汽油發動機中的燃油噴射。 優點、缺點和可能的問題
噴射系統的類型決定了發動機參數和運行成本。 它會影響汽車的動力、油耗、廢氣排放和維護成本。
汽油噴射在內燃機中的實際應用歷史可以追溯到第一次世界大戰之前的時期。 即使在那時，航空業也迫切地尋找新的解決方案，以提高發動機的效率並克服飛機各個位置的動力問題。 燃油噴射首次出現在 8 年的法國 V1903 飛機發動機中，被證明是有用的。 直到 1930 年，燃油噴射的梅賽德斯 1951 SL 才首次亮相，被廣泛認為是該領域的先驅。 然而，在運動版中，它是第一款採用直接汽油噴射的汽車。
電子燃油噴射在 300 年克萊斯勒發動機的 1958 中首次使用，多點汽油噴射在 1981 年代開始出現在汽車上，但主要用於豪華車型。 高壓電動泵已經用於確保適當的壓力，但控制仍然是機械師的責任，直到 600 年梅賽德斯停產後才逐漸被遺忘。 噴射系統仍然很昂貴，並沒有改變為廉價和流行的汽車。 但是，當 XNUMX 年代有必要在所有汽車上安裝催化轉化器時，無論其級別如何，都必須開發一種更便宜的噴射類型。
與化油器相比，催化劑的存在需要對混合物的成分進行更精確的控制。 因此創建了單點注入，“多點”的微薄版本，但足以滿足廉價汽車的需求。 從九十年代後期開始，它開始從市場上消失，取而代之的是多點噴油器，這是目前汽車發動機中最流行的燃油系統。 1996 年，直接燃油噴射在三菱 Carisma 上首次亮相。 新技術需要認真改進，起初很少有追隨者。
然而，面對日益嚴格的尾氣標準，從一開始就對汽車燃料系統的進步產生了很大的影響，設計師最終不得不轉向汽油直噴。 在迄今為止數量很少的最新解決方案中，它們結合了兩種類型的汽油噴射 - 間接多點和直接。
間接單點注入
在單點噴射系統中，發動機由單個噴射器提供動力。 它安裝在進氣歧管的入口處。 燃料在大約 1 bar 的壓力下供應。 霧化燃料在通向各個氣缸的通道的進氣口前與空氣混合。
燃料-空氣混合物被吸入通道中，而沒有對每個氣缸的混合物進行精確計量。 由於通道長度和飾面質量的差異，氣缸的電源供應不均勻。 但也有好處。 由於燃料空氣混合物從噴油器到燃燒室的路徑很長，因此在發動機適當預熱時燃料可以很好地蒸發。 在寒冷的天氣裡，燃料不會蒸發，刷毛在收集器壁上凝結，部分以液滴的形式進入燃燒室。 在這種形式下，它不能在工作循環中完全燒毀，從而導致發動機在暖機階段的效率低下。
其結果是燃料消耗增加和廢氣的高毒性。 單點噴射簡單且便宜，不需要很多零件、複雜的噴嘴和先進的控制系統。 較低的生產成本導致較低的車輛價格，並且單點噴射維修很容易。 這種類型的噴射不用於現代乘用車發動機。 它只能在設計落後的模型中找到，儘管在歐洲以外生產。 一個例子是伊朗薩曼德。
特權
– 簡單的設計
– 低生產和維護成本
– 發動機熱時廢氣的低毒性
缺陷
– 低燃料計量精度
– 相對較高的油耗
– 發動機預熱階段廢氣的高毒性
– 發動機動力性能不佳
間接多點注入
單點間接噴射的擴展是多點間接噴射，每個進氣口都有一個噴油器。 燃油在節氣門之後，就在進氣門之前。噴油器更靠近氣缸，但空氣/燃料混合物的路徑仍然足夠長，以使燃料在熱發動機上蒸發。 另一方面，由於噴嘴和氣缸之間的距離更短，加熱階段在進氣口壁上凝結的趨勢較小。 在多點系統中，燃料以 2 至 4 bar 的壓力供應。
每個氣缸都有一個單獨的噴油器，為設計人員在增加發動機動力、降低油耗和減少廢氣排放方面提供了全新的可能性。 最初，沒有使用先進的控制系統，所有噴嘴同時計量燃料。 這個解決方案不是最優的，因為噴射時刻並不是在每個氣缸中都出現在最有利的時刻（當它撞擊關閉的進氣門時）。 只有電子技術的發展才有可能建立更先進的控制系統，因此註射開始更準確地工作。
最初，噴嘴成對打開，然後開發了順序燃油噴射系統，其中每個噴嘴在給定氣缸的最佳時刻單獨打開。 該解決方案允許您準確選擇每次沖程的燃料劑量。 串行多點系統比單點系統複雜得多，製造成本更高，維護成本更高。 但是，它可以讓您以更少的燃料消耗和更少的廢氣毒性顯著提高發動機的效率。
特權
– 高燃料計量精度
– 低油耗
– 發動機動力學方面的多種可能性
– 廢氣毒性低
缺陷
- 顯著的設計複雜性
– 相對較高的生產和維護成本
直接注射
在該方案中，噴油器安裝在氣缸內，將燃油直接噴入燃燒室。 一方面，這是非常有益的，因為它可以讓您非常快速地更換活塞上方的燃油-空氣充氣。 此外，相對冷的燃料可以很好地冷卻活塞頂和氣缸壁，因此可以增加壓縮比並獲得更高的發動機效率，而不必擔心不良燃燒爆震。
直噴發動機設計用於在低發動機負載下燃燒非常稀薄的空氣/燃料混合物，以實現極低的燃料消耗。 然而，事實證明，這會導致廢氣中氮氧化物過多的問題，為了消除這些問題，必須安裝適當的清潔系統。 設計師通過兩種方式對抗氮氧化物：增加增壓和減小尺寸，或安裝複雜的兩相噴嘴系統。 實踐還表明，在直接燃油噴射的情況下，氣缸的進氣道和進氣門桿上會出現積碳的不利現象（發動機動力下降，油耗增加）。
這是因為進氣口和進氣門都沒有像間接噴射那樣被空氣燃料混合物沖洗。 因此，它們不會被從曲軸箱通風系統進入吸入系統的細油顆粒沖走。 油中的雜質在溫度的影響下變硬，形成一層越來越厚的不需要的沉積物。
特權
– 非常高的燃料計量精度
– 燃燒稀薄混合物的可能性
– 非常好的發動機動力和低油耗
缺陷
- 極其複雜的設計
– 非常高的生產和維護成本
– 廢氣中