油提供给位于气缸内的电磁喷射器。然后通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室,其控制的精确度接近毫秒。

随着人们对环保要求的日益提高,以及能源的日渐枯竭,人们对发动机的要求越来越高,要求它既要节油环保,还要能够满足人们对动力的需求。在这种环境下,各种新技术在汽车发动机上应用,汽油缸内喷射技术就是其中之一。

那么壹车热评今天的文章,就将多点电喷(歧管喷射)VS缸内直喷进行详细对比与介绍。

■ 零部件需要特制

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多点电喷:

我们也把它成为“歧管喷射”,它是在每个进气歧管的末端旁设置一个喷油嘴,行车电脑在根据我们踩油门控制的节气门开口角度与速度信息,计算出此刻的喷油量,然后控制喷油嘴喷射燃油。

多点电喷比起它的前辈们来说,它最显著的优点就是将油气混合气在进气歧管内的行程距离大大缩短,这样就可以让ECU非常精准的控制喷入气缸内的燃油喷射量,以及喷射和点火的时间控制,保证了每个气缸之间的油气浓度和喷射量基本一致,大大提高了燃油的燃烧效率,可以让发动机更好的发挥出自己应有的动力输出性能,并且提高发动机的燃油经济性。

尽管相比传统喷油模式,缸内直喷技术有很多优点,但它并非完美。有零部件企业负责人向记者透露,从成本消耗来看,采用缸内直喷的供油系统除了在研发过程必须花费更大成本,零部件的价格也比传统供油系统昂贵,这些都是未来缸内直喷发动机尚待克服的问题。

在汽油发动机上,汽油与空气的混合经历了三个阶段,分别是化油器、电控燃油喷射、缸内直喷。

缸内直喷:

缸内直喷就是把多点电喷的喷油嘴位置,从进气歧管的气门旁,直接移到了气缸内部,多点电喷是进气门打开的同时,喷油嘴喷射燃油,然后燃油油气混合气再一起进入到气缸内部,而缸内直喷则是在空气由进气门进入到气缸内后,节气门关闭,此时喷油嘴开始喷射燃油。

也正是由于缸内直喷的供油方式在喷油时节气门基本处于关闭状态,因此缸内直喷发动机气缸内部的气压会比多点电喷更大,因此喷油嘴就需要用更大的喷射力量才能将燃油顺利喷出。

这样做的好处是可以让燃油在喷射后达到更大的雾化性,可以让燃油与空气充分混合,提高燃油在气缸内的燃烧效率,同时ECU还可以根据气缸内的燃烧状态,采用多次控制喷油的方式,控制每次的喷油量,采取分层燃烧等方式让燃油燃烧的更加充分。因此缸内直喷发动机的热效率就要更优于多点电喷,它的动力输出和燃油经济性也要比多点电喷更优秀。

北京交通大学机械与电子控制工程学院发动机专业博士赵鹏告诉记者,缸内直喷发动机对各关键零部件有非常严格的要求。“关键是考虑喷射器的安装,必须在气缸上部留给其一定空间。由于气缸顶部布置了火花塞和多个气门,已经相当紧凑,所以将其布置在靠近进气门侧。由于喷射器的加入导致了对设计和制造的要求都相当高,如果布置不合理、制造精度达不到要求导致刚度不足甚至漏气只能得不偿失。”他说。

化油器

那么在详细介绍完多点电喷和缸内直喷的供油方式原理之后,我们再来分析这两种供油方式究竟有哪些具体的优缺点?

中国第一汽车集团公司技术中心发动机部、发动机设计室一位工程师告诉记者,与普通发动机相比,缸内直喷发动机可以有效降低燃油消耗,但需要特制的喷油器,并且需要加电脑控制。“发动机采用缸内直喷技术时,由于油、气的混合空间、时间都相当短暂,故缸内直喷系统的喷油嘴必须辅以高增压系统,以大幅提高燃油的喷射压力与效率,并达到高度雾化的效果。此外,缸内直喷系统的燃烧室、活塞也大多具有特殊的导流槽,以供油气在进入燃烧室后能够产生气旋涡流,以提高混合油气的雾化效果与燃烧效率。”他说。

对于化油器式发动机而言,被吸入发动机进气管的空气流经喉管时因横截面积减少而流速增加,因此产生负压将汽油从设在此处的化油器喷口中吸出,汽油进入喉管后被高速气流雾化随之蒸发,由此形成油气混合气。化油器式发动机无法对混合气浓度进行调整和修正,从而导致经济性和排放性能均不太好。

