淺談汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)

吳志偉　陳紅星　戰(zhàn)金程

摘 要：近幾年，由于我國(guó)能源與環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致汽車在節(jié)能減排上受到了各種法律法規(guī)的限制。因此，世界各地為了解決這一現(xiàn)狀，紛紛開(kāi)發(fā)了許多新技術(shù)，其中汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)就可以很好地解決這些問(wèn)題。本文將重點(diǎn)介紹汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)，因?yàn)檫@套領(lǐng)先技術(shù)是當(dāng)前最炙手可熱的技術(shù)，相信在未來(lái)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中，它的應(yīng)用前景會(huì)更加廣闊。

關(guān)鍵詞：汽油機(jī)；缸內(nèi)直噴；技術(shù)

汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)是我國(guó)汽油機(jī)在燃燒理論及相關(guān)結(jié)構(gòu)中劃時(shí)代的變革，它可以實(shí)現(xiàn)汽車低油耗、低污染的設(shè)想，是目前被廣泛認(rèn)可的領(lǐng)先技術(shù)?，F(xiàn)階段，汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)已經(jīng)被人們廣泛認(rèn)可，同時(shí)還覆蓋絕大多數(shù)的車型，尤其是燃料電池等新型動(dòng)力更是被普遍應(yīng)用，隨著科技水平的不斷發(fā)展，缸內(nèi)直噴技術(shù)也將會(huì)越來(lái)越成熟，因此需要對(duì)其進(jìn)行深入研究。

1 汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)的發(fā)展過(guò)程和應(yīng)用現(xiàn)狀

汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)20年代，那一時(shí)期主要被應(yīng)用在軍事領(lǐng)域中，這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展到20世紀(jì)50年代后才真正得以實(shí)現(xiàn)。只是由于燃油價(jià)格的降低，再加上電控技術(shù)受到阻礙，影響了汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)的發(fā)展。到20世紀(jì)70年代，福特公司開(kāi)發(fā)出一種新系統(tǒng)，這項(xiàng)系統(tǒng)主要采用分層燃燒技術(shù)來(lái)完成，最終因電控技術(shù)不夠完善以及成本較高，這項(xiàng)系統(tǒng)也沒(méi)能得到發(fā)展。

自20世紀(jì)90年代開(kāi)始，由于各個(gè)國(guó)家開(kāi)始注重環(huán)境保護(hù)，嚴(yán)格控制能源的消耗，各汽車企業(yè)開(kāi)始進(jìn)一步開(kāi)發(fā)汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)。其中，三菱公司在1996年開(kāi)發(fā)出具有汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)的自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，并將其安裝在轎車內(nèi)，這款發(fā)動(dòng)機(jī)具有動(dòng)力強(qiáng)、油耗少的特點(diǎn)。1998年豐田公司推出D4直噴系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以直接應(yīng)用在SZ與ZN系列的發(fā)動(dòng)機(jī)上，到2005年后還可以應(yīng)用在3GR-FSE的發(fā)動(dòng)機(jī)上，隨后豐田公司又開(kāi)發(fā)出了D4-S直噴技術(shù)，這個(gè)技術(shù)可以應(yīng)用到2GR-FSN發(fā)動(dòng)機(jī)上，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)燃燒控制等要求。2006年奔馳公司推出直噴技術(shù)CGI，同時(shí)在2010年又推出一款新的汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)BlueDirect，這項(xiàng)技術(shù)可以提高燃燒效率和排放水平。隨著科技水平的不斷提高，各種汽車公司也開(kāi)始相繼推出自己的汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)。

2 汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)的工作過(guò)程

對(duì)于直噴發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，高壓噴油系統(tǒng)是其最為重要的系統(tǒng)，它與之前的吸入發(fā)動(dòng)機(jī)不同，直噴發(fā)動(dòng)機(jī)是在高壓噴油嘴的作用下把燃油噴入到氣缸內(nèi)，因?yàn)闅飧字斜旧砭途哂休^大的壓力，所以噴油系統(tǒng)一定要具備更大的壓力才可以。

在直噴發(fā)動(dòng)機(jī)中，ECM是所有先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的重要組成部分，這一部分包含很多環(huán)節(jié)，只要缺少其中一個(gè)環(huán)節(jié)，都沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)裝車。當(dāng)前ECM這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)外企業(yè)的專利，并且已經(jīng)非常成熟。而高壓油泵是燃油加壓的重要環(huán)節(jié)，低壓油泵把燃油運(yùn)送到高壓油泵后，高壓油泵可以加大汽油的壓力，然后再將其送到油軌中。通常情況下，高壓油泵都是由凸輪軸帶動(dòng)起來(lái)的，在凸輪軸的內(nèi)側(cè)有雙頭或者三頭凸輪進(jìn)行加壓。

