汽 油 噴 射 發(fā) 動(dòng) 機

?? 燃油直噴燃燒技術(shù)

汽油直噴燃燒技術(shù)(GDI)就能夠將內燃機的燃料效率提高20％。這一新技術(shù)的基礎技術(shù)的應用起源于30年代，但長(cháng)期以來(lái)沒(méi)有得以發(fā)展，只是到了近兩年，由于電子技術(shù)和其它系統的性能的提高，才使這種新概念有所作為。

?? 目前，一些汽車(chē)制造商正在將GDI技術(shù)投入實(shí)際的制造應用過(guò)程。例如Mercury Marine公司就針對其大型發(fā)動(dòng)機開(kāi)發(fā)出了一個(gè)采用雙重空燃直噴燃燒系統的發(fā)動(dòng)機。

從1996年起日本的三菱公司也開(kāi)始了GDI發(fā)動(dòng)機的開(kāi)發(fā)工作，西門(mén)子和雷諾兩公司也聯(lián)手致力將GDI技術(shù)應用于雷諾的Megane汽車(chē)上。

??同時(shí)，Delphi也宣布將和Orbital發(fā)動(dòng)機制造公司共同投資開(kāi)發(fā)一種火花塞和燃油直噴混合的發(fā)動(dòng)機系統，這個(gè)系統只需要一個(gè)通往汽缸燃燒室的孔。 開(kāi)發(fā)直噴技術(shù)的最初想法是由于在大多數的情況下，發(fā)動(dòng)機的空燃比可以調節到比用化學(xué)計算法得出的14。

??7:1更稀薄的狀態(tài)，而不會(huì )對發(fā)動(dòng)機性能造成負面的影響。然而其局限性卻是這樣的，稀薄混合氣體很難點(diǎn)燃，而且還會(huì )隨之產(chǎn)生相應的排放物，其主要成分是氮氧化合物（NOX）。 采用直噴技術(shù)后，燃油以細微滴狀的薄霧方式進(jìn)入汽缸，而不是以蒸汽的方式。這也就意味著(zhù)當燃油霧滴吸收熱量變?yōu)榭扇颊羝麜r(shí)，實(shí)際上對發(fā)動(dòng)機的汽缸起到了冷卻的作用。

??這種冷卻作用降低了發(fā)動(dòng)機對辛烷的需要，所以其壓縮比可以有所增加。而且正如柴油一樣，采用較高的壓縮比可以提高燃料的效率。

采用GDI技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它能夠加快油氣混合氣體的燃燒速度，這使得GDI發(fā)動(dòng)機和傳統的化油器噴射發(fā)動(dòng)機相比，可以很好地適應廢氣再循環(huán)工藝。

??例如，在三菱的發(fā)動(dòng)機上，當怠速運轉過(guò)程中如果發(fā)動(dòng)機燃燒不穩定，則發(fā)動(dòng)機可以以40:1的空燃比很平穩地運行（如果采用了廢氣再循環(huán)EGR技術(shù)，那么發(fā)動(dòng)機的空燃比可以提高到55:1）。 決定一種非常稀薄的混合氣體的關(guān)鍵是能否找到一種可*的點(diǎn)燃它的途徑。

??這就要求在火花塞間隙附近混合氣的濃度足夠大，以便能點(diǎn)燃。由于火焰的焰心要比火花塞的間隙尺寸大得多，一旦燃燒之后火焰就會(huì )向燃燒室內的稀薄氣體區域擴散。早期的GDI的開(kāi)發(fā)工作著(zhù)重于研究能夠在炙熱狀態(tài)下，長(cháng)時(shí)間工作點(diǎn)燃可燃物的兆點(diǎn)點(diǎn)火系統。雖然這個(gè)系統發(fā)出的炙熱的、較大的火花能夠很容易地將稀薄混合氣體點(diǎn)燃，然而由火花塞發(fā)出的熱量卻大大降低了火花塞電極的使用壽命。