多点电喷:

多点电喷虽然比它的前辈们在燃油经济性方面、喷油量控制方面、油气混合气的路径方面等有了很大的进步,但多点电喷的喷油嘴毕竟还是在进气歧管中,它需要首先喷射燃油和进气歧管内的空间进行混合后,才能进入到气缸内进行燃烧做功。

必赢游戏网址,因此在这个过程中,多点电喷的燃油或多或少依旧会被附着在进气歧管的管壁上,这就让多点电喷发动机在面对需要急加速的时候,ECU无法更加准确的控制每个气缸的燃油喷射量,也就是在加速过程中的油气混合比例不如在匀速时控制准确。

此外,多点电喷的发动机无法像缸内直喷发动机那样,做到过大的气缸压缩比。原因就是多点电喷的燃油在进入气缸前,它基本已经和空气形成了较为均质的可燃混合气,那么我们应该知道在四冲程发动机的四个冲程中,除了做功冲程(也叫点火冲程)会点燃油气混合气以外,在压缩冲程的过程中,活塞在往气缸上止点运行时,可燃混合气会被压缩成高压高温状态。

那么如果多点电喷的发动机如果做成高压缩比的话,在压缩冲程的过程中就很可能出现可燃混合气提前燃烧的问题,这就会导致发动机的爆震现象,这就会对发动机带来伤害,而且如果你使用的又是抵抗爆性的低标号燃油,这种爆震现象则会更加明显。

缸内直喷由于是先进气,然后关闭进气门,再根据进气量喷射燃油,那么这类发动机在点燃可燃混合气之前基本没法达到均质状态,然后我们再通过压缩冲程强行将可然混合气进行充分混合,而这个过程就可以有效避免可然混合气提前燃烧的问题。当然,对于一些涡轮增压发动机来说,即使它采用的是缸内直喷,但由于涡轮增压发动机的工作温度会很高,因此这类发动机依旧可能出现可然混合气提前燃烧的问题。

不过我们可以通过提前喷油,利用燃油从液体转换为气体的原理,提前带走部分可燃混合气的热量,降低可燃混合气在压缩冲程过程中的温度,从而避免提前燃烧的现象发生。所以有时候你购买了小排量的缸内直喷涡轮增压发动机,但在实际驾驶过程中发现这个发动机好像并没有你想象中的那么省油,原因就在这里。

话题有点跑偏,所以结合多点电喷发动机对压缩比的要求,如果你仔细观察的话,多点电喷发动机的压缩比一般到10.5就顶天了,而缸内直喷发动机则可以做到11以上,甚至是13。此外读者就别拿马自达的发动机来较真了,有时候马自达的技术在所有车企里面就属于另类的存在。

此外,多点电喷也正是得益于它的喷油时间是和节气门同时配合的,而且喷油嘴的角度也是基本对着节气门背面,因此在喷油的时候,燃油会对节气门的背面积碳起到一定的冲刷效果。所以我们可以看到多点电喷发动机的积碳形成几率,往往要远低于缸内直喷发动机的,而且由于多点电喷的油气混合是在进入气缸前就完成,因此它在抵达气缸内时的油气混合程度,会比缸内直喷更加均匀一些。

另外缸内直喷发动机对燃油品质的要求比较高,目前国内的油品状况可能很难达到要求,所以部分采用缸内直喷技术的进口高尔夫发动机出现了水土不服。

尽管其间还出现过电控化油器,但也只是通过对阻风门和节气门的电子控制来实现特定工况下的混合气大致调节,并不能实现精确控制。

缸内直喷

如果用相对的角度来分析,多点电喷的一些优点其实就是缸内直喷的缺点,而多点电喷的缺点可能也正好是缸内直喷的优点,譬如前面说的压缩比问题和油气混合均匀等问题。

缸内直喷由于燃油喷射的雾化度更高,它的油气混合程度会由于多点电喷,但它的喷油和进气不是同步进行,所以在气缸内它的整个油气混合气的均匀程度没有多点电喷那么好。但也正是得益于这个缺点,缸内直喷才可以采用什么分层燃烧,稀薄燃烧等技术,也可以采用压缩比更高的发动机,这些又可以让缸内直喷发动机具有更高的热效率,当然也具有更好的燃油经济性。