油泵加壓后，汽油會(huì)進(jìn)入高壓軌中，待高壓油軌穩(wěn)定后，因油軌與燃燒內(nèi)之間有一定的壓力差，所以高壓油泵在動(dòng)作后才能噴入到氣缸內(nèi)。另外，在噴嘴內(nèi)還有一電磁閥，這個(gè)電磁閥可以很好地控制噴油量，它在控制過(guò)程中對(duì)精度有很高的要求，再加上工作環(huán)境的不斷變化，在控制時(shí)對(duì)它的可靠性要求也相繼提高。

除了發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油系統(tǒng)外，其他零部件也需要為汽油缸直噴技術(shù)做出相應(yīng)的設(shè)計(jì)，這樣才能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，特別是活塞頂部的設(shè)計(jì)尤為重要。按照可燃混合氣所形成的控制方式，汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)可以分為油束控制燃燒、壁面控制燃燒和氣流控制燃燒三種。其中，在油束燃燒控制系統(tǒng)中，要把噴油器安裝到燃燒室的中心位置，并把火花塞安放到噴油器附近，這種安放模式可以達(dá)到良好的燃油經(jīng)濟(jì)性，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)處在高負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，ECM可以調(diào)節(jié)高壓油泵的壓力，從而增加油束的融入深度，使其達(dá)到均質(zhì)加濃燃燒的目的。在壁面控制燃燒系統(tǒng)中，由于噴油器和火花塞的距離相隔較遠(yuǎn)，噴油器將燃油噴入到活塞中后，就可以根據(jù)慣性把油氣混合運(yùn)送到火花塞中。為了降低噴油器的溫度，應(yīng)該將其安放到進(jìn)氣門(mén)側(cè)，這種類型的混合氣比較容易形成較大面積的可燃混合氣。

3 顆粒物形成的因素

顆粒物的排放過(guò)程極其復(fù)雜，它主要由碳煙、可溶性有機(jī)物、硫酸鹽和添加劑組成。對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，其顆粒物排放主要是空氣-燃油混合不均勻，從而造成燃燒不完全，在高溫的狀態(tài)下氧化而形成。

通常情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒時(shí)所形成的顆粒物大體可以分為三種模式，分別是核泰模式、聚集模式和粗模式。除此之外，顆粒物還分為兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別是PM和PN。在EUROV排放法規(guī)中，柴油機(jī)和汽油機(jī)都是既限制了PM的生成量，又限制了PN的生成量。以往的進(jìn)氣道噴射汽油機(jī)因具有良好的油氣混合，因此所排放的顆粒較少，但是目前直噴汽油機(jī)因燃油噴入缸內(nèi)，從而在燃燒時(shí)產(chǎn)生了較多的顆粒物。在電噴控制中，燃油多次噴射控制策略來(lái)減少直噴汽油機(jī)顆粒物的排放。經(jīng)過(guò)多次的試驗(yàn)可以了解到，運(yùn)用兩次噴射或者更多次的噴射策略，可以很好地減少直噴汽油機(jī)顆粒物的排放，并且還可以有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)過(guò)程中的PM值，主要原因還是采用多次噴射策略，在保證噴油量穩(wěn)定的同時(shí)，減少了噴油持續(xù)期。

4 結(jié)語(yǔ)

在以上的分析中我們了解到，為了滿足當(dāng)前我國(guó)排放法規(guī)的要求，就必須要提高GDI汽油機(jī)燃油的經(jīng)濟(jì)性，并減少GDI汽油機(jī)的排放量，這也將是未來(lái)內(nèi)燃機(jī)研究工作的方向。雖然現(xiàn)階段GDI汽油機(jī)仍面臨許多難度，但是隨著科學(xué)技術(shù)的提高、研究工作的深入、控制手段的完善以及排氣后技術(shù)的進(jìn)步，GDI汽油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、排放特點(diǎn)和其他環(huán)節(jié)都將會(huì)得到相應(yīng)提升?？傊履茉雌囋谶€沒(méi)有完全普及前，汽車機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)必將是未來(lái)的發(fā)展主流，同時(shí)也將成為車用動(dòng)力的主導(dǎo)產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

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