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缸内直喷-破旧立新
作者:林琦  文章来源:太平洋汽车网  点击数  更新时间:2007/9/20 8:20:06  文章录入:admin  责任编辑:admin

缸内直喷

  为了让汽车引擎达到更强的输出与更高的燃油经济性,各家车厂一直致力于新科技的开发,而除了相当广为人知的气门技术、增压手段之外,近年来尚有名为「缸内直喷」的科技崛起,并得到各家车厂的青睐。究竟这译自于「Direct Injection」的新玩意与目前广泛使用于量产车引擎供油系统中的Multi-Point Injection有何不同,未来前景又是如何?就让本文为您逐一解答。(XMW)

缸内直喷 缸内直喷

  在构造上,传统多点喷射系统的喷油嘴是位于进气歧管前方,在引擎需要供油时,由计算机计算出最佳的供油量并与进入引擎的空气混合后,经由进气阀门到达汽缸内部,并进行压缩、爆炸等动作。至于缸内直喷系统,则是将喷油嘴置于汽缸内部,其特色在于引擎燃油的取得不需要经过气门的开启,而能够藉由计算机主动控制喷油时间、压力与喷射量。与传统喷射系统相较,缸内直喷不受限于传统机械构造的进气方式,而且能够依照引擎所需随时调整空燃比例等特点,均使其表现拥有无限的想象空间。(XMW)

  众所皆知,内燃机在一般工作状态中所需的理想油气比例为1:14.7,这种调配是传统化油器的专长,不论天候、温度,永远进行着一成不变的工作。然而在少数状态下如冷车启动、怠速运转、急加速或低气压环境等,这样固定的供油方式实际上并无法全面满足引擎的运转需求,甚至可能因而产生黑烟、燃烧不全与马力不足等状况。至于喷射供油系统,则相对显得智能许多,其中枢系统会随时侦测引擎温度、进气流量、转速变化、震动状况,并依照实际需求调整供油量与点火时间,因此在动力输出、燃油经济与排污表现上可以取得相当不错的平衡。(XMW)

缸内直喷

  但是由于引擎构造的先天限制,喷射引擎所吸进油气的时间只有在气门开启状态下才能进行,故行车计算机所能控制的因子其实也相当有限。直到缸内直喷系统问世后将喷油嘴内移到汽缸内部后,才开启了全新的视野,其能直接由计算机主动决定喷油时机与份量,至于气门则仅看管「纯空气」的进入时程,两者则是在进入到汽缸内才进行混合的动作。(XMW)

  也由于油、气的混合空间、时间都相当短暂,故缸内直喷系统的喷油嘴必须辅以高增压系统,以大幅提高燃油的喷射压力与效率,并达到高度雾化的效果,期有更佳的混合表现。此外,缸内直喷系统的燃烧室、活塞也大多具有特殊的导流槽,以供油气在进入燃烧室后能够产生气旋涡流,藉以提高混合油气的雾化效果与燃烧效率。
在构造改变之后,供油动作已完全独立于进门与活塞系统之外,中央计算机也因而拥有更多的主导权。于是乎,超乎传统喷射理论的稀薄燃烧与更多元的混合比便得以发生。(XMW)

  在稳定行进或低负载状态下,采用缸内直喷设计的引擎得以进入Ultra lean(精实)模式。在此设定下,引擎于进气行程时只能吸进空气,至于喷油嘴则在压缩行程才供给燃料,以达到节约效果。根据实际测试,其最高能达到1:65的油、气比例,除了节能表现相当惊人,整体动力曲线也能够维持在相当高的平顺程度。然而本模式由于会产生相当大量的NOx(硫化物)与高温,所幸在近期由于技术与材料科学的突破,故也已得到相当程度的解决。(XMW)

奔驰

  Mercedes-Benz的3.5升V6引擎在导入了CGI技术后,马力输出一举由原本的272hp提升到292hp!

  当引擎需要较大动力时,行车计算机则会选择进入低污(Stoichiometric combustion)模式,此时的喷油动作虽然在传统的进气步骤进行,不过计算机仍会依照排气管感知侦测系统所传回的信息随时进行油量微调,并缜密计算排放物与触媒间的互动关系,以将污染降到最低。至于全负载系统,则称为Full power mode。在此战斗状态下,喷油系统通常将会与点火、进气系统紧密合作,并以释放出最强的动力为目标。(XMW)

  Alfa Romeo的JTS(Jet Thrust Stoichiometric)直喷系统在转速仅1500rpm以上便会停止稀薄燃烧功能,以降低NOx的排放。

缸内直喷

  简而言之,Direct Injection的优势就在于利用自主性极高的喷油系统,来创造出「低速节能」、「中速减污」与「高速强悍」三者兼具的表现。(XMW)

  根据记载,世界上最早采用缸内直喷引擎的量产车为1955年登场的Mercedes-Benz 300SL,其装置了来自Bosch的燃料整合系统,整体设定以性能表现为主要考虑。至于喷油嘴,则被安置在汽缸壁上。(XMW)

  近代掀起相关发展热潮的,则当属Mitsubishi Motors,该公司在1996年便曾以代号4G93的直列四缸引擎为素材,建造了副名为GDI(Gasoline direct injection)的动力系统,并装置于该厂旗下的Galant/Legnum车系上,随后也成功销往欧洲,并出售技术予PSA集团。然而由于当时技术并不成熟,因此也造成该系统的低速NOx排量相当惊人,而随即被许多注重环保的国家拒于门外,其发展也因而减缓。(XMW)

缸内直喷

  到了2001年时,Volkswagen/Audi集团也发展出独有的FSI(Fuel Stratified Injection)缸内直喷系统,除了效能相当优异,同时更搭配了涡轮增压来创造出性能味强烈的组合。至于BMW,则是也早在该公司的V12引擎上装置了直喷机构,更进一步的成绩则将在今年下旬以HPI(High Precision Injection)的面目搭配涡轮增压与世人见面。(XMW)

  至于这两年,则有Mercedes的CGI与Mazda的DISI系统先后问世,上述两者皆以压榨性能为主要设计取向,并且在市场上也都有亮眼的成绩。此外,美国的GM、Ford以及意大利的Alfa Romeo、日本Toyota等车厂,也都陆续有相关作品问世,让缸内直喷系统的普遍性日渐升高。(XMW)

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