汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)詳解分析解析

~汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)詳解2010年07月13日星期二21:44汽車之家類型：轉(zhuǎn)載日期：2010-05-2908:07Che168責(zé)任編輯：胡正暘對(duì)于一臺(tái)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，將汽油送入汽缸，并與空氣混合，再使油氣混合物充分燃燒才能獲得強(qiáng)大的動(dòng)力，因此油氣混合技術(shù)也是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵之一。在經(jīng)歷了化油器、單點(diǎn)電噴、多點(diǎn)電噴技術(shù)階段之后，油氣混合技術(shù)終于進(jìn)入了直噴時(shí)代，越來(lái)越多的車型開(kāi)始采用直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，那么直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)都有哪些呢？下面就為大家逐一解析。高壓噴油系統(tǒng)可以說(shuō)是直噴發(fā)動(dòng)機(jī)最關(guān)鍵的系統(tǒng)，與以前油氣在進(jìn)氣歧管內(nèi)混合，然后被負(fù)壓吸入發(fā)動(dòng)機(jī)不同，直噴發(fā)動(dòng)機(jī)是用高壓噴油嘴將燃油噴入汽缸，由于汽缸內(nèi)壓力已經(jīng)很大，因此需要噴油系統(tǒng)具備更大的壓力。

『組成高壓噴油系統(tǒng)的四個(gè)主要部分』高壓噴油系統(tǒng)主要可以分為發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECM）、高壓油軌、高壓油泵和噴油嘴四部分，其中ECM主要采集發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，按照預(yù)定程序控制噴油時(shí)機(jī)和噴油量，從而實(shí)現(xiàn)最高燃燒效率；而高壓油泵則主要負(fù)責(zé)燃油的加壓，高壓油軌主要起均衡各噴油嘴噴射壓力的作用，而最終的噴油任務(wù)則由噴油嘴來(lái)執(zhí)行。此外，還有多個(gè)傳感器提供燃油壓力等信息，確保整個(gè)系統(tǒng)的高效率。

『一汽展示的動(dòng)力總成上的ECM（右側(cè)）』ECM（或稱ECU）不僅是直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部分，也是所有技術(shù)較新的內(nèi)燃機(jī)的重要組成部分，這個(gè)部分涉及到芯片、執(zhí)行器、軟件等多個(gè)環(huán)節(jié)，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)缺失都無(wú)法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)裝車。目前ECM技術(shù)還是為國(guó)外企業(yè)所把持，在技術(shù)上已經(jīng)比較成熟。部分自主品牌雖然也初步具備了ECM的制造能力，但是在軟件的匹配、執(zhí)行器的可靠性等環(huán)節(jié)還有不少問(wèn)題尚待解決，不過(guò)就跟變速器技術(shù)一樣，這樣的關(guān)鍵技術(shù)一旦取得突破，自主品牌廠商將受益匪淺。

『通用Ecotec系列2.0直噴發(fā)動(dòng)機(jī)上所用的高壓油泵，制造商為博世』高壓油泵則是燃油加壓的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在低壓油泵將燃油送到高壓油泵之后，高壓油泵可以將汽油加壓到十余兆帕的壓力（這是普通汽油泵壓力的三四十倍），并將其送入油軌。高壓油泵通常是由凸輪軸帶動(dòng)，內(nèi)部則有雙頭或者三頭凸輪加壓（如福特ECOBOOST系列發(fā)動(dòng)機(jī)的“9號(hào)凸輪”）。在高壓油泵上還集成了電子油軌壓力調(diào)節(jié)器（FRP），它是一個(gè)由ECM控制的電磁閥，ECM以脈沖寬度調(diào)制的方式控制油壓調(diào)節(jié)器，油壓調(diào)節(jié)器控制著高壓燃油泵的進(jìn)口閥，從而控制燃油壓力，當(dāng)驅(qū)動(dòng)線路失效時(shí)，高壓油泵進(jìn)入低壓模式，發(fā)動(dòng)機(jī)仍可應(yīng)急運(yùn)行。

『瑞麒G5采用的2.0TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)同樣使用博世的高壓油泵』高壓油泵和油軌這樣的部件對(duì)工作環(huán)境和制造精度要求很高，一些傳統(tǒng)的柴油高壓設(shè)備制造商如博世在這方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，因此即便是通用的直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，其高壓油泵也是由博世提供，而作為自主品牌推向市場(chǎng)的第一款直噴汽油機(jī)，瑞麒G5上的2.0TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)同樣使用了博世的高壓油泵。