此外缸内直喷供油一般又分为: 气流引导型、壁面引导型和喷雾引导型三种。

喷雾引导型的缸内直喷是将喷油嘴置于气缸顶部中间位置,我们也叫它为“中置喷油”,而气流引导型和壁面引导型则是将喷油嘴置于气缸一侧,也就是喷油嘴斜着往气缸内喷射燃油。

这三种不同类型的直喷方式,主要还是从缸内的气流量和气流的流动性,对喷油后形成的可燃混合气比例,以及对燃烧火焰的稳定控制等方面去进行设计的,但从设计角度来说中置喷油可以更有利实现分层燃烧的技术。只是不同车企的缸内直喷的技术层次不同,他们在这方面所运用的技术也不相同,因此如果要细读缸内直喷的话,我们在购车时就不能因为销售说某款发动机是缸内直喷,就简单的认为它的技术就一定比其他品牌的缸内直喷更先进,这是不同的概念。

最后,缸内直喷发动机由于可以做到较高的压缩比,因此它比多点电喷在燃油标号方面的要求就要更高一些,对发动机供油系统的部件要求也更高,这也会间接增加我们的用车成本。同时,缸内直喷由于它的喷油方式和多点电喷不同,因此它在气门位置的积碳形成几率也要比多点电喷更高,而且缸内直喷发动机在目前还有一个属于“娘胎自带”的属性缺点,那就是机油里汽油味问题,往严重的说我们也可以称它为“机油增多”问题。

最著名的例子就是本田的1.5T缸内直喷发动机的“机油门”事件。

关于这个话题壹车热评稍微解释一下,主要原因是由于缸内直喷的燃油喷射压力要远大于多点电喷(具体数值壹车热评不喜欢举例,说了读者也多半记不住,你们只要记住这个结论就行了),因此无论缸内直喷的燃烧有多充分,它都会有一些燃油会被喷到气缸壁上,形成所谓的“湿壁效应”,然后活塞在做冲程的过程中,活塞环又会把这些未燃烧掉的燃油刮入到曲轴箱内。

大多数的缸内直喷发动机的解决办法,都会在曲轴箱内部设计一个曲轴PVC阀,通过它

将曲轴箱内的气体通过PCV阀导入进气歧管,并有少量的空气由空气滤清器经PCV阀直接进入进气歧管,这就避免了节气门处结冰、燃烧不充分、排放恶化等现象。但如果这个曲轴箱的PVC阀结构设计有问题,排气过程不顺畅的话,那未被排出的燃油就会和机油混合在一起,这就是为什么缸内直喷发动机的机油容易闻到汽油味的原因。然后日积月累就会让曲轴箱内的机油量增加,因此就形成了本田1.5T缸内直喷发动机的“机油增多”问题。

虽然这个问题无法从根源上彻底解决,但想要缓解它也并不是特别困难,因为大多数车企都可以通过自己的技术去有效弥补缸内直喷的这个缺点,只不过本田嘛!这里就不再多说了,否则又会有“日精”开始反喷了。

综上所述,壹车热评稀里哗啦的写了一大篇,希望读者能通过这篇文章彻底了解缸内直喷和多点电喷的优缺点,同时也为自己今后购车时的选择多一点理论知识。此外还有一种叫做混合喷射的方式,如果有时间壹车热评将会详细写一篇相关的文章进行阐述。

1、化油器:

化油器是在发动机工作产生的真空作用下,将一定比例的汽油与空气混合的机械装置,是传统的汽油发动机一直广泛采用的燃油供给方式。但是常常会致使发动机经常处于不充分燃烧的状态,尾气排放中有害物质含量无法满足日益严格的排放法规,同时会产生较高的油耗,现在已经逐渐被淘汰掉了。

2、单点电喷:

指只有一个喷嘴负责向各缸喷油,喷嘴位于未分成进气歧管之前的进气管上,其喷油量大小根据油门大小而定。由于进气歧管长短不一,位置有远近,因此喷入每个气缸的混合油气的量和时间都不一致,从而导致每个气缸工作状况有差异。有着结构简单,成本较低的优点。

3、多点电喷:

喷射器安装在每个气缸的进气管上,汽油的喷射是由多个地方(至少每个气缸都有一个喷射点)喷入气缸的。空燃比的控制比单点喷射更精确,可以根据正时进行喷油,对喷油量、喷油时刻进行精确控制,所以多点喷射发动机的排放更好,更经济省油。