采用計算機來(lái)模擬進(jìn)出燃燒室的燃料和空氣流的情況是一項突破性的技術(shù)。燃燒室和活塞的形狀、噴油脈沖的能量和方向、活塞和發(fā)動(dòng)機熱量的運動(dòng)情況都會(huì )影響油氣混合物霧滴的位置。這項技術(shù)采用了關(guān)鍵性的計算機技術(shù)來(lái)確定空燃流的情況以及空燃噴射器的最佳位置以及火花塞的相關(guān)參數。

?? 兩個(gè)基本的系統 當這項技術(shù)應用于GDI時(shí)會(huì )產(chǎn)生兩個(gè)基本的系統，它們分別是HPDI 和 LPDI。HPDI系統依*高壓（100巴或100個(gè)大氣壓力）來(lái)迫使燃料進(jìn)入已經(jīng)充滿(mǎn)空氣的燃燒室。在雷諾的IDE發(fā)動(dòng)機中，西門(mén)子采用了一個(gè)三活塞的燃油泵來(lái)產(chǎn)生燃料噴射所需的高壓。

??同時(shí)，由于采用了電磁控制的閥門(mén)，使得發(fā)動(dòng)機的控制系統能夠根據發(fā)動(dòng)機的運轉需要確定進(jìn)、排氣門(mén)的正時(shí)時(shí)間。

Orbital公司的低壓直噴系統（LPDI）是對兩沖程發(fā)動(dòng)機應用于汽車(chē)制造的技術(shù)的進(jìn)一步完善和改進(jìn)。采用LPDI系統后，一定量的燃油被噴射到位于油氣混合氣噴射裝置頂部的氣室內。

??一個(gè)皮帶或凸輪傳動(dòng)的空氣壓縮機用來(lái)向空氣噴射裝置提供大約6。5巴的壓力。當空氣噴射裝置的線(xiàn)圈被啟動(dòng)后，空氣壓力就會(huì )使燃油和空氣進(jìn)入到燃燒室中。這個(gè)系統發(fā)生作用的關(guān)鍵是進(jìn)入到燃燒室中的燃料流應該是呈現易燃狀態(tài)。該系統的一個(gè)很主要的特點(diǎn)是由于燃料沒(méi)有處在非常高的壓力下，所以也就不需要使用特殊的燃油泵，燃油供油裝置產(chǎn)生開(kāi)裂和泄漏的危險性也小得多。

?? HPDI 和 LPDI這兩個(gè)系統都面臨著(zhù)挑戰。一是燃油的噴射模式必須十分精確，以便能夠以成層的方式正確地將燃料進(jìn)行分配。在HPDI系統中，這意味著(zhù)需要更高的噴射壓力和更快的噴射速度。

西門(mén)子公司宣稱(chēng)它目前正在研究高達200巴壓力的燃油噴射系統，該系統具有能夠在半毫秒內點(diǎn)火的高精度的噴射裝置。

?? 要獲得較滿(mǎn)意的燃空混合氣分層就意味著(zhù)燃燒室和活塞頂部的形狀都是非常關(guān)鍵的。這需要對每臺發(fā)動(dòng)機使用計算機造型和廣泛的測試來(lái)確定其最終的形狀。這也即是說(shuō)GDI技術(shù)并不能簡(jiǎn)單地捆綁于現有的發(fā)動(dòng)機上。汽缸和活塞需要進(jìn)行變動(dòng)，發(fā)動(dòng)機的電子控制系統的硬件也需要改進(jìn)。

?? 和傳統的發(fā)動(dòng)機燃油泵相比，HPDI系統所需的燃油泵有很大的區別。傳統的電動(dòng)燃油泵需要讓燃油流經(jīng)泵體來(lái)保持冷卻和潤滑。而另一方面，高壓HPDI系統的燃油泵卻采用了與燃油流隔離開(kāi)的液壓泵組件。為了降低在如此高的壓力下運轉時(shí)發(fā)生泄漏的可能性，將這兩部分的功能隔離開(kāi)是很有必要的。

