汽車“黑科技”簡史（五）——缸內(nèi)直噴

百年發(fā)動機(jī)技術(shù)發(fā)展史，無非是一場和“燒火”的長期較量，將每一滴汽油都燃得完全，燒出動力，是汽車工程師絞盡腦汁孜孜以求的方向，為提升發(fā)動機(jī)熱效率和順應(yīng)排放指標(biāo)要求，越來越多先進(jìn)的發(fā)動機(jī)的噴油系統(tǒng)問世，現(xiàn)如今，一款發(fā)動機(jī)的先進(jìn)與否往往與其噴油系統(tǒng)有著直接的關(guān)系。

為什么早期的化油器和單點(diǎn)電噴發(fā)動機(jī)很費(fèi)油，而且只能達(dá)到國Ⅰ和國Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn)？原因很簡單，今天的電噴發(fā)動機(jī)節(jié)氣門后端都采用了空氣流量傳感器，噴油系統(tǒng)能夠根據(jù)進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣量噴射適量的燃油，所以進(jìn)入氣缸的混合氣為最佳空燃比，燃燒相對完全。而在早期發(fā)動機(jī)上，空燃比控制方式非常粗糙，油耗高、污染大的問題在所難免。

化油器發(fā)動機(jī)

但無論是化油器還是電噴發(fā)動機(jī)，它們都有個共同特點(diǎn)：空氣和燃油都是在氣缸外混合的，這樣做的優(yōu)勢是空氣和燃油能夠混合得很充分，但缺點(diǎn)也很明顯，那就是噴油嘴距離氣缸有一段距離，對于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)而言，這段距離足以導(dǎo)致進(jìn)入氣缸的混合氣濃度與發(fā)動機(jī)實(shí)時工況不匹配，而這也是進(jìn)氣歧管噴射發(fā)動機(jī)動力響應(yīng)不及缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)的主要原因。

相比普通電噴發(fā)動機(jī)機(jī)采用的進(jìn)氣歧管噴射，缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機(jī)的噴油嘴安裝在氣缸內(nèi)，從節(jié)氣門進(jìn)入的空氣與燃油在氣缸內(nèi)混合，形成混合氣被點(diǎn)燃作功，動力響應(yīng)變得更好了。

但相比采用進(jìn)氣歧管噴射的發(fā)動機(jī)，缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)在技術(shù)方面卻有一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)——缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)不能像普通電噴發(fā)動機(jī)那樣，混合氣形成經(jīng)過進(jìn)氣歧管和氣缸兩個階段，缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)需要燃油在氣缸內(nèi)一次性充分混合，這就要求噴油嘴噴油壓力盡可能高，以便讓噴出的油滴顆粒盡可能小。

燃油缸內(nèi)直噴系統(tǒng)

正因?yàn)槿绱耍變?nèi)直噴發(fā)動機(jī)的動力性經(jīng)濟(jì)性往往和噴油壓力直接相關(guān)。目前，缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)的噴油壓力普遍在100bar以上。而國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行后，大部分缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)噴油壓力需要達(dá)到200bar以上，在這一壓力下，噴射出的燃油顆粒直徑僅為20μm或更小。微小的油滴可迅速在氣缸內(nèi)蒸發(fā)，從而加快混合氣的生成速率。

通用汽車的第八代Ecotec發(fā)動機(jī)的噴油壓力高達(dá)350bar，更強(qiáng)的噴油壓力提供了更好的燃油霧化效果，該系統(tǒng)一舉將燃油顆粒直徑縮小到了8μm。

因?yàn)楦變?nèi)直噴式汽油發(fā)動機(jī)與柴油機(jī)工作方式類似，因此也人說缸內(nèi)直噴是柴油機(jī)技術(shù)用于汽油機(jī)，其實(shí)就算今天的汽油發(fā)動機(jī)缸內(nèi)直噴的噴油壓力已經(jīng)非常高，但在柴油機(jī)的高壓共軌噴油系統(tǒng)面前仍然是小巫見大巫。

柴油機(jī)高壓共軌噴油系統(tǒng)

以部分柴油發(fā)動機(jī)舉例，大眾1.8TDI高壓共軌噴油壓力達(dá)到1920bar，路虎2.2T高壓共軌噴油壓力為1800bar，而目最先進(jìn)的高壓共軌噴油壓力已經(jīng)達(dá)到了驚人的2500bar，這一噴油壓力已經(jīng)和軍用步槍發(fā)射子彈時的膛壓接近，曾有工程師開玩笑說，目前的高壓共軌噴射出的燃油顆粒足夠擊穿人的手掌。

高壓油軌看似簡單，其實(shí)為了儲存1600~2000bar的壓力，高壓油軌制造采用了頂級的熱鍛、激光焊接等工藝，但也是因?yàn)榧夹g(shù)含量太高，全球具備高壓共軌相關(guān)配件研發(fā)生產(chǎn)能力的企業(yè)也就德國博世(Bosch)公司、美國的德爾福公司、意大利菲亞特集團(tuán)、日本的電裝等幾家公司。

柴油機(jī)采用高壓噴油的原因主要是柴油揮發(fā)性差，而高壓柴油通過噴射嘴上僅0.1mm的細(xì)孔噴射進(jìn)入燃燒室后，原本不易揮發(fā)的柴油也可被充分霧化，今天濃煙滾滾的柴油車越來越鮮見，這離不開高壓共軌的功勞。

縱覽噴油系統(tǒng)的發(fā)展，我們不難發(fā)現(xiàn)，日益嚴(yán)苛的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和對能源利用率的極致追求是推動噴油系統(tǒng)發(fā)展的主要動力。在可以預(yù)見的未來，柴油機(jī)將始終作為全球工業(yè)的重要引擎，為創(chuàng)造更加清潔節(jié)能的新型柴油機(jī)，柴油機(jī)噴油技術(shù)也將持續(xù)迭代，而有了柴油機(jī)噴油技術(shù)的背書，未來汽油發(fā)動機(jī)或許還有很多尚待發(fā)掘的潛力。