【图文】浅析发动机燃油供给系统 缸内直喷唱主角

tiancai

　　之前，我的同事为大家简单扼要的分析了发动机进气技术，还没有看的朋友可点击浅析多项发动机"进气"技术 殊途同归补习一下。提到进气系统，就不能不说说燃油供给系统，因为汽车发动机就是靠点燃空气与燃油的混合气，从而产生动力。供油系统的目的就是，让喷油量更精确、雾化的更好使它能和空气混合得更均匀，令燃油的利用率达到最高同时排气最环保，理论上最佳的混合气是每14.7克空气与1克汽油混合，也就是行话所说的空燃比14.7:1。接下来，就随我一起去了解发动机的供油系统吧。
　　

　　汽油是怎么从油箱被引入到发动机中的？
　　如下图中展示的那样，燃油从油箱中被油泵抽出，经过燃油滤清器到达喷油嘴，喷油嘴喷出的油雾与空气混合，从进气管被吸入气缸燃烧后由排气管排出，由于油泵的压力比较大，因此还需要燃油压力调节器，可以将多余的燃油从回油管送回至油箱当中。燃油蒸汽回收罐可以回收蒸发的油气，回收罐下部通过电磁阀与进气歧管相连接，在需要多喷油时，可以打开电磁阀，将油引入到歧管当中。
　　

　　讲一下最早使用的化油器呗？
　　最早的供油系统就是我们之前常能听说的化油器。其工作原理如下图所示，由于它完全是靠空气的流速决定油量供给，因此精度难以达到要求，燃油利用率很低，而且不够环保。我国于1997年明令淘汰化油器，目前市面上已很难见到使用化油器的汽车，只能从一些老摩托车上见到它的身影。
　　

　　文丘里效应：是指当气体或液体在管里面流动时，在管道的最窄处，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值。气体（或液体）流动的速度因为涌流横截面积变化的关系而上升。整个涌流都要在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小。进而产生压力差，这个压力差可以给流体提供一个外在吸力。
　　化油器之后就是电喷了吧？
　　电喷并不是直接从化油器升级而来的。化油器之后的供油系统还经历了一段机械式，之后才是电喷，期间喷油嘴逐渐替代了化油器，喷油嘴也有机械式，不过现在已经被淘汰，因此我们不再做过多介绍，而是简单介绍一下电磁式喷油嘴以及单点喷射这个过渡式的供油方式。
　　

　　无论是化油器还是单点喷射式供油方式，都不能很好的控制每一个气缸所需的供油量，随着燃油能源逐渐枯竭以及环境污染问题日益严峻，它们都不得不面临被淘汰的命运。后面我会详细为大家介绍目前主流的多点喷射（歧管喷射）、缸内直喷以及复合喷射式供油系统。
　　歧管喷射（多点喷射）Multi point injection
　　随着科技的不断发展，供油方式由机械式逐渐转向电喷式发展，喷射方式也从单点电喷发展至多点电喷。不过即使是多点喷射，也经历了很长一段时间的发展，由起初的所有喷油嘴同时喷射，到如今可以做到根据各个气缸的不同需求，对单一气缸进行喷油修正，极大地提升了燃油利用效率，对尾气排放也有很大的改善。
　　

　　虽然电喷已经可通过ECU采集曲轴位置、空气流量（压力）、水温、节气门位置以及车速传感器的信号，控制每喷油量，并最终由氧传感器传来的信号进行修正。不过初期的ECU计算速度以及信号采集的精度还不够完善，所以采用同时喷射的方式，即曲轴每转一圈（一半气缸完成吸气任务），所有喷油嘴便喷一次汽油，因此没有吸气任务的燃油便被浪费；之后升级到了分组喷射，将曲轴转一圈需要进气的气缸分成1组，另一组气缸则在下一圈中进气，曲轴每转一圈只有需要进气的一组喷油嘴喷油，有效减少了燃油浪费；随着技术不断进步，目前已经可以控制单一气缸喷油，以四缸发动机为例，即曲轴每转180°便喷油一次。
　　

