【摘要】缸內(nèi)直噴技術(shù)是指將噴油嘴設(shè)置在進(jìn)、排氣門之間，高壓燃油直接注入燃燒室平穩(wěn)高效地燃燒，缸內(nèi)直噴是通過均勻燃燒和分層燃燒實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷以及低負(fù)荷下的燃油消耗降低，動力還有很大提升的一種技術(shù)。本文著重介紹了缸內(nèi)直噴的工作原理、缸內(nèi)直噴的實(shí)際應(yīng)用、稀薄燃燒技術(shù)三方面的內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】汽車；發(fā)動機(jī)；缸內(nèi)直噴技術(shù)

一、缸內(nèi)直噴的工作原理

缸內(nèi)直接噴射技術(shù)是為了改善傳統(tǒng)汽油發(fā)動機(jī)供油方式的不足而研制的。先進(jìn)的直噴式汽油發(fā)動機(jī)采用類似于柴油發(fā)動機(jī)的供油技術(shù)，通過一個活塞泵提供所需100ba以上的壓力，將汽油提供給氣缸內(nèi)的電磁噴射器，通過電腦控制噴射器將燃料在最恰當(dāng)?shù)臅r間直接注入燃燒室。缸內(nèi)直噴控制的精確度接近毫秒，其關(guān)鍵是考慮噴射器的安裝，必須在氣缸上部留給其一定的空間。由于氣缸頂部已經(jīng)布置了火花塞和多個氣門，已經(jīng)相當(dāng)緊湊，所以將其布置在靠近進(jìn)氣門側(cè)。由于噴射器的加入導(dǎo)致對氣缸的設(shè)計和制造要求都相當(dāng)高，如果布置不合理或制造精度達(dá)不到要求導(dǎo)致剛度不足甚至漏氣則得不償失。另外，F(xiàn)SI發(fā)動機(jī)對燃油品質(zhì)的要求也比較高，目前國內(nèi)的油品狀況可能很難達(dá)到FSI發(fā)動機(jī)的要求，所以部分裝配了FSI的進(jìn)口高爾夫出現(xiàn)了發(fā)動機(jī)的“水土不服”。此外，F(xiàn)SI技術(shù)采用了兩種不同的注油模式，即分層注油和均勻注油模式。

發(fā)動機(jī)低速或中速運(yùn)轉(zhuǎn)時采用分層注油模式。此時節(jié)氣門為半開狀態(tài)，空氣由進(jìn)氣管進(jìn)入氣缸撞在活塞頂部，由于活塞頂部制作成特殊的形狀，從而在火花塞附近形成期望中的渦流。當(dāng)壓縮過程接近尾聲時，少量的燃油由噴射器噴出，形成可燃?xì)怏w。這種分層注油方式可以充分提高發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)速較低、負(fù)荷較小時，除了火花塞周圍需要形成濃度較高的油氣混合物外，燃燒室的其他地方只需空氣含量較高的混合氣即可，而FSI使其與理想狀態(tài)非常接近。當(dāng)節(jié)氣門完全開啟，發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，采用均勻注油模式，大量空氣高速進(jìn)入氣缸形成較強(qiáng)渦流并與汽油均勻混合。從而促進(jìn)燃油充分燃燒，提高發(fā)動機(jī)的動力輸出。

二、缸內(nèi)直噴的實(shí)際應(yīng)用

缸內(nèi)直噴技術(shù)在VAG集團(tuán)中被廣泛運(yùn)用，由奧迪RS4和R8共享的4.2LFSI發(fā)動機(jī)即是其中性能強(qiáng)悍的代表作。大眾集團(tuán)可以算是導(dǎo)入缸內(nèi)直噴技術(shù)最具代表性的例子，目前奧迪和VW都已將名為FSI（奧迪品牌）或TSI（大眾、斯柯達(dá)品牌）的缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)列為旗下車款的高階動力來源，甚至在奧迪和VW車系的頂級車上更以FSI結(jié)合上渦輪增壓以增大動力。

