汽油直噴發(fā)動機

衛(wèi)東

在二十多年前，隨著汽油發(fā)動機燃油噴射及電控系統(tǒng)的普及，汽車廠家們終于放棄了化油器，也讓汽車燃油系統(tǒng)從純機械方式邁向了電控方式，實現(xiàn)了發(fā)動機的動力輸出是在軟件的控制之下，為實現(xiàn)排放控制鋪平了道路。隨著噴油嘴由單點向多點的邁進，即從節(jié)氣門單點噴射到進氣歧管多點噴射，實現(xiàn)了燃油的進一步精確控制。如果向柴油發(fā)動機那樣將燃油噴嘴直接安裝在燃燒室，那自然會實現(xiàn)更精確的燃油控制，于是奧迪、大眾等汽車廠家率先將燃油直噴發(fā)動機推向了市場。

早在1954年，奔馳300SL是第一輛配4沖程汽油噴射發(fā)動機的轎車，霧狀燃油噴入進氣歧管，比化油器發(fā)動機提供了更大的動力和更高的燃油經濟性，可算是邁了一大步。自從單點和多點噴射技術在上世紀90年代普遍應用以來，發(fā)動機技術的進步一直在進氣系統(tǒng)做文章，改變進氣道，將每缸氣門數(shù)從2個提升到3、4、5個氣門，實現(xiàn)可變氣門升程及正時等，而沒有實現(xiàn)根本的基因突變，直到2001年出現(xiàn)了汽油直噴。

汽油機缸內直噴有著美好的前景

直噴主要通過均勻燃燒和分層燃燒，提高了發(fā)動機的動力性能又節(jié)省了燃油，尤其在部分負荷時具有更好的節(jié)油作用，像在市內走走停停的交通狀況。自然各大公司都把目光鎖定在直噴。于是，博世公司開發(fā)了Motronic MED7汽油直噴系統(tǒng)，奧迪公司開發(fā)了FSI系統(tǒng)，奔馳開發(fā)了CGI系統(tǒng)，菲亞特則開發(fā)了JTS系統(tǒng)，雖然名字不同，但它們都代表了汽油缸內直噴。

直噴技術產生了2個新的概念：均勻燃燒和分層燃燒

汽油直噴技術出色的經濟性主要表現(xiàn)在部分負荷時的分層燃燒?？扇蓟旌衔镏环植荚诨鸹ㄈ車?，換句話說，空燃比是14.7：1的混合氣集中在火花塞周圍，在燃燒室的其他部分則是純凈的空氣?；旌掀麑拥拇笮》秶_地反映了瞬時發(fā)動機動力的需求。在分層燃燒時，直到壓縮行程時才噴射燃油，油霧直接進入燃燒室中的空氣，而噴油就發(fā)生在點火前瞬間，可見發(fā)動機在中、低速時燃油是多么節(jié)省。另一個優(yōu)點是，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(fā)動機熱效率。

供油系統(tǒng)為直噴提供了精確的高壓噴射

以奔馳C200 CGI發(fā)動機為例，其燃油以42度角噴入汽缸，燃油壓力隨發(fā)動機的工作特性從50bar到120bar，而傳統(tǒng)4缸機的噴射壓力是3.8bar。高壓油泵由進氣凸輪軸驅動，軌道中的油壓由發(fā)動機電腦調節(jié)，并直接連接到噴嘴。壓力信號取自壓力傳感器。奧迪的高壓油泵也是由凸輪軸驅動，噴射壓力最高到110bar，燃油噴射時間則被控制在幾千分之一秒。

燃油削耗降低，動力有很大提升

直噴發(fā)動機潛力的有力證明是在2001年7月勒芒24小時耐力賽獲勝的奧迪R8上搭載的帶雙增壓的V8 FSI直噴發(fā)動機，證明了直噴不僅有出色的動力表現(xiàn)，燃油還可節(jié)省8%。燃油直噴發(fā)動機的出色表現(xiàn)使奧迪R8領先一圈，良好的燃油經濟性使它延長了加油的間隔。不僅是這些，賽手認為發(fā)動機動力反應敏捷且非常到位。

在2002年底，奔馳開發(fā)了1.8L CGI汽油缸內直噴，安裝在了C級車上，即C200 CGI，其峰值功率是125kW，綜合油耗是7.8L/100km，排放達到歐4。其從靜止加速到100km/h的加速時間是9.0s，最高時速222km/h。相比上一代發(fā)動機，這款直噴發(fā)動機扭矩增加了15%，當發(fā)動機轉速只有1500rpm時即可輸出扭矩的75%，在3000rpm時輸出最高扭矩250Nm，并持續(xù)到4500rpm。采用傳統(tǒng)噴射方式的C 180 KOMPRESSOR峰值功率是105kW，最高扭矩220Nm/2500rpm，從靜止加速到100km/h用時9.7s，最高時速222km/h，綜合油耗8.2L/100km。從以上數(shù)值就可以看出這兩款發(fā)動機的差別了，直噴發(fā)動機不但動力有了顯著提升，還節(jié)省了燃油。