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专业图文解析发动机燃油直喷技术

发动机 haoava 144次浏览 0个评论 扫描二维码
专业图文解析发动机燃油直喷技术

发动机燃油直喷技术大范围的进入消费者视线是在2007年,当时随着一汽-大众对迈腾的引入,它所搭载的燃油直喷发动机也被大范围地宣传(虽然之前奥迪旗下的部分车型搭载着拥有着更纯正血统的燃油直喷技术发动机,但他们并没有大规模宣传)。

不过,虽然大家已经通过广告或其他途径对燃油直喷技术有了一定的了解,但它的实际燃油直喷技术的关键点究竟在哪里?它的原理又是怎样的呢?下面我们做一下逐一的解析。

专业图文解析发动机燃油直喷技术
专业图文解析发动机燃油直喷技术

燃油直喷技术的全称是发动机燃油缸内直喷技术,英文是Direct Injection,简称DI。从文字表面我们就能明白,所谓燃油直喷技术就是直接在汽缸体内进行燃油喷射,有别于其他将喷油嘴放在进气门前的位置,直喷发动机所燃烧的空气在进入气门前是纯净的空气,而不是油气混合体。

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而也正是通过这样的工作原理使得具有缸内直喷技术的发动机可以根据进气门的开启时间来知道进入汽缸燃烧的空气量是多少,根据不同的空气量和当时车辆的工作需求喷出不同量的燃油。

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无论任何一种技术,它们都有着自己的关键点,而燃油直喷的技术的关键点就是高压喷油系统,与之前非缸内直喷的发动机汽油与空气在进气歧管内被混合,然后被负压吸入发动机的方式不同,拥有燃油直喷技术的发动机是通过高压喷油嘴将燃油喷入汽缸,而由于汽缸内压力已经很大,所以此时需要燃油喷射系统具备更大的压力,才可以将燃油喷入汽缸。

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高压喷油系统主要可以分为发动机控制模块(ECU)、高压油轨、高压油泵和喷油嘴四部分,其中ECU主要采集发动机数据,按照预定程序控制喷油时机和喷油量,从而实现最高燃烧效率;而高压油泵则主要负责燃油的加压,高压油轨主要起均衡各喷油嘴喷射压力的作用,而最终的喷油任务则由喷油嘴来执行。此外,还有多个传感器提供燃油压力等信息,确保整个系统的高效率。

发动机控制模块(ECU)不仅是高压喷油系统的关键,对于燃油直喷发动机和其他各款汽车发动机的重要组成部分。目前ECU主要还是被国外企业所把持,不过这个组件在技术上已经比较成熟。

部分自主品牌虽然也初步具备了ECU的制造能力,但是在软件地匹配、执行器的可靠性等环节还有不少问题没有解决,不过我相信它就跟汽车变速箱一样,只要自主品牌企业突破软件和执行器等方面的问题,它的国产化率将会大幅度提高,而这对于自主品牌车型的成本也会带来极大的降低。

专业图文解析发动机燃油直喷技术
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对于高压燃油喷射系统而言,燃油压力的大小是有一个很关键的问题,而在这个关键问题中其关键作用的就是高压油泵,在低压油泵将燃油送到高压油泵之后,高压油泵可以将汽油加压到十余兆帕的压力(这是普通汽油泵压力的三四十倍),并将其送入油轨。

一般情况下,高压油泵是由凸轮轴带动,内部由双头或三头凸轮进行加压。除了这些在高雅油泵上还集成了电子油轨压力调节器(FRP),他是一个由ECU控制的电子阀,而ECU通过脉冲宽度调节的方式控制油压调节器,油压调节器则是通过控制着高压燃油泵的进气阀来控制燃油的喷射压力。在意外情况下,当驱动线路失效时,高压油泵仍可以进入低压模式,以保证发动机可以进行应急运行。

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燃油在经过油泵加油后,并没有直接进入燃烧室,它先进入到高压油轨,由于油轨和燃烧室之间存在压力差,所以燃油必须要经过高压油轨将压力稳定后才可以进入燃烧室。而位于喷嘴内部的电磁阀则可以实现对喷油量和时机的控制,这个喷油嘴的控制精度很高,再加上它的位置从进气歧管移到了汽缸内,这种工作环境发生地变化也使得对它可靠性的要求被大大提升。

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除喷油系统外,发动机的其他部件也需要针对直喷技术进行相应的改变,只有这样才能保证发动机的高效性。表现最为突出的就要算是活塞顶部的设计了,它绝对可以算是关键中的关键。按照可燃混合器行程的控制方式,缸内直喷方式又可分为油束控制燃烧、壁面控制燃烧和气流控制燃烧三类。

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油束控制燃烧系统,喷油器被安装在燃烧室的中央,火花塞安装在喷油器附近,油束控制对空气的利用率依靠油束的贯穿深度保证,而后者则受喷油器的喷油压力控制。这种方式可以在低负荷的分层燃烧实现良好的燃油经济性,而当发动机处于中高负荷工况时,ECU调节高压油泵压力,使油束贯穿深度增大,从而实现均质加浓燃烧。

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在壁面控制燃烧系统中,喷油器和火花塞相隔较远,喷油器把燃油喷入活塞凹坑中,然后依靠进气流的惯性将油气混合送往火花塞。为了避免喷油器的温度过高,一般安置在进气门侧,活塞凹坑开口对向进气门侧,油气混合后直接流向火花塞。这种类型形成混合气的时间较长,易于形成较大区域的可燃混合气。

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在气流控制燃烧系统中,利用轮廓特殊的活塞表面形状形成的缸内气流和油束相互作用。此种系统不是把油雾朝活塞的凹坑喷射,而是朝火花塞喷,特殊形状的进气道与喷油器呈一定的夹角,给混合气在汽缸内一定的回旋力,汽缸内形成的气流使油气不是直接喷向火花塞,而是在汽缸内形成涡流围绕火花塞旋转。这样就使大部分工况都能实行恰当的混合气充量分层和均质化。

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对于拥有缸内直喷技术的发动机而言,由于它们的工作温度相比于一般发动机要高,对于缸体和冷却系的要求也就要高一些。现在有些新型的缸内直喷发动机采用了散热效果更好的铝合金缸体,在保证强度的同时,它们还采用了强化的冷去系统,使得发动机拥有了更好的热效率。

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上面我们说了很多缸内直喷发动机的优点,但它也不是完全无懈可击。由于燃油直喷技术对于油品的要求较高,并且对于发动机的制造工艺也有着很高的要求,所以目前这种发动机还没有被特别广泛的使用,特别是在国内的汽车市场中。

而在一汽-大众部分车型和奥迪部分车型上所使用的缸内直喷发动机就会由于油品的问题,很容易造成喷油嘴堵塞的现象,这也成为了现在限制缸内直喷发动机发展的一大阻力。但随着未来内燃机技术的不断发展,有朝一日燃油直喷技术绝对可以摆脱对油品的依赖,成为同可变正时气门/升程技术一样被广泛应用的发动机技术。

 


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