4、直喷:

指将喷油嘴设置在进排气门之间,使高压燃油直接注入燃烧室平顺高效地燃烧。直喷的优点是在低负荷的时候才体现出来的,在低负荷时,喷油嘴只喷出最低限度的油量集中在火花塞的周围,气缸内的其他部分都是空气。在燃烧的时候,空气层会隔绝掉热,能够减少热量向汽缸壁的传递,从而减少了热量的损失,从而提升发动机的热效率。

附:发动机缸内直喷的优点:

油耗量低,升功率大。空燃比达到40:1(一般汽油发动机的空燃比是14.7:1),也就是人们所说的“稀燃”。

机内的活塞顶部一半是球形,另一半是壁面,空气从气门冲进来后在活塞的压缩下形成一股涡流运动,当压缩行程即将结束时,在燃烧室顶部的喷油嘴开始喷油,汽油与空气在涡流运动的作用下形成混合气,这种急速旋转的混合气是分层次的,越接近火花塞越浓,易于点火作功。压缩比高达12,与同排量的一般发动机相比功率与扭矩都提高了10%。

汽油车有几种喷射方式。

1.单点喷射优点是结构简单,成本较低。缺点空燃比控制不如多点喷射发动机精确,排放标准较差。

2多点喷射,优点里发动机可以采用顺序喷射,因此空燃比的控制比单点喷射更准确,可以根据正时进行,对喷油量喷油时间精确把握。所以多点喷射发动机的排放更好,更经济省油。缺点是结构比单点喷射复杂,所以成本高。

另外多点喷射和直喷是一个道理,所谓多点喷射就是指每个气缸有一个单独的喷油嘴。直喷的意思就是汽油直接喷射在气缸里,就是说每一个气缸对应一个喷油嘴。总的来说,多点喷射的技术比较成熟。

■ 国内市场推广难

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汽车喷油(供油)方式有两种,省油为缸内直喷。

汽车发动机喷油方式有化油器、单点电喷、多点电喷、缸内直喷四种主流方式,其中化油器因对温度过于敏感(在低温时无法有效雾化燃油),需要原地热车加温后才能正常使用,而原地热车不仅会消耗更多燃油同时也会造成燃烧不充分而增加排放,所以这种喷油方式已经被淘汰十几年了,目前禁止生产。


剩下的单点电喷也已经被淘汰,所谓单电电喷指喷油嘴布局在发动机进气歧管的总管位置,整个供油系统只有一个喷油位。进气歧管的结构如下图所示,通过节气门进入发动机的空气会产生压力,在总管位置雾化喷油后可以被空气负压吸入并混合,混合后分别送入各个气缸。

但从结构图也能看出缺点:四个进气歧管的长度是长短不一的,可是在总管混合后的油气混合浓度已经确定,那么通过各个歧管进入气缸内的混合油气总量则会出现不一致,不同气缸爆燃产生的动力也会出现很大的差异,这就导致了发动机运行不稳定并且不同气缸会出现燃烧不充分。单点电喷比化油器是好了很多,因为电磁阀控制喷油嘴开合,依靠压力进行雾化喷油不受低温的影响,但是仍然有很大的改进空间,于是出现了多点电喷。


多点电喷至少在5年前左右还是主流技术,所谓多点指喷油嘴从总管位置移动到各个进气歧管,且每个进气歧管都有了一个喷油嘴。重点是进气歧管的长度也“达成一致”,这样就保证了各个气缸进入的空气量相同,进气压力相当且单独面对合理的喷油则能更充分、更均衡、更有效的形成混合油气。多点电喷发动机的运行稳定性以及燃烧充分程度远胜单点电喷,自此多点电喷成为了主流的喷油技术,也成为了一定阶段内的最节油供油系统。

但是内燃机的技术进步并没有就此停滞,因多点电喷依靠进气压力携带雾化燃油进入气缸后的混合程度并不非常均衡,在压缩冲程中的蒸发效率仍不是非常高,如何解决这一问题则成为技术升级方向,解决的方式最终成为了缸内直喷。


