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不断跨越自我 浅析喷油系统技术进化史

一猫汽车网 2015-10-31 06:17:00

       用车观念日渐成熟的消费者,所关注的点已经不仅是发动机数据一项。更多的是关注车辆的燃油经济性和使用成本等方面。改善燃油经济性问题上,工程师们想出了各种方法来实现,而其中最直接的就是在燃油喷射系统下功夫。


       通过技术上不断的革新与优化,现在大部分发动机都采用电子喷射、缸内直喷技术,更有甚者使用混合喷射、双喷油嘴等新技术来满足车主对动力和经济性提升的双重需求。


化油器


       机械式喷射系统就是大家曾听闻过的化油器。化油器是在发动机工作产生的真空作用下,将一定比例的汽油与空气混合的机械装置。曾经是汽车发动机上重中之重的部件,现在更多地用在割草机、路机等小型发动机。


       按照不同标准来分,化油器可以分为下吸式与平吸式、转动式和升降式等。工作原理比较简单容易理解,化油器装配在进气歧管,出油口在化油器喉管内。利用活塞下行形成的真空作用下从喷管出油口喷出,由于在进气歧管空气流速是汽油流速的25倍,因此喷管喷出的油流即被高速的空气流冲散,形成大小不等的雾状颗粒,也就是俗称的“雾化”。


       节气门的开度大小和发动机转速影响着喉管位置的真空度,也随即影响混合气体的比例成分,因此影响发动机运行工况。发动机的各种负荷变化从而需要不同浓度的混合气体,尽管加入不同的装置来满足需求,但结构原因还是满足不了,而且诸如启动困难、怠速不稳、动力不足和油耗高等问题的出现,汽车上逐渐已经摒弃机械式结构。


电子式喷射系统—单点喷射


       电子控制燃油喷射系统是发动机摒弃化油器后的喷油装置,它的分类也是各有不同,可以分为单点喷射、多点喷射以及开、闭环控制系统。电喷装置一般是由喷油油路、传感器组和电子控制单元三大部分组成。


       早期的电喷车型大多是单点喷射,单点喷射的位置和化油器结构相类似。喷油嘴放置在节气门前端,虽然可以改善节气门附近的雾化和加热管壁温度提高燃油蒸发程度,但在节气门后到进气门这段管壁容易形成油膜油滴,因此对混合气的输送和分配有很大影响,并难以实现不同工况下的混合气体分配。


        单点喷射构造简单,而且可靠和维护简单,同时工作原理也相当简单。通过进气歧管内的空气压力传感器和空气流速传感器共同计算进气量,得出的数据传送至发动机电子控制单元(ECU),再计算控制电磁阀所喷射的油量。


多点喷射


       多点喷射是在单点喷射的基础上进行演变,工作的原理也是和单点喷射相同,喷射器的位置从节气门前端改到了每个气缸的进气歧管的末端上,这样布局的好处是混合气体所经过的距离大大缩短,能够提升燃油喷射的精确度和效率。


       相比起老式的进气系统相比,根本上解决相邻气缸进气重叠所引起的包括配气不均匀问题、功率下降、油耗增加等问题。同时多点喷射的结构优势可以实现顺序喷射,因此燃油和空气的比例控制比单点喷射更加精确,因此尾气排放的效果和经济性方面表现出色。


缸内直喷


       相当长的一段时间里,使用多点电喷技术的车型最受用户欢迎。而随着环保要求逐渐严格,多点电喷技术也不足以满足人们的要求,对燃油喷射更高更精确的目标,缸内直喷技术因此而生。


       缸内直喷技术是把原本多点电喷系统的喷油嘴安装在气缸的内部,燃油和空气混合气体通过喷油嘴可以直接喷射到燃烧室内。ECU根据空气量的多寡精确控制燃油的喷射量和喷射时间,使得油气雾化和混合的效率更加出色,令符合空燃比的气体燃烧充分从而降低油耗,提升发动机的动力。


       喷油嘴的压力普遍在100bar以上,部分甚至可达200bar,因此喷射出的燃油颗粒直径更小。微小的油滴在短时间内蒸发,加快了油气混合气体的生成。因此避免了进气歧管喷射中依靠壁面油膜蒸发导致混合气浓度不能精确控制的状况。


混合喷射


       虽然缸内直喷能解决多点电喷所带来的劣势,但这项技术本身也有一些弊端,如进气道积碳,尾气微粒排放较多等问题。面对越来越严苛的排放法规,缸内直喷技术开始吃力,工程师们开始在研究混合喷射技术。


       混合喷射是现阶段较为先进的燃油喷射方式,结构上是之前的多点喷神和缸内直喷的综合。即在进气歧管的部分安装一支喷油嘴,另一支喷油嘴则安置在气缸内。目前比较多消费者认识的混合喷射技术是丰田的D4-S和大众第三代EA888发动机上的。


       D4-S的混合喷射技术是将缸内直喷和多点电喷的歧管喷射相结合的技术,在发动机低负荷工况下采用歧管喷射,这样的好处是使得燃油和空气混合得更充分,并且一定程度能起到清洁进气歧管,减少歧管、气门积碳。中等负荷工况是在歧管喷射的基础上,缸内直喷开始介入;而重负荷的时候就由缸内直喷系统在工作。


       用户的需求不断地变化,单靠一种燃油喷住方式已经不能替代,因此双模混合喷油技术是现阶段效率最高的方式。随着越来越严格的排放政策,搭载混合喷射技术的车辆会出现在越来越多车型上。(全文完)


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