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汽车知识科普 发动机缸内直喷与分层燃烧解析

2015-09-24 16:33:05 来源:第一汽车资讯网 责任编辑:朱朱 浏览量:
关键字:一周车话题46

汽车自诞生至今,发动机作为核心一直在不断突破,但是其技术更新速度远不如外观风格改变那么简单,往往十余年都难以有大的进展。在供油方式上我们经历了化油器、单点电喷到如今常用的多点电喷,对能源和环保日趋严格的要求催化出更为精准的燃油喷射技术,那就是缸内直喷技术。

·缸内直喷技术

目前大多数发动机所采用的是多点喷射供油系统,这一系统的特点是能够通过电脑自动侦测发动机温度、进气流量、转速变化、震动状况,并依照实际需求调整供油量与点火时间,因此排除了早期化油器技术带来的燃油燃烧不充分,在冷启动和怠速运转过程中产生黑烟和马力不足的问题。但多点喷射供油系统也存在着缺陷,那就是由于汽油机构造的先天限制,多点喷射发动机所吸进油气的时间只有在气门开启状态下才能进行,因此电脑的控制力相当有限。

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缸内直喷技术解决了这一问题。由于缸内直喷发动机的喷油嘴被移到了汽缸内部,因此缸内油气的量不会受气门开合的影响,而是直接由电脑自动决定喷油时机与份量,至于气门则仅掌管空气的进入时程,两者则是在进入到汽缸内才进行混合的动作。由于油、气的混合空间、时间都相当短暂,因此缸内直喷系统必须依靠高压将燃油从喷油嘴压入汽缸,以达到高度雾化的效果,从而更好的进行油气混合。其中混合油气的压缩比越高的发动机,它的动力表现越强大,相应的节能效果越明显。奥迪3.2升FSI缸内直喷发动机的压缩比达到了10.3:1;凯迪拉克3.6升SIDI 双模缸内直喷发动机的压缩比达到了11.3:1。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,来提高混合油气的雾化效果与燃烧效率。一般而言,应用了缸内直喷技术的发动机要比同排量的多点喷射发动机的峰值功率提升10%至15%,而峰值扭矩能提升5%至10%。这样的提升,可谓是一种质变,而单靠增加气门数量是难以达到这一效果的。

·分层燃烧技术

说起缸内直喷便不得不说分层燃烧,因为采用分层燃烧是缸内直喷技术得以更节省燃油非常有效的手段。

根据直喷式汽油发动机的原理特点,理论上一般可以实现两种不同的燃烧方式:分层燃烧和均质燃烧。

所谓“均质燃烧”可以理解为普通的燃烧方式,即燃料和空气混合形成一定浓度的可燃混合气,整个燃烧室内混合气的空燃比是相同的,经火花塞点燃燃烧。由于混合气形成时间较长,燃料和空气可以得到充分的混合,燃烧更均匀,从而获得较大的输出功率。

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而分层燃烧,整个燃烧室内的混合气的空燃比是不同的,火花塞附近的混合气浓度要比其他地方的要高,这样在火花塞周围的混合气他可以迅速燃烧,从而带动较远处较稀的混合气体的燃烧,这种燃烧方式称为“分层燃烧”。均质燃烧的目的是在高速行驶、加速时获得大功率;分层燃烧是为了在低转速、低负荷时节省燃油。

要想实现这种混合气的状态,缸内直喷技术就必不可少了。发动机在进气行程活塞下行时,发动机电脑(ECU)会控制喷油嘴先进行一次少量的喷油,使气缸内形成稀薄混合气,而在压缩行程,活塞上行时会进行第二次喷油,利用活塞顶部的特殊结构或者喷油嘴的喷射角度让火花塞附近出现混合气相对较浓的区域,然后利用这部分较浓的混合气来引燃汽缸内的稀薄混合气,保证了在顺利点火的情况下尽可能地实现稀薄燃烧,这样可以用更少的燃油达到同样的燃烧效果,进一步降低发动机的油耗。

 
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