缸内直喷供油顾名思义,喷油嘴会直接向燃油喷入发动机的气缸,喷油嘴也要插入发动机气缸内部。这种设计的好处至少有两点,其一是提升燃油雾化喷射的效果,因为在进气歧管雾化喷油如果压力过大,燃油则会被喷射到歧管臂上导致燃油不能全部进入气缸导致动力下降油耗升高;这也是多点电喷发动机蒸发效率低的原因,想象一下雾化喷油压力小则燃油以液态状态的水珠会大一些,压力大则是雾气蒙蒙的感觉。

缸内直喷技术不怕高压喷油造成湿壁,因为即使高压喷油导致部分溅在缸壁或活塞上,在压缩过程中也能被高温蒸发;所以直喷发动机能够以更高的压力喷油,在高压下雾化程度更高,在高温状态下雾化燃油则能更快速的被蒸发。而实现了高效蒸发后则燃效效率也会提高,也就是动力会有一定的提升。那么不要求动力提升则可以以消耗更少的燃油实现与多点电喷相同的动力,所以在性能相当的前提下,使用缸内直喷技术的车辆往往更节油,而油耗没有优势的直喷汽车一定性能更强。


总结:主流的喷油目前正是缸内直喷,技术的普及已经低至入门级7万左右的国产汽车,10万级的国产车普遍使用直喷涡轮增压发动机,同级别的合资汽车仍多使用落后的多点电喷,到15万左右才有品质理想的合资缸内直喷发动机,供参考。


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据记者了解,这套由柴油发动机衍生而来的技术,目前已经大量使用在大众、宝马、奔驰以及雷克萨斯等品牌汽车上。缸内直喷技术在大众集团被广泛运用,奥迪和大众品牌都已将名为FSI的缸内直喷发动机列为旗下各款车的动力来源,而且在奥迪和大众品牌高端车上,甚至更以FSI结合涡轮增压以增大动力。

电控燃油喷射

赵鹏告诉记者,制约缸内直喷发动机发展的主要技术难点是排放问题。在低负荷工况下,会产生大量氮氧化物,并伴随高温,这样对于三元催化器的要求会很高。“从现在一些已经采用缸内直喷技术的发动机来看,这个问题已经得到解决。缸内直喷技术对于一些硬件设施要求很高,如需要配备高压喷油嘴,以提高油气的雾化程度与混合效率。缸内直喷发动机除了在材质上更加讲究,而且为了分层燃烧时控制气体的流向,就连活塞、燃烧室形状也都需要特别设计。”

汽油喷射是用喷油器将一定数量和压力的汽油直接喷射到气缸或进气歧管中,与进入的空气混合而形成可燃混合气。电控燃油喷射系统根据喷油器形式区分,可分为电控汽油喷射和机械汽油喷射两种,而根据喷油器数量和位置区分,则分为单点式和多点式。它有一系列的传感器接受发动机工作过程中的各种信号,并将它们传入发动机电控单元,由电控单元控制喷油器喷油。与化油器比较起来,它对燃油系统控制的精确程度大大提高。

北京顺风嘉业汽车贸易有限公司主销大众、奥迪系列产品。公司总经理王云对记者说:“我的车是奥迪A4 2.0T,93号和97号的油都可以用。高速路上,百公里油耗为8L。在发动机的维护上也没多大区别,就是机油一定要用好的。”

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此外,由于采用了缸内直喷技术,汽油与空气混合的时间以及外界条件都大有不同,而且为了提高混合气的燃烧效率,直喷发动机的压缩比通常都比较高,因此直喷发动机对于汽油品质的要求非常高。“缸内直喷需要品质稳定的高标号燃油,这是在国内推广需要克服的难点之一。而且不仅是对燃油标号的要求,更加重要的是其他各项指标,例如化学特性和燃烧特性等。”赵鹏说,“零部件的价格也比传统供油系统昂贵,因此这些都是未来缸内直喷发动机尚待解决的问题,这也制约了其在国内的推广。”

无论是化油器发动机也好,还是现今广泛采用的电喷发动机也好,汽油发动机的燃料供给方式一直都是采用“缸外混合”的方式。也就是汽油先通过化油器或者喷油嘴喷出,在进气歧管内与新鲜的空气混合而成为“混合气”。在发动机气缸进气门还没有打开之前,这些混合气都储存在进气歧管内,直到气门打开后混合气才能够因为燃烧室的负压而进入到燃烧室内,然后在活塞压缩行程的末端通过火花塞点燃剧烈燃烧。即使是现今极为普遍的电控燃油喷射系统,其先进之处也只在于由电脑控制喷油嘴喷油的时机和数量,还是没有改变“缸外混合”的基础。