供油系統(tǒng)采用缸內(nèi)直噴設(shè)計的最大優(yōu)勢在于燃油是以極高壓力直接注入燃燒室中，因此除了噴油嘴的構(gòu)造和位置都異于傳統(tǒng)供油系統(tǒng)，在油氣的霧化和混合效率上也更為優(yōu)異。采用缸內(nèi)直噴的發(fā)動機(jī)除了材質(zhì)上的講究，活塞、燃燒室也都經(jīng)過特別設(shè)計。但是缸內(nèi)直噴技術(shù)也并非完美，因?yàn)閺慕?jīng)濟(jì)層面來看，采用缸內(nèi)直噴的供油系統(tǒng)，除了在研發(fā)過程中必須花費(fèi)更大成本，在部件構(gòu)成復(fù)雜且精密的情況下，零組件的價格也比傳統(tǒng)供油系統(tǒng)來得昂貴，這些也都是未來缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)尚待克服的要素。

現(xiàn)代汽車所使用的發(fā)動機(jī)都屬于內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)一類，將燃料與新鮮空氣導(dǎo)入發(fā)動機(jī)的氣缸后壓縮，再以火花跳火引爆壓縮的油氣，利用爆炸的力量推動活塞，通過曲軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能推動車輛。在這個過程之中，燃油與空氣之間是否獲得最佳的混合效果與燃燒效果，將決定發(fā)動機(jī)輸出效能的高低。

噴射發(fā)動機(jī)是由fuelinjection直譯而來，正確的說法應(yīng)是燃料噴射發(fā)動機(jī)。而燃料噴射的位置在進(jìn)氣歧管當(dāng)中，利用噴嘴產(chǎn)生霧化的油氣，與進(jìn)氣系統(tǒng)的新鮮空氣進(jìn)行均勻混合后導(dǎo)人發(fā)動機(jī)?，F(xiàn)行車輛所使用的歧管噴射系統(tǒng)是在20世紀(jì)80年代開始導(dǎo)人的主動式供油技術(shù)，取代了原本機(jī)械式的化油器被動供油系統(tǒng)。歧管噴射系統(tǒng)的供油噴嘴安裝在進(jìn)氣歧管上，在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣行程時噴射注入燃油，利用噴嘴產(chǎn)生霧化的油氣與進(jìn)氣系統(tǒng)的新鮮空氣進(jìn)行均勻混合后導(dǎo)入發(fā)動機(jī)，作為發(fā)動機(jī)運(yùn)作的燃料。

三、稀薄燃燒技術(shù)

為了達(dá)成節(jié)省能源的目標(biāo)，科學(xué)家將空氣與燃油的比例大幅下降，發(fā)展出不同于傳統(tǒng)的歧管直噴技術(shù)，這便是稀薄燃燒技術(shù)。稀薄燃燒技術(shù)的原理：使用稀薄燃燒技術(shù)的發(fā)動機(jī)，噴油嘴的位置不再位于進(jìn)氣歧管當(dāng)中，而是置于氣缸內(nèi)，將燃油直接噴注于燃燒室。

汽車汽油發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)稀燃的關(guān)鍵技術(shù)歸納起來有以下三個方面。一是提高壓縮比。采用緊湊型燃燒室，通過進(jìn)氣口位置改進(jìn)使缸內(nèi)形成較強(qiáng)的空氣運(yùn)動旋流，提高氣流速度；將火花塞置于燃燒室中央，縮短點(diǎn)火距離；提高壓縮比至13∶1左右，促使燃燒速度加快。二是分層燃燒。如果空氣與燃油的混合比達(dá)到25∶1以上，按照常規(guī)是無法點(diǎn)燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內(nèi)空氣的運(yùn)動在火花塞周圍形成易于點(diǎn)火的濃混合氣，混合比達(dá)到12∶1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點(diǎn)燃后，燃燒迅速波及外層。為了提高燃燒的穩(wěn)定性，降低氮氧化物（NOx）的排放量，此時采用燃油定時噴射與分段噴射技術(shù)，即將噴油分成兩個階段：進(jìn)氣初期噴油，燃油首先進(jìn)入缸內(nèi)下部隨后在缸內(nèi)均勻分布；進(jìn)氣后期噴油，濃混合氣在缸內(nèi)上部聚集在火花塞四周被點(diǎn)燃，實(shí)現(xiàn)分層燃燒。三是高能點(diǎn)火。高能點(diǎn)火和寬間隙火花塞有利于火核形成，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短，燃燒速度增快，稀燃極限大。有些稀燃發(fā)動機(jī)采用雙火花塞或者多極火花塞裝置來達(dá)到上述目的。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：吳敏（1967.10—），男，漢族，重慶人，本科，教授，研究方向：汽車與電子工程技術(shù)。