　　L-Jetronic是博世（BOSCH）公司研发的多点喷射电喷发动机，Jetronic是博世旗下专门负责研发燃油喷射技术，L则是德文LUFT（空气）的缩写。由于其采用了叶片式空气流量计，对于进气量的计算精度得到大幅改善，因此在20实际80年代很多车型都使用这款发动机，包括大众、保时捷、沃尔沃、奔驰以及捷豹等。
　　

　　

　　1.6 XL CVT 酷咖版
　　另外一个要提的就是日产的HR16DE发动机，它也算是目前比较先进的歧管喷射技术。我们知道现在绝大部分发动机的一个气缸都配有两个进气门和两个排气门，这台发动机则采用了DIS双喷油嘴技术，在每个进气门上方都配有一个喷油嘴，一个气缸配2个喷油嘴自然可控性更强，喷油量也就更精确。目前国内搭载HR16DE发动机的车型有日产轩逸以及部分骐达车型。
　　缸内直喷（Direct injection）
　　缸内直喷，顾名思义就是将喷油嘴的位置移到了气缸内，直接在气缸里喷油。这样一来所需的喷油压强瞬间提升，单点喷射只需要0.1Mpa的低压就可以，而多点喷射则需要0.35Mpa，而缸内直喷则需要10Mpa以上的压强，对于燃油系统的用料有了更高的要求。
　　

　　缸内直喷技术可以说是目前最主流，但其实它并不算是新技术，为什么呢？因为它早在1917年便被研发出来，并在军事工业中得以应用。1952年，博世成功研发出了汽车引擎的直喷技术，1955年，奔驰300SL搭载一台3.0升的缸内直喷四冲程汽油发动机亮相，它也成为第一辆使用缸内直喷技术的跑车。
　　

　　回到近代，虽然大家可能熟知缸内直喷是因为大众汽车，不过其实最先拾起直喷技术的是日本车企，三菱于1996年最先研发直喷发动机，代号4G93的1.8L直列四缸发动机，最大输出功率可达110kW、最大扭矩178Nm。1997年日产推出了直喷发动机VQ30DD，1998年丰田公司也推出了D-4直喷技术。
　　

　　三菱4G93 DOHC 16 Valve GDI发动机
　　大众集团直到2000年才开始使用缸内直喷，而且在奥迪品牌车型中使用了分层燃烧（FSI）技术。不过分层燃烧技术却没有能够取得成功，它是在高温富氧的状态下进行，因此排气中的氮氧化物（NOx）会超出欧洲标准很多，难以达到欧洲排放标准，而且在海外也有对油品的适应问题，因此奥迪最终不得不放弃使用分层燃烧技术。有网友可能会问EGR阀不是可以降低尾气中的NOx么？确实是这样，不过分层燃烧的目的就是将空燃比达到14.7:1以上，如果加上EGR阀的话便失去了意义。
　　

　　在本节的首段中，我们提到了缸内直喷的喷油嘴需要很大的压强才能将燃油很好的雾化并喷出，因此电磁式喷油嘴已经不能满足需求，各大车企都使用了高压燃油喷嘴，而宝马和奔驰更是研发出了压电式喷油嘴，其喷油精度及雾化效果大大得以提升。
　　

　　缸内直喷技术确实使燃油经济性得到很大的提高，几乎可以说是用尽了每一滴燃油。不过，据最新调查显示，缸内直喷发动机的尾气污染要远远大于采用歧管喷射的发动机，因此它还并不能算作最佳的供油方式。如果您想了解目前都有哪些企业使用燃油直喷发动机技术，欢迎猛戳盘点各品牌直喷技术与车型 不只是大众。
　　复合喷射（twin injection）
　　歧管喷射更环保，但是会有燃油浪费的现象，直喷几乎没有燃油浪费，却又不够环保!那么有没有一种供油方式能同时解决这个问题呢？相信这也是各个汽车厂家最为头疼的问题，目前最接近平衡的就是复合喷射了，说白了就是，歧管喷射+缸内直喷双喷射系统。
　　

　　第一个尝试使用符合喷射的依然是日本企业丰田，他们在研究出了D-4缸内直喷即使之后，又开发了D-4S复合喷射技术，目前使用了这项技术的发动机有2GR-FSE及FA20，分别搭载于雷克萨斯GS与丰田86上。
　　

　　

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秋水天长

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浪邪子

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