“缸外混合”的缺点是显而易见的,进入燃烧室的混合气只能够通过气门的开闭来被动控制,对发动机不同工况的适应程度未如理想。而且喷油嘴离燃烧室有一定的距离,汽油与空气的混合情况受进气气流的影响较大,并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上,不能充分使用。

为了克服缸外混合的缺点,工程师发明了缸内直喷技术。

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汽油缸内直喷

缸内喷注式汽油发动机与一般汽油发动机的主要区别在于汽油喷射的位置,普通电喷汽油发动机上所用的汽油电控喷射系统,是将汽油喷入进气歧管或进气管道上,与空气混合成混合气后再通过进气门进入气缸燃烧室内被点燃作功;而缸内直喷式汽油发动机顾名思义是在汽缸内喷注汽油,它将喷油嘴安装在燃烧室内,将汽油直接喷注在气缸燃烧室内,空气则通过进气门进入燃烧室与汽油混合,形成混合气被点燃作功,这种形式与直喷式柴油机相似,因此有人认为缸内直喷式汽油发动机是将柴油机的形式移植到汽油机上的一种创举。

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汽油缸内直喷技术就可以很好的规避电控燃油喷射系统的缺点。汽油缸内直喷发动机的喷油压力普遍在100bar以上,甚至可高达200bar,喷射出的燃油颗粒直径明显缩减,仅为20μm或更小。这种微小油滴可在极短时间内得到迅速蒸发,因此大大加快了油气混合气的生成速率,冷启动排放问题得以改善,同时还避免了进气道喷射中那种依靠壁面油膜蒸发导致混合气浓度不能精确控制的状况,在车辆瞬态工况改变时可做出及时响应,即油门响应性更好。

缸内直喷技术需要一台额外的供油装置

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汽油缸内直喷技术,就是将汽油像柴油那样直接注入汽缸,这是相对于前面所说电喷等缸外喷射而言的。相比缸外喷射系统,缸内直喷系统主要增加了一套高压供油装置,同时喷油器也因为要适应极高油压以及汽缸内恶劣工作环境而做出调整。

汽油缸内直喷系统的供油过程为:汽油被低压油泵从油箱内抽出,经低压油管进入被凸轮轴驱动的高压油泵进行加压,加压之后的高压汽油经高压油管到达高压油轨,经过压力调整之后送入各缸喷油器,然后根据各缸工作需要从伸入燃烧室内部的喷油器末端喷出,而这整个过程的一切指令均由发动机电控管理单元发出。

缸内直喷进一步提升了发动机的效率

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缸内直喷发动机热效率相对更高

众所周知,提高压缩比是提升汽油机热效率的有效途径,但限制这一途径的一个重要原因就是爆震。爆震是指在压缩行程中,燃烧室温度升高导致火花塞尚未点火混合气就已自燃,燃烧火焰异常传播致使发动机出现功率下降、油耗上升以及异常抖动等不良工况的现象。

对于高压缩比汽油机而言,压缩行程末端温度更高,更容易促使爆震现象的产生,而汽油缸内直喷技术恰好可以有效解决这一问题。这是因为注入汽缸的液态汽油汽化蒸发的过程可以大量吸热,使得压缩行程结束时的混合气温度显著降低,所以压缩比将有进一步提升的潜力。

缸内直喷的优点

1油耗量低,升功率大

2空燃比达到40:1(一般汽油发动机的空燃比是15:1),能实现稀薄燃烧和分层燃烧

3压缩比高达12,与同排量的一般发动机相比功率与扭矩都提高了10%。

缸内直喷的缺点

1压缩行程末端喷射的燃油由于时间太短并不能得到充分汽化,导致碳氢化合物及碳颗粒排放会增加

2燃烧室处于富氧环境,易产生氮氧化物

3燃烧温度较低,三元催化器并不能达到很好的工作温度,对有害介质的转化不完全;

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4废气中大量残存的氧气会降低氮氧化物的转化效率

5对于油品适应能力差,汽油中的硫会毒害氮氧化物催化装置。

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6缸内直喷由于不能像进气歧管喷射一样通过汽油对气门背部进行冲刷,时间长后会导致发动机积碳严重,气门背部留有厚厚一层积碳,影响ECU对进气量的判断,严重时可导致启动困难。

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