高壓迸發的力量 汽油缸內直噴技術詳解

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對于汽油機來說，汽油被送入氣缸與空氣體混合，然后油氣混合物充分燃燒獲得強大的動力，因此油氣混合技術也是發動機的關鍵之一。經過化油器、單點電噴、多點噴射等技術階段后，油氣混合技術終于進入直噴時代，越來越多的車輛開始采用直噴發動機。直噴發動機的技術要點是什么？讓我們逐一分析。

高壓燃油噴射系統可以說是直噴發動機最關鍵的系統。與以前的發動機不同，在以前的發動機中，油和氣體在進氣歧管中混合，然后通過負壓吸入發動機，直噴式發動機使用高壓噴嘴將燃料噴射到氣缸中。因為氣缸中的壓力已經很高了，所以燃油噴射系統需要有更大的壓力。

“高壓燃油噴射系統的四個主要部分”

高壓燃油噴射系統可分為發動機控制模塊、高壓燃油軌、高壓油泵和噴油器四個部分，其中ECM主要采集發動機數據，按照預定程序控制噴油正時和噴油量，從而達到最高的燃燒效率。高壓油泵主要負責燃油的增壓，高壓油軌主要起到均衡各個噴油器噴射壓力的作用，而最終的噴油任務則由噴油器來完成。此外，幾個傳感器提供燃油壓力等信息，以確保整個系統的高效率。

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ECM不僅是直噴發動機的關鍵部件，也是所有技術相對較新的內燃機的重要組成部分。這部分涉及芯片、執行器和軟件等多個環節。，它們都不能實現大規模生產和裝載。目前，電解加工技術仍由國外企業控制，技術相對成熟。雖然部分自主品牌已經初步獲得了ECM的制造能力，但在軟件匹配、執行器可靠性等環節還有很多問題需要解決，但就像傳動技術一樣，一旦此類關鍵技術取得突破，自主品牌廠商將受益匪淺。

“通用Ecotec系列2.0直噴發動機使用的高壓油泵由博世制造”

高壓油泵是燃油增壓的關鍵環節。低壓油泵將燃油輸送到高壓油泵后，高壓油泵可以將汽油加壓到十幾兆帕的壓力，輸送到燃油軌。高壓油泵通常由凸輪軸驅動，內部有雙頭或三頭凸輪。高壓油泵上還集成了電子軌道壓力調節器，這是一個由發動機控制模塊控制的電磁閥。發動機控制模塊通過脈寬調制控制油壓調節器，油壓調節器控制高壓油泵的進口閥，從而控制燃油壓力。當驅動線路出現故障時，高壓油泵進入低壓模式，發動機在緊急情況下仍能運轉。

“瑞奇G5使用的2.0TGDI發動機也采用了博世的高壓油泵”

高壓油泵、燃油軌等零件對工作環境和制造精度要求較高。博世等一些傳統的柴油高壓設備制造商在這方面有著豐富的經驗，所以即使是一般的直噴發動機，高壓油泵也是由博世提供的。作為自主品牌首款直噴汽油機，瑞奇G5上的2.0TGDI發動機也采用了博世的高壓油泵。

《高壓油軌基本結構圖》

“通用Ecotec系列2.0直噴發動機中使用的高壓燃油軌和噴嘴”

高壓噴油器結構示意圖:①高分子密封圈②噴嘴針閥③電樞④電磁線圈⑤精濾器。

汽油經油泵加壓后，進入高壓油軌。高壓油軌穩定壓力后，由于油軌與燃燒室的壓力差，高壓油泵動作后，汽油噴入氣缸。噴嘴內部還有一個電磁閥，可以控制噴油量和噴油正時，其控制精度非常高。同時，隨著噴嘴的位置從進氣歧管移動到氣缸，工作環境和溫度發生了很大變化，對其可靠性的要求也大大提高。

除了燃油噴射系統，其他發動機部件也要設計成直噴，這樣才能保證發動機的高效率，尤其是活塞頂的設計非常重要。根據可燃混合氣形成的控制方式，缸內直噴方式可分為三種:油束控制燃燒、壁面控制燃燒和氣流控制燃燒。

“活塞頂部的凹坑主要起到引導氣缸內氣流的作用”

在燃料束控制燃燒系統中，燃料噴射器放置在燃燒室的中心，火花塞放置在燃料噴射器附近。燃料束控制的空氣體的利用率取決于燃料束的穿透深度，而后者由燃料噴射器的燃料噴射壓力控制。這樣，在低負荷分層燃燒中可以獲得良好的燃油經濟性，當發動機處于中高負荷工況時，發動機控制模塊通過調節高壓油泵的壓力來增加油束的穿透深度，從而實現均質富燃。

“活塞頂部曲面形成的渦流可以幫助混合氣燃燒得更均勻、更充分?！?/p>

在壁控燃燒系統中，噴油器和火花塞相距甚遠。噴油器將燃油噴射到活塞坑中，然后燃油空氣混合物通過進氣流的慣性被輸送到火花塞。為了避免噴油器溫度過高，一般布置在進氣門側，活塞凹坑開口面向進氣門側，油氣混合后直接流向火花塞。這類混合物形成時間長，容易大面積形成可燃混合物。

在氣流控制燃燒系統中，氣缸內氣流與油束的相互作用是由活塞表面形狀的特殊輪廓形成的。在這種系統中，油霧不是噴向活塞坑，而是噴向火花塞。異形進氣口與噴油器成一定角度，使混合氣在氣缸內產生一定的渦動力。氣缸內形成的氣流使油氣不直接噴向火花塞，而是在氣缸內形成渦流繞火花塞旋轉。這樣，大多數工作條件可以適當地分層和均勻化。

“鋁合金缸體散熱效果更好，更容易實現輕量化”

由于直噴發動機的工作溫度較高，對缸體強度和冷卻系統的要求也較高。在保證強度的前提下，更多的新型直噴發動機采用了散熱性更好的鋁合金缸體，同時還采用了強化冷卻系統，保證了發動機更高的熱效率。

“位于氣缸下部的油嘴可以在活塞下降到下止點時冷卻活塞”

直噴汽油機雖然優勢明顯，但也受到制造技術和油品質量的限制，短時間內推廣不太現實。但以其更高效、更經濟的特點，仍是未來內燃機技術的發展趨勢，我們也有望看到更多性能優異、燃油經濟性高的直噴發動機面世。

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