技术特点
简单了解了缸内直喷技术的发展史,很肯定会更加想知道为什么主流汽车企业都在积极研发并量产这种发动机技术,它能给车辆带来什么样的变化?要回答这些我们需要先了解一下在发动机燃油系统供油技术的原理,以及它们存在的问题。
原因一:化油器并不能精确控制油气混合气
很多年轻人估计对“化油器”很陌生,甚至从未听说过,在80-90年代中国道路上绝大部分车型都是使用“化油器”的汽油发动机。蒙派克缸内直喷最早时候,汽油是通过化油器与空气进行混合。
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。这种早期的化油器式发动机因为没有任何电控反馈和执行系统,所以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,加上喉管本身对进气气流的阻碍,动力性也被限制。
原因二:推出“电控化油器”同样不能实现精确控制
尽管其间还出现过电控化油器的案例,如丰田22R发动机,但也只是通过对阻风门(一种化油器发动机上才存在的阀门,通过其开闭实现对喉管处真空度的调整进而改变混合气浓度)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。
在燃油喷射技术发展中,电喷技术广泛普及
为了解决化油器的靠负压吸出形式效率不高的弊端,供油技术变为经油泵加压后通过喷油器正压喷出形式。因为取消了化油器中的喉管设计,使得进气更加顺畅,并且一定程度上提升了供油准确性。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。
原因三“供油不均”同样注定单点电喷技术只是一个过渡
相比之下,能够实现相对精确计量的电控燃油喷射系统则更有优势。早期出现的是一种相对简单的单点电喷系统,这种电喷系统仅在节气门处设有一个电控喷油器,油雾与空气形成混合气之后才分别进入每个进气歧管。由于从喷油器到汽缸之间的距离较长,相当一部分未汽化完全的汽油会附着在进气管壁面上,从而不能及时进入汽缸,而且也无法确保混合气在各缸之间的平均分配。
一汽大众曾少量组装的都市高尔夫、奇瑞最早生产的SQR7160轿车以及南汽曾推出的英格尔均采用了单点电喷系统,早期国产仿丰田4Y发动机也曾匹配过这种电喷系统。
“顺序多点电喷技术”被当下绝大多数汽油发动机采用
为了改善各缸之间的供油平衡,上述单点电喷系统逐步被多点电喷系统所取代。多点电喷系统是将喷油器分别设置在各缸进气歧管或进气道处,从而实现各缸独立供油。最初诞生的多点电喷系统采用同时喷射策略,接到喷油指令后,无论对应的进气门处于开启或关闭状态,所有喷油器均同时喷油,这样就使得进入各缸的混合气混合程度并不均匀,容易出现某些汽缸碳氢化合物排放过高的情况。为了改善这一情形,后来又出现了两缸一组的分组喷射模式,而最终则是进化到根据点火顺序而决定各缸单独喷油时刻的顺序喷射方案。
尽管位于缸外的汽油喷射技术已经发展到相当成熟和先进的阶段,但其一些固有特性依然无法得到改变。对于进气道喷射方案而言,其喷射压力较低,仅有3~5bar,在此压力下喷射出的燃油颗粒直径约为150~300μm。相对于缸内直喷能达到的150~300μm的燃油颗粒而言,仅有极少部分可以在进入空气的短暂时间内蒸发,更多部分则是被直接喷射到进气道壁面和进气门背面形成液态油膜。这部分液态油膜则主要是通过燃烧室经缸盖传递来的高温以及气门叠开(发动机进、排气门同时开启的现象)时倒灌至进气道的废气带来的高温才得以汽化并与空气形成混合。
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