传统发动机的供油系统,要么是歧管喷射,要么是缸内直喷,但不管哪种都有各自的弊端。混合喷射是指将燃油喷射系统由缸内直喷和歧管喷射组合而成的喷射系统,取两者的优点,并弱化两者的弱点。不仅可以提高发动机的工作效率,还避免了直喷发动机在低负荷工况下因氧气过量导致的排放问题。
1 名词解析

传统发动机的供油系统,要么是歧管喷射,要么是缸内直喷,但不管哪种都有各自的弊端。为了解决单纯依靠缸内直喷技术发动机所存在的排放、积碳等问题,满足日益严格的环保法规,发动机混合喷射技术应运而生。混合喷射是指将燃油喷射系统由缸内直喷和歧管喷射组合而成的喷射系统,取两者的优点,并弱化两者的弱点。不仅可以提高发动机的工作效率,还避免了直喷发动机在低负荷工况下因氧气过量导致的排放问题。

2 稀薄燃烧

发动机气缸内燃烧的空气和燃料的质量之比被称为空燃比。在汽油刚好能够完全燃烧时,其空燃比为14.7:1,这个值也被称为理论空燃比。稀薄燃烧,顾名思义,就是说燃烧时空气中的燃料很稀薄。在空燃比大于18:1时,就可以将气缸内的燃烧状态称之为稀薄燃烧。

稀薄燃烧的最大特点就是燃烧效率高,经济的同时还可以提升发动机的功率输出。因为在稀薄燃烧的条件下,由混合气点火比理论空燃比条件下困难,暴燃也就更不容易发生,因此可以采用较高的压缩比设计以提高热能转换效率。再加上汽油能在过量的空气里充分燃烧,所以在这些条件的支持下能榨取每滴汽油的所有能量。不过,稀薄燃烧也不是完美的,它也有自己的缺陷。在稀薄燃烧的情况下,废气中会有很多残留的氧气,同时排气的温度也较低,这两方面的原因使得三元催化器对氮氧化物的转化率不高,从而增加了氮氧化物的排放。

缸内直喷是实现稀薄燃烧最好的方法。采用歧管喷射时,空燃比的上限为27:1,而使用直喷时,空燃比甚至可以达到50:1以上。缸内直喷发动机在低负荷时,就处于稀薄燃烧的状态,在高效节能的同时,也排放了更多的氮氧化物。同时,在微粒排放方面,由于油气混合时间较短,形成局部过浓区域可能性更大,所以直喷发动机的微粒排放要多于歧管喷射发动机。


3 混合喷射

面对越来越严苛的排放法规,缸内直喷发动机有些难以招架了。于是研发人员又想起了歧管喷射,并把其加入到了直喷发动机之中,形成了一套混合喷射系统。


低负荷工况时,歧管喷油嘴在气缸进气行程时喷油,混合气进入气缸,再配合压缩行程时气缸内喷油嘴喷油,从而实现分层燃烧;高负荷工况时,只在压缩行程进行缸内直喷。这样一来,不仅可以提高发动机的工作效率,还避免了上面提到的在低负荷工况下因氧气过量导致的排放问题。

混合喷射方式的作用意在结合歧管喷射和缸内直喷技术的优点,以解决传统缸内直喷技术存在的问题。由于歧管喷射的介入,有助于减缓传统缸内直喷发动机在进气道和进气门上积碳较多的现象等。

4 混合喷射的发展趋势

对于混合喷射技术今后发展动向这一问题,多位发动机行业专家认为,成本或是制约其普遍使用的一大因素。需要承认的是,混合喷射技术虽然能解决目前传统缸内直喷发动机所存在的问题,但其在成本上并不具备明显优势。

首先,由于两套系统的喷射压力相差悬殊,这就需要为两套喷射方式分别配装油泵和供油管路,在成本上势必要高于采用一种喷射方式的发动机。其次,喷射方式的转换需要重新对控制系统的策略进行更改,随之而来的便是重新进行标定工作,这又会带来成本的增加。

节能减排的实质并不能局限于理论数据,要注重实际表现。混合喷射模式并非一项新技术,可看做是当前解决传统缸内直喷发动机弊端的一种技术手段。在目前“超级爆震”现象没有明确解决方案的情况下不失为一种技术路径,如果这一问题能够得以解决,是否仍需采用混合喷射模式仍有待时间检验。

责任编辑:江新星
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