發布日期:2017-05-21 20:03 來源:網絡 作者:阿燦 瀏覽次數:679
一、電噴和直噴是完全不同的兩個概念。
電噴的全稱是電子燃油噴射,與之對應的另一種供油方式是化油器,目前已經淘汰。發動機的工作要靠進入氣缸的油氣混和物(空氣和汽油按照一定比例混合,理論空然比是14.7:1)進行燃燒,傳統的化油器是依靠吸入的空氣流經化油器時形成的壓力差將汽油吸出,在進氣管內混和后進入氣缸。而電噴車取消了化油器,在進氣歧管內設置了由行車電腦控制的電子噴油嘴,由電子噴油嘴噴射燃油,與空氣混和后進入氣缸。電噴的優勢在于電子控制能達到更優的空燃比,并且可以根據車況調整噴油量達到不同的空燃比。后來隨著技術的不斷進步又出現了缸內直噴技術,也就是直噴(缸外噴射的就不能稱為直噴,直噴僅指缸內)。簡單講,就是把噴油嘴從缸外的進氣歧管處移至氣缸內的進氣門附近,汽油在氣缸里與空氣混和。這樣做的好處是可以形成所謂的稀薄燃燒,也就是說只要在火花塞附近噴射很少的燃油就可以借助缸內的高壓渦流點燃油氣混和物,達到節油環保提高發動機效率的功效。直噴根據噴射的時機不同還分為稀薄噴射和均勻噴射。
二、多點電噴
汽車發動機的電噴裝置一般是由噴油油路、傳感器組和電子控制單元三大部分組成的.如果噴射器安裝在原來化油器位置上,即整個發動機只有一個汽油噴射點,這就是單點電噴;如果噴射器安裝在每個氣缸的進氣管上,即汽油的噴射是由多個地方(至少每個氣缸都有一個噴射點)噴人氣缸的,這就是多點電噴.
三、缸內直噴
又稱FSI,FSI(Fuel Stratified Injection)燃料分層噴射技術代表著傳統汽油引擎的一個發展方向.傳統的汽油發動機是通過電腦采集凸輪位置以及發動機各相關工況從而控制噴油嘴將汽油噴入進氣歧管.但由于噴油嘴離燃燒室有一定的距離,汽油同空氣的混合情況受進氣氣流和氣門開關的影響較大,并且微小的油顆粒會吸附在管道壁上,所以希望噴油嘴能夠直接將燃油噴入汽缸.FSI就是大眾集團開發的用來改善傳統汽油發動機供油方式的不足而研制的缸內直接噴射技術,先進的直噴式汽油發動機采用類似于柴油發動機的供油技術,通過一個活塞泵提供所需的100bar以上的壓力,將汽油提供給位于汽缸內的電磁噴射器.然后通過電腦控制噴射器將燃料在最恰當的時間直接注入燃燒室,其控制的精確度接近毫秒,其關鍵是考慮噴射器的安裝,必須在汽缸上部留給其一定的空間.由于汽缸頂部已經布置了火花塞和多個氣門,已經相當緊湊,所以將其布置在靠近進氣門側.由于噴射器的加入導致了對設計和制造的要求都相當的高,如果布置不合理、制造精度達不到要求導致剛度不足甚至漏氣只能得不償失.另外FSI引擎對燃油品質的要求也比較高,目前國內的油品狀況可能很難達到FSI引擎的要求,所以部分裝配了FSI的進口高爾夫出現了發動機的水土不服.
此外,FSI技術采用了兩種不同的注油模式,即分層注油和均勻注油模式.發動機低速或中速運轉時采用分層注油模式.此時節氣門為半開狀態,空氣由進氣管進入汽缸撞在活塞頂部,由于活塞頂部制作成特殊的形狀從而在火花塞附近形成期望中的渦流.當壓縮過程接近尾聲時,少量的燃油由噴射器噴出,形成可燃氣體.這種分層注油方式可充分提高發動機的經濟性,因為在轉速較低、負荷較小時除了火花塞周圍需要形成濃度較高的油氣混合物外,燃燒室的其它地方只需空氣含量較高的混合氣即可,而FSI使其與理想狀態非常接近.當節氣門完全開啟,發動機高速運轉時,大量空氣高速進入汽缸形成較強渦流并與汽油均勻混合.從而促進燃油充分燃燒,提高發動機的動力輸出.電腦不斷的根據發動機的工作狀況改變注油模式,始終保持最適宜的供油方式.燃油的充分利用不僅提高了燃油的利用效率和發動機的輸出而且改善了排放。
缸內直噴技術,是一種新型的也是現在比較先進的燃油噴射技術。是用高壓力直接將燃油噴射到氣缸的燃燒室里面。不同于原來的將噴油嘴放在進氣門前面,這樣到達進氣門的不再是油氣混合而是純凈的空氣。 這樣使得缸內直噴的發動機可以根據進氣門開啟的時間,來知道進入汽缸燃燒的空氣量的多少,才按照當時的車輛工作需要來噴出相應的燃油量。這樣就引申出另一個由缸內直噴發動機帶來的新概念--分層燃燒。
