羅平

摘 要：在經(jīng)歷了化油器、單點(diǎn)電噴、多點(diǎn)電噴技術(shù)階段之后，油氣混合技術(shù)進(jìn)入了直噴時(shí)代，取代傳統(tǒng)歧管噴射方式的缸內(nèi)燃油直噴技術(shù)現(xiàn)已越來(lái)越普及。缸內(nèi)燃油直噴是在燃燒室中央設(shè)置噴油器，因此能降低燃油耗。本文介紹缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)原理、燃燒方式等;以及存在的問題。

關(guān)鍵詞：缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī);特點(diǎn);存在問題

1 缸內(nèi)直噴系統(tǒng)工作原理

在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況下控制燃油噴油量，是目前發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)所面臨的最大的問題，缸內(nèi)直噴技術(shù)的出現(xiàn)，解決了這個(gè)大問題。缸內(nèi)直噴技術(shù)又被稱為FSI，即Fuel Stratified Injection的首拼，翻譯過來(lái)就是燃料分層噴射技術(shù)，它的工作原理是讓燃油在氣缸內(nèi)直接與空氣混合，減少汽油的消耗。所以進(jìn)一步提高汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性與降低汽車廢氣排放。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)最開始使用的化油器已經(jīng)慘遭淘汰，缸內(nèi)直噴技術(shù)已經(jīng)占領(lǐng)了發(fā)動(dòng)機(jī)大部分市場(chǎng)。缸內(nèi)直接噴射是一種先進(jìn)的技術(shù)，它的燃燒模式在不同情況下有兩種不同的方法，分別是均質(zhì)燃燒和分層燃燒。為了確保穩(wěn)定點(diǎn)火，進(jìn)氣沖程在后期向燃燒室內(nèi)噴入燃油，進(jìn)氣行程和壓縮行程工作過程使空氣與燃油充分混合，并在上止點(diǎn)之前使缸內(nèi)的混合氣均勻燃燒。

2 缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理

眾所周知，傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)是先把汽油噴射到進(jìn)氣歧管，然后再在管道中與空氣形成混合體。缸內(nèi)直噴技術(shù)則是使燃油在氣缸內(nèi)直接與空氣混合。缸內(nèi)直噴系統(tǒng)之所以能完成如此簡(jiǎn)單的方式主要的因?yàn)樗娜加凸┙o系統(tǒng)。燃油系統(tǒng)可分為兩個(gè)部分：燃油高壓系統(tǒng)和燃油低壓系統(tǒng)。缸內(nèi)直噴系統(tǒng)噴射原理雖然簡(jiǎn)單但是比較難實(shí)現(xiàn)，噴射過程需要延續(xù)到壓縮行程，所以該系統(tǒng)必須利用高壓燃油泵進(jìn)行加壓，使其高壓泵提供給噴油器15Mpa以上的燃油壓力。

3 缸內(nèi)直噴的特點(diǎn)

汽油缸內(nèi)直噴的工作過程：直噴發(fā)動(dòng)機(jī)非常重要的系統(tǒng)就是高壓燃油系統(tǒng)，以前的發(fā)動(dòng)機(jī)噴油系統(tǒng)工作原理是燃油與空氣在進(jìn)氣歧管里均勻混合，再將混合體噴入缸內(nèi)。缸內(nèi)直噴系統(tǒng)則與傳統(tǒng)的噴射系統(tǒng)有很大的不同，缸內(nèi)直噴系統(tǒng)是直接將燃油噴射到氣缸中，再與氣缸中的空氣一邊混合一邊燃燒，而這時(shí)就需要一個(gè)部件，這個(gè)部件叫做高壓泵。

高壓燃油系統(tǒng)主要由燃油壓力傳感器、高壓燃油泵、高壓油管燃油分配管和燃油高壓調(diào)節(jié)閥等組成。在低壓油泵將燃油送到高壓泵之后，首先提升高壓泵的壓力，并由燃油分配管和高壓油管送到噴油器，高壓燃油壓力傳感器安裝在燃油分配管旁邊安裝有高壓燃油壓力傳感器，其傳感器用來(lái)檢測(cè)燃油分配管內(nèi)的噴油壓力，觀察發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)時(shí)的運(yùn)行狀況和負(fù)荷狀況，我們知道壓力調(diào)節(jié)閥可以自我調(diào)節(jié)50bar-100bar的壓力。燃油壓力調(diào)節(jié)閥還可以為系統(tǒng)提供過壓保護(hù)。

4 缸內(nèi)直噴方式

為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)的高效，噴油系統(tǒng)和其他發(fā)動(dòng)機(jī)部件都要為直噴技術(shù)做出相應(yīng)的設(shè)計(jì)，而這之間改變最大的就是活塞頂部，活塞頂部是的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。缸內(nèi)直噴有三種燃燒方式，分別是：氣流控制燃燒、壁面控制燃燒和油束控制燃燒，接下來(lái)我分別了解這三種燃燒方式：