PSA標致/雪鐵龍公司和西門(mén)子公司已經(jīng)組成了一個(gè)合資公司來(lái)專(zhuān)門(mén)為歐洲市場(chǎng)生產(chǎn)這種新型的燃油泵。 讓發(fā)動(dòng)機燃燒非常稀薄的油氣混合氣體也就意味著(zhù)其每個(gè)燃燒沖程燃燒的燃料量更少，因而產(chǎn)生的功率也就更小。三菱公司的GDI發(fā)動(dòng)機通過(guò)采用雙重模式的燃燒系統突破了這個(gè)局限性。

??對于在正常情況下的諸如城市市區的低負載駕駛工況，燃油在壓縮沖程延遲噴射，這一點(diǎn)和柴油發(fā)動(dòng)機一樣。這種方式提供了一種極稀薄的油氣混合物分層，從而提高了發(fā)動(dòng)機的燃油經(jīng)濟性。當來(lái)自不同的發(fā)動(dòng)機傳感器的信息探測到駕駛員希望在高負載或高車(chē)速下操縱汽車(chē)時(shí)，噴射脈沖就會(huì )提前在進(jìn)氣沖程進(jìn)行噴射。

?? 這種技術(shù)允許發(fā)動(dòng)機使用正常的空燃比。其關(guān)鍵是發(fā)動(dòng)機的電子系統能夠實(shí)時(shí)確定燃油應在何時(shí)以何種方式噴射。

GDI技術(shù)對發(fā)動(dòng)機排放的影響 GDI技術(shù)對發(fā)動(dòng)機的排放具有很重要的影響。你可以想像得到，當較少的燃料在一個(gè)富氧的環(huán)境中燃燒時(shí)，HC和CO的產(chǎn)生量肯定會(huì )大大減少。

??另一方面，氮氧化物NOX的產(chǎn)生則是個(gè)問(wèn)題。為了避免這個(gè)問(wèn)題的發(fā)生，三菱的GDI發(fā)動(dòng)機采用了30％的EGR比率，并采用了一個(gè)新型的稀薄NOX氣體催化器。這種催化器是一種儲藏型的設備，它能夠在需要的情況下吸收多余的NOX，然后將HC排放物引入那部分的催化轉換器而重新起作用。

??由于這個(gè)裝置位于三元催化器的前面，所需要的用于多余的NOX催化的HC的量在此處應該引起注意。 這項新技術(shù)至少需要采用好幾個(gè)傳感器才能夠起作用。人們開(kāi)發(fā)出了一種新型的傳感器來(lái)探測多余的NOX的水平，這種傳感器在很多方面與傳統的氧傳感器很相似，只不過(guò)它的固體電極采用了不同的材料，而且它采用了兩室的設計結構。

??傳統的氧傳感器對于采用非化學(xué)計量法得出混合汽體不起作用，所以在這里還需要一些其它的東西。

一種被開(kāi)發(fā)用于ULEV發(fā)動(dòng)機的被稱(chēng)為UEGO分線(xiàn)性氧傳感器在這種空燃比的情況下能夠良好地工作，并被用于三菱公司的發(fā)動(dòng)機系統中。 正如你所知道的那樣，GDI發(fā)動(dòng)機與目前車(chē)輛上廣泛裝備的傳統的進(jìn)油口燃油噴射的發(fā)動(dòng)機有很大的不同，而且這種新型的發(fā)動(dòng)機毫無(wú)疑問(wèn)將在不遠的將來(lái)得到應用。

??事實(shí)上，豐田公司的混合動(dòng)力轎車(chē)Prius上已經(jīng)裝備了一臺這樣的發(fā)動(dòng)機，而且福特、通用和克萊斯勒公司都正在對這種新型發(fā)動(dòng)機進(jìn)行研制。一個(gè)積淀了70年的概念正在逐步變?yōu)閷?shí)用的產(chǎn)品，這就是讓人值得稱(chēng)道的地方。而所有這一切都要歸功于車(chē)載的傳感器和電子控制系統，以及最終使該項技術(shù)浮出水面的計算機建模系統。

(轉貼) 。