缸内直喷技术简介

汽油机缸内直喷技术

摘要：柴油发动机在近10年有了突飞猛进的发展，其性能已接近汽油机，

又以良好的经济性和耐用性著称，而汽油发动机主要是在进气系统做些文章而没有重大突破，看来今天也只有背水一战了,把汽油喷嘴从进气歧管调到了前线——燃烧室，纵身火海，真有我不下地狱谁下地狱的悲怆。

在1954年，第一辆匹配4 冲程汽油喷射发动机的轿车诞生了，它就是奔驰300SL，雾状燃油直接喷入进气歧管，比化油器发动机提供了更大的动力和更高的燃油经济性，可算是迈了一大步。自从单点和多点喷射技术在80年代普遍应用以来，技术上的改进一直在进气系统做文章，2、3、4、5气门、可变进气、可变气门升程及正时等，而没有实现根本的基因突变。我们今天的需求是既要有良好的燃油经济性又要有出色的动力表现。那么我们来看看汽油缸内直喷技术是否是汽油喷射发动机的基因突变。

汽油机缸内直喷作为新技术有着美好的前景

缸内直喷所宣扬的是通过均匀燃烧和分层燃烧，实现了高负荷、尤其是低负荷下的燃油削耗降低，动力还有很大提升。在部分负荷时具有的巨大节油作用体现在市内走走停停的交通状况下是多么诱人。今天，各大公司已经把目光锁定在了直喷，如博世公司开发了Motronic MED7汽油直喷系统，奥迪公司开发了FSI 系统，奔驰开发了CGI系统，菲亚特则开发了JTS系统，虽然名字不同，但它们都代表了汽油缸内直喷。

直喷发动机潜力的证明是在2001年7月的勒芒24小时耐力赛上获胜的奥迪R8，它匹配着带双增压的V8 FSI直喷发动机。出色的表现使它领先一圈，良好的燃油经济性使它延长了加油的间隔，有力证明了直喷不仅有出色的动力表现，燃油还要节省8%。不仅是这些，R8车手认为发动机动力反映敏捷且非常到位。

奥迪第一款作为量产车匹配直喷发动机的车型是2002年3月在日内瓦车展展出的A2 1.6FSI。接下来是奥迪A4，匹配了110kW 2.0L FSI发动机，有别于96kW 的A4，使用了单柱塞高压油泵，4气门替代了5气门，显然是为了在燃烧室安装汽油喷嘴节省地方。A4 2.0 FSI最大扭矩200Nm出现在3250～4250rpm，0到100km/h的加速时间是9.6秒，最高时速218km/h。百公里综合油耗7.1L。

在2002年底，奔驰也上市了配有1.8L CGI汽油缸内直喷发动机的C级轿车，即C200 CGI。峰值功率是125kW，扭矩比上一代增加了15%，当发动机转速只有1500rpm时即可输出扭矩的75%，在3000rpm时输出最高扭矩250Nm,并持续到4500rpm。与相同排量C级车相比节油超过19%，综合油耗是7.8L/100km。排放达到欧Ⅳ。0到100km/h的加速时间是9.0秒，最高时速222km/h。与C200 CGI有着相同排量的 C 180 KOMPRESSOR峰值功率是105kW，最高扭矩220Nm/2500rpm，0到100km/h的加速时间是9.7秒，最高时速222km/h，综合油耗8.2L/100km。从以上数值就可以看出这2款发动机的差距了。

作为后勤保障，供油系统为直喷提供了精确的高压喷射

供油系统的主要部件是：高压油泵、共轨、燃油压力传感器、压力控制阀、高压喷嘴和ECU。首先是对喷嘴的要求提高了，以前的喷嘴是安装在进气歧管，今天不同了，亲临前线，安装在了燃烧室，自然要经受住烈火的考验。高压电磁喷嘴扮演着重要的角色，电磁单元被激活的时间和油压决定了喷射量的多少。燃油喷射时间则被控制在几千分之一秒。

在奔驰C200 CGI发动机上，燃油以42度角喷入汽缸，燃油压力随发动机的工作特性从50～120巴，而传统4缸汽油喷射发动机的喷射压力是3.8巴。高压油泵由进气凸轮轴驱动，轨道中的油压由发动机电脑调节，并直接连接到喷嘴。压力信号取自压力传感器。部分负荷时，在低转速下压力是4到5巴，满足稀薄燃烧。奥迪的高压油泵同样由凸轮轴驱动，喷射压力最高到110巴。另一个需要具备的基本条件是要使用低硫汽油。

直喷技术产生了2个新的概念：均匀燃烧和分层燃烧

均匀燃烧:在全负荷时，燃油喷射与进气同步，燃油得到完全雾化，使混合汽均匀地充满燃烧室，自然会得到充分的燃烧，使发动机动力得到淋漓尽致的发挥。在均匀燃烧时有着和传统喷射发动机相同的空气与燃油混合比，即空燃比是14.7∶1，此时的lambda值是1。而燃油的蒸发又使混合汽降温，去除了爆震的产生。也就是说在均匀燃烧情况下，在获得高动力输出和扭矩值的同时付出了较低的燃油消耗。勒芒耐力赛就可证明，因为比赛中总是在均匀燃烧状态。

它出色的经济性主要表现在部分负荷时的分层燃烧。可燃混合物只分布在火花塞周围，换句话说，空燃比是14.7∶1的混合气集中在火花塞周围，在燃烧室的其他部分则是纯净的空气。混合汽层的大小范围精确地反映了瞬时发动机动力的需求。在分层燃烧时，直到压缩行程时才喷射燃油，油雾直接进入燃烧室中的空气，而喷油就发生在点火前瞬间。分层燃烧时lambda值达到4，可见发动机在中、低速时燃油是多么节省。另一个优点是，在燃烧时空气层隔绝了热，减少了热量向汽缸壁的传递，从而减少了热量损失提升了发动机热效率。

完善的发动机后处理使排放达到欧Ⅳ标准

废气的30%又流回了燃烧室。帮助降低了燃烧温度，并使分层燃烧时的氮氧化物降低了70%。FSI发动机有2个触酶转化器，在排气歧管后面是三元催化转换器，再后面是NOx储存型转化器。排放达到了欧Ⅳ，在德国每年要节省307欧元的道路使用税。虽然直喷离我们还有一定距离，但它也不是遥远的未来。油喷射与进气同步，燃油得到完全雾化，使混合汽均匀地充满燃烧室，自然会得到充分的燃烧，使发动机动力得到淋漓尽致的发挥。在均匀燃烧时有着和传统喷射发动机相同的空气与燃油混合比，即空燃比是14.7∶1，此时的lambda值是1。而燃油的蒸发又使混合汽降温，去除了爆震的产生。也就是说在均匀燃烧情况下，在获得高动力输出和扭矩值的同时付出了较低的燃油消耗。勒芒耐力赛就可证