（1）氣流控制燃燒方式：該系統(tǒng)的油霧不是朝火花塞噴射，因?yàn)榛钊砻娴奶厥庑螤詈透變?nèi)氣流有一定的相互作用，并和噴油器形成固定的夾角，使得油氣混合體有一定回旋的空間，能夠使混合氣在準(zhǔn)確時(shí)間進(jìn)行均質(zhì)燃燒或者分層燃燒。（2）壁面控制燃燒方式：壁面控制燃燒系統(tǒng)零件分部里面，火花塞和噴油器距離很遠(yuǎn)，燃油不能直接噴去火花塞中，所以噴油器先把燃油噴入活塞凹槽中，因?yàn)檫M(jìn)氣流會(huì)有一個(gè)慣性，這個(gè)慣性再把燃油推進(jìn)火花塞中，完成燃燒。（3）油束控制燃燒方式：在這個(gè)系統(tǒng)中，火花塞和噴油器的位置和以上兩個(gè)系統(tǒng)有很大的區(qū)別，此系統(tǒng)是把火花塞裝在噴油器旁邊，而且把噴油器安裝在在燃燒室中央，這種安裝方式在低負(fù)荷工況下可以保持良好的經(jīng)濟(jì)性，為用戶節(jié)省汽油，我都知道石油是不可再生資源，要想保留他，只能減少使用量。如果發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)荷條件，ECM調(diào)整高壓油泵的壓力，使油的穿透深度增大，從而達(dá)到均質(zhì)集中燃燒。

5 高壓缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)

（1）燃料供給系統(tǒng)。高壓缸內(nèi)直噴技術(shù)通過高壓缸的形式將天然氣和引燃的汽油噴入氣缸內(nèi)，并且是在發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮行程上止點(diǎn)前，此噴射系統(tǒng)最大的要求是缸內(nèi)壓力遠(yuǎn)低于噴射壓力。除此之外，兩個(gè)氣缸之間噴射間隔很短，但是因?yàn)闅怏w具有熱脹冷縮特性，在噴射之后供氣壓力會(huì)下降，短時(shí)間內(nèi)缸內(nèi)壓力難以回到最初的時(shí)候，會(huì)形成一段時(shí)間噴射壓力持續(xù)震蕩的結(jié)果，壓力持續(xù)波動(dòng)會(huì)影響噴漆量的準(zhǔn)確性。綜上，要想保證氣體的體積一定同時(shí)壓力足夠大，燃料供給系統(tǒng)需要更高的要求。對(duì)于以上的情況，西港創(chuàng)新公司新研發(fā)出一種往復(fù)式小型高壓泵，在正常情況下可將汽油加壓到40兆帕，確保缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的壓力供給。（2）控制系統(tǒng)。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)高壓直噴控制系統(tǒng)的組成為：傳感器、執(zhí)行器和電子控制單元（ECU）等。系統(tǒng)中的傳感器收集燃料系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和參數(shù)的信號(hào)，ECU根據(jù)傳感器的信號(hào)采集和控制量的氣體射流。

6 缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)存在的一些問題

缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)電控發(fā)動(dòng)機(jī)相比，在廢氣排放、經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性方面有多優(yōu)點(diǎn)，但是缸內(nèi)直噴系統(tǒng)在自身噴射技術(shù)上還是有很多不夠號(hào)的地方，缸內(nèi)直噴技術(shù)還是需要進(jìn)行大的改革。其不足有以下幾個(gè)方面：（1）HC和CO排放量沒有得到很好的控制，只是剛剛達(dá)到國(guó)內(nèi)排放量的最低要求。（2）NOx排放量比較高，而且此時(shí)氧含量又比較多，NOx和氧氣產(chǎn)生反應(yīng)，很難對(duì)NOx進(jìn)行下一步處理。（3）少量EGR和節(jié)流可以降低HC和CO的排放，缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)也使用了適當(dāng)?shù)墓?jié)流，不過過多的節(jié)流會(huì)使稀薄燃燒惡化，還可能會(huì)導(dǎo)致功率的損失。（4）發(fā)動(dòng)機(jī)各種負(fù)荷的平滑過渡太慢，發(fā)動(dòng)機(jī)不同負(fù)荷的噴油時(shí)刻相差較大，發(fā)動(dòng)機(jī)成品的成本較高，目前較難大面積占有市場(chǎng)。（5）我國(guó)汽油品質(zhì)不高一直是全球公認(rèn)的事情，缸內(nèi)直噴系統(tǒng)汽油的品質(zhì)要求比較，目前裝配有缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的汽車在國(guó)內(nèi)只能使用97號(hào)汽油。

7 結(jié)語(yǔ)

缸內(nèi)直噴技術(shù)對(duì)于傳統(tǒng)歧管噴射技術(shù)來(lái)說(shuō)有很大進(jìn)步。隨著技術(shù)的進(jìn)步及研發(fā)的突破，更多性能出色、燃油經(jīng)濟(jì)性高的直噴發(fā)動(dòng)機(jī)面世，進(jìn)一步推動(dòng)環(huán)境污染和能源危機(jī)的解決，直噴發(fā)動(dòng)機(jī)依然是未來(lái)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

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