多点电喷和缸内直喷发动机性能分析比较

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  摘要:随着家用轿车的广泛普及,汽车技术的飞速发展,汽车知识匮乏的准车主们面对各种新技术、新性能的汽车不知何去何从。本文聚焦在汽车的动力核心—发动机,即采用两种不同的油气混合技术的发动机性能的比较,总结了多点电喷和缸内直喷发动机的优缺点,对于准车主们合理选车有很强的实用价值
  关键词:多点电喷 缸内直喷 性能比较
  【中图分类号】S219.031
  一、前言
  对于一台汽油发动机来说,将汽油送入汽缸,并与空气混合,再使油气混合物充分燃烧才能获得强大的动力,因此油气混合技术也是发动机的关键之一。在经历了化油器,单点电喷,多点电喷技术阶段之后,油气混合技术终于进入了直喷时代,越来越多的车型,开始采用直喷发动机,那么直喷发动机和多点电喷发动机,它们有什么区别?各自的优缺点是什么?下面进行比较区别,和同行们交流学习。
  二、发动机性能比较
  (一)、电喷发动机的特点
  多点电喷只是将燃油喷到进气歧管中,在那里就形成可燃混合气再送入气缸,那里的环境好得多,无需采用特殊的喷油嘴,不足是不如缸内直喷的节油。
  赞同多点电喷汽车发动机的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的。如果喷射器安装在原来化油器位置上,即整个发动机只有一个汽油喷射点,这就是单点电喷;如果喷射器安装在每个气缸的进气管上,即汽油的喷射是由多个地方(至少每个气缸都有一个喷射点)喷人气缸的,这就是多点电喷。缸内直喷又称FSI,FSI(Fuel Stratified Injection)燃料分层喷射技术代表着传统汽油引擎的一个发展方向。传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮位置以及发动机各相关工况从而控制喷油嘴将汽油喷入进气歧管。但由于喷油嘴离燃烧室有一定的距离,汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大,并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上,所以希望喷油嘴能够直接将燃油喷入汽缸。
  优点:燃烧效率高,同排量能释放出更大的动力。应使用牌号和质量完全符合要求的无铅汽油。燃油中不可添加防冻剂,燃油滤清器应定期更换,以防喷油器堵塞和氧传感器的工作性能丧失。特别应指出的是:在多点电喷发动机中普遍采用闭环控制方式,在排气歧管中均装有一个反映混合气燃烧状况的氧传感器,一旦燃用含铅汽油,便会导致氧传感器中毒失效,造成发动机工作性能下降。多点电喷发动机在起动前应先检查油路,油路中无油时不能运转燃油泵,否则会导致燃油泵磨损、过热而损坏。
  缺点:对油品要求比较高,包括机油
  (二)、缸内直喷发动机的特点
  缸内直喷是直接将燃油喷到汽缸中,在汽缸内与空气形成可燃混合气,这样更能发挥每一滴燃油的功效,但对喷油嘴的要求很高,因为气缸内是高温高压的环境。缸内直喷方式又可分为没束控制燃烧、壁面控制燃烧和气流控制燃烧三类。
  FSI就是大众集团开发的用来改善传统汽油发动机供油方式的不足而研制的缸内直接喷射技术,先进的直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术,通过一个活塞泵提供所需的100bar以上的压力,将汽油提供给位于汽缸内的电磁喷射器。然后通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室,其控制的精确度接近毫秒,其关键是考虑喷射器的安装,必须在汽缸上部留给其一定的空间。由于汽缸顶部已经布置了火花塞和多个气门,已经相当紧凑,所以将其布置在靠近进气门侧。由于喷射器的加入导致了对设计和制造的要求都相当的高,如果布置不合理、制造精度达不到要求导致刚度不足甚至漏气只能得不偿失。此外,FSI技术采用了两种不同的注油模式,即分层注油和均匀注油模式。发动机低速或中速运转时采用分层注油模式。此时节气门为半开状态,空气由进气管进入汽缸撞在活塞顶部,由于活塞顶部制作成特殊的形状从而在火花塞附近形成期望中的涡流。当压缩过程接近尾声时,少量的燃油由喷射器喷出,形成可燃气体。这种分层注油方式可充分提高发动机的经济性,因为在转速较低、负荷较小时除了火花塞周围需要形成浓度较高的油气混合物外,燃烧室的其它地方只需空气含量较高的混合气即可,而FSI使其与理想状态非常接近。当节气门完全开启,发动机高速运转时,大量空气高速进入汽缸形成较强涡流并与汽油均匀混合。从而促进燃油充分燃烧,提高发动机的动力输出。电脑不断的根据发动机的工作状况改变注油模式,始终保持最适宜的供油方式。燃油的充分利用不仅提高了燃油的利用效率和发动机的输出,而且改善了排放。
  直喷气门无积碳,但对燃油的要求就更高了。油品(包括机油)跟得上,直喷是很有优势的。目前最佳的是分层直喷技术,也就是喷嘴不是固定的,可以延伸到氣缸中部,但是技术要求很高,运动部件更多,故障率也很高,但是燃油效率很高,大众,宝马系这项技术在德国已经普及,广泛应用,在中国基本不用这项技术。FSI引擎对燃油品质的要求也比较高,目前国内的油品状况可能很难达到FSI引擎的要求,所以部分装配了FSI的进口高尔夫出现了发动机的水土不服。
  但也由于直喷发动机的工作温度更高,因此对缸体强度和冷却系统的要求也更高一些,在保证强度的前提下,更多的新型直喷发动机采用了散热更好的铝合金缸体,同时还采用了强化的冷却系统,保证发动机更高的热效率。
  三、结束语
  多点电喷发动机和缸内直喷发动机两者最大的不同就在于:前者是将燃油喷到发动机每个气缸的进气管上,燃油在进气管内形成混合气,此发动机相对单点电喷燃烧效率更高,同排量能释放出更大的动力,但缺点是对油器要求比较高。相对技术成熟,应用广泛;后者是将燃油直接喷到发动机内气缸,在汽缸内与空气形成可燃混合气,更节没、更环保,优势明显。但对缸体强度和冷却系统喷油嘴的要求很高,现在应用较少。
  虽然直喷汽油发动机的优势明显,但是它也受到制造技术和油品质量的限制,因此短期内得到普及还不现实,不过凭借更为高效、经济的特点,它依然是未来内燃机技术的发展趋势,我们也有望见到更多性能出色、燃油经济性高的直喷发动机面世。
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