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日前有报道指即将在7月份前后正式上市的上海通用别克新君越,将搭载已经在新君威车型上使用的eco2.4发动机和别克首款直喷发动机3.0v6sidi。如报道属实的话那么新君越将会成为继大众和奥迪旗下产品后又一款将燃油缸内直接喷射(fueldirectinjection)带给国内消费者的车型。而放眼海外,有意于挖掘缸内直喷技术潜力的厂家也不在少数,法拉利、保时捷、奔驰、凯迪拉克、三菱、丰田、本田等一众大牌明星都有着其各异的技术成品。到底为什么这些厂家都愿意在这项技术上投入大量的研发资源呢?为什么越来越多的缸内直喷发动机出现在我们身边呢?下面我们一起作简单探讨。
无论是上世纪随处可见的化油器发动机也好,还是现今广泛采用的电喷发动机也好,汽油发动机的燃料供给方式一直都是采用“缸外混合”的方式。也就是汽油先通过化油器(已被淘汰)或者喷油嘴喷出,在进气歧管内与新鲜的空气混合而成为“混合气”。在发动机气缸进气门还没有打开之前,这些混合气都储存在进气歧管内,直到气门打开后混合气才能够因为燃烧室的负压而进入到燃烧室内,然后在活塞压缩行程的末端通过火花塞点燃剧烈燃烧。即使是现今极为普遍的电控燃油喷射系统,其先进之处也只在于由电脑控制喷油嘴喷油的时机和数量,还是没有改变“缸外混合”的基础。
“缸外混合”的缺点是显而易见的,进入燃烧室的混合气只能够通过气门的开闭来被动控制,对发动机不同工况的适应程度未如理想。而且喷油嘴离燃烧室有一定的距离,汽油与空气的混合情况受进气气流的影响较大,并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上,不能充分使用。为此,各种增压技术和可变气门技术的诞生,都是为了更加灵活地控制混合气进入气缸的情况,以及提升混合气的燃烧效率。
但随着我们对发动机动力性能和环保性能的要求越来越高,增压技术和可变气门技术显得有点力不从心了。混合气的增压压力可以继续提升,但对于动力平顺性以及机械可靠性是极大的挑战;气门的数量不可能无限制地增加,而且气门正时和气门升程的调节有其不可克服的物理限制。这时候聪明的工程师们开始想,为什么不可以像柴油机那样把喷油的步骤安排在气缸里面呢?而实际上,现今的机械制造技术已经可以允许他们这样去做了,就在这样的背景下,燃油缸内直喷技术成为了可能。
缸内直喷有何独特之处?
先进的直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术,通过一个活塞泵提供所需的100bar以上的压力,将汽油提供给位于汽缸内的电磁喷射器。然后通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室,其控制的精确度接近毫秒,其关键是考虑喷射器的安装,必须在汽缸上部留给其一定的空间。