『高壓油軌基本結(jié)構(gòu)圖』

『通用Ecotec系列2.0直噴發(fā)動(dòng)機(jī)上所用的高壓油軌和噴嘴』

『高壓噴油嘴結(jié)構(gòu)示意圖：①高分子密封圈②噴嘴針閥③銜鐵④電磁線圈⑤細(xì)濾器』經(jīng)過(guò)油泵加壓之后，汽油進(jìn)入高壓油軌，在高壓油軌穩(wěn)定壓力后，由于油軌和燃燒室之間存在壓力差，高壓油泵動(dòng)作之后汽油即噴入汽缸內(nèi)。噴嘴內(nèi)部還有電磁閥，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量和時(shí)機(jī)的控制，其控制精度要求很高，同時(shí)由于噴嘴的位置從進(jìn)氣歧管移到了汽缸內(nèi)，工作環(huán)境和溫度都發(fā)生了很大變化，對(duì)其可靠性的要求也大大提高。除開(kāi)噴油系統(tǒng)之外，其他發(fā)動(dòng)機(jī)部件也要為直噴做出相應(yīng)的設(shè)計(jì)，才能確保發(fā)動(dòng)機(jī)的高效，尤其是活塞頂部的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。按照可燃混合氣形成的控制方式，缸內(nèi)直噴方式又可分為油束控制燃燒、壁面控制燃燒和氣流控制燃燒三類。

『活塞頂部的凹坑主要起導(dǎo)向汽缸內(nèi)氣流的作用』在油束控制燃燒系統(tǒng)中，噴油器安置在燃燒室中央，火花塞安置在噴油器附近，油束控制對(duì)空氣的利用率依靠油束的貫穿深度保證，而后者則受噴油器的噴油壓力控制。這種方式可以在低負(fù)荷的分層燃燒實(shí)現(xiàn)良好的燃油經(jīng)濟(jì)性，而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于中高負(fù)荷工況時(shí)，ECM調(diào)節(jié)高壓油泵壓力，使油束貫穿深度增大，從而實(shí)現(xiàn)均質(zhì)加濃燃燒。

『活塞頂部曲面形成的渦流可以幫助混合氣更為均勻充分地燃燒』在壁面控制燃燒系統(tǒng)中，噴油器和火花塞相隔較遠(yuǎn)，噴油器把燃油噴入活塞凹坑中，然后依靠進(jìn)氣流的慣性將油氣混合送往火花塞。為了避免噴油器的溫度過(guò)高，一般安置在進(jìn)氣門(mén)側(cè)，活塞凹坑開(kāi)口對(duì)向進(jìn)氣門(mén)側(cè)，油氣混合后直接流向火花塞。這種類型形成混合氣的時(shí)間較長(zhǎng)，易于形成較大區(qū)域的可燃混合氣。在氣流控制燃燒系統(tǒng)中，利用輪廓特殊的活塞表面形狀形成的缸內(nèi)氣流和油束相互作用。此種系統(tǒng)不是把油霧朝活塞的凹坑噴射，而是朝火花塞噴，特殊形狀的進(jìn)氣道與噴油器呈一定的夾角，給混合氣在汽缸內(nèi)一定的回旋力，汽缸內(nèi)形成的氣流使油氣不是直接噴向火花塞，而是在汽缸內(nèi)形成渦流圍繞火花塞旋轉(zhuǎn)。這樣就使大部分工況都能實(shí)行恰當(dāng)?shù)幕旌蠚獬淞糠謱雍途|(zhì)化。

『鋁合金缸體的散熱效果更佳，也更容易實(shí)現(xiàn)輕量化』由于直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度更高，因此對(duì)缸體強(qiáng)度和冷卻系的要求也更高一些。在保證強(qiáng)度的前提下，更多的新型直噴發(fā)動(dòng)機(jī)采用了散熱更好的鋁合金缸體，同時(shí)還采用了強(qiáng)化的冷卻系統(tǒng)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)更高的熱效率。

『位于氣缸下部的機(jī)油噴頭可以在HYPERLINK"/dic