在大負荷或者全油門的工況之下,是不是缸內直噴的發動機需要消耗的燃油其實相差不大。反而在低負荷工況時,缸內直噴發動機的優點才充分體現出來。剛才已經說過缸內直噴發動機可根據負荷來決定噴油量,在低負荷時,噴油嘴只噴出最低限度的油量集中在火花塞的周圍,氣缸內的其他部分都是純凈的空氣。區別于以往油氣混合體均勻分布的狀態,分層燃燒時可以控制噴油嘴,在活塞壓縮行程達到最高點;火花塞點火前的瞬間才開始噴油。而且在燃燒時空氣層隔絕了熱,減少了熱量向汽缸壁的傳遞,從而減少了熱量損失提升了發動機熱效率。
同樣,缸內直噴這種先進的燃燒技術也會帶來一些負面影響。因為在低負荷工況下,會產生相當大量的NOx(氮氧化物)與高溫,這樣對于三元催化器的要求會很高。但是按照現在一些已經采用缸內直噴技術的發動機來看,這個問題已經得到解決。缸內直噴技術對于一些硬件設施也要求很高,例如需要配備高壓噴油嘴,以提高油氣的霧化程度與混合效率;缸內直噴系統的發動機除了在材質上更加講究,而且為了分層燃燒時控制氣體的流向,就連活塞、燃燒室形狀也都需要特別設計;最最重要的一點,缸內直噴需要穩定品質的高標號燃油,這也是在國內推廣需要克服的難點之一。總的來說,缸內直噴技術擁有的自主噴油控制能力,能夠使發動機在各種工作狀況之下都擁有最高效的燃油利用率。馬力提升大概都能在10%左右,而且油耗相差不大。作為消費者和廠商,這種先進的技術真的想不到有拒絕的理由。
四、混合噴射就是集成了多點電噴跟燃油直噴兩種供油方式
混合噴射是指直噴加進氣歧管噴射。缸內直噴容易積碳,而進氣歧管可以在低轉速情況下工作,此時直噴不工作,減少缸內積碳也可以降低油耗。
先來了解一個非常重要的概念——“稀薄燃燒”。
1、稀薄燃燒
在發動機氣缸內燃燒的是空氣和燃料,其質量之比被稱為空燃比。在汽油剛好 能夠完全燃燒時,其空燃比為14.7:1,這個值也被稱為理論空燃比。稀薄燃燒,顧名思義,就是說燃燒時空氣中的燃料很稀薄。在空燃比大于18:1時,就可以將氣缸內的燃燒狀態稱之為稀薄燃燒。
稀薄燃燒的最大特點就是燃燒效率高,經濟、環保,同時還可以提升發動機的功率輸出。因為在稀薄燃燒的條件下,由混合氣點火比理論空燃比條件下困難,暴燃也就更不容易發生,因此可以采用較高的壓縮比設計以提高熱能轉換效率。再加上汽油能在過量的空氣里充分燃燒,所以在這些條件的支持下能榨取每滴汽油的所有能量。
不過,稀薄燃燒也不是完美的,它也有自己的缺陷。在稀薄燃燒的情況下,廢氣中會有很多殘留的氧氣,同時排氣的溫度也較低,這兩方面的原因使得三元催化器對NOx的轉化率不高,從而增加了NOx的排放。
2、直噴的困擾
缸內直噴是實現稀薄燃燒最好的方法。采用歧管噴射時,空燃比的上限為27:1,而使用直噴時,空燃比甚至可以達到50:1以上。缸內直噴發動機在低負荷時,就處于稀薄燃燒的狀態,在高效節能的同時,也排放了更多的NOx。同時,在微粒排放方面,由于油氣混合時間較短,形成局部過濃區域可能性更大,所以直噴發動機的微粒排放要多于歧管噴射發動機。日本國立環境研究所的研究表明,直噴發動機尾氣中的微粒濃度是歧管噴射發動機的10倍以上。
另外,在直噴發動機上,火花塞點火燃燒的是占據小部分空間的混合氣。氣缸內其他空間空燃比非常高,只有極微量的燃油存在,而且燃油的汽化蒸發會使氣缸內的溫度降低。這樣一來,點火后,火焰在向外傳播的過程中會逐漸減弱,很容易熄火,使混合氣不能充分燃燒,進而產生積碳。
3、混合噴射,未來的選擇?
面對越來越嚴苛的排放法規,缸內直噴發動機有些難以招架了。于是研發人員又想起了歧管噴射,并把其加入到了直噴發動機之中,形成了一套混合噴射系統。
低負荷工況時,歧管噴油嘴在氣缸進氣行程時噴油,混合氣進入氣缸,再配合壓縮行程時氣缸內噴油嘴噴油,從而實現分層燃燒;高負荷工況時,只在壓縮行程進行缸內直噴。這樣一來,不僅可以提高發動機的工作效率,還避免了上面提到的在低負荷工況下因氧氣過量導致的排放問題。
實際上,混合噴射也不是什么新技術了,早在十年前,豐田就已經在2GR-FSE發動機上配備了D4-S混合噴射技術。大家熟悉的豐田86、斯巴魯BRZ、本田NSX上也用到了這項技術。在未來,隨著排放法規的日益嚴格,相信混合噴射技術還會在越來越多的車型上得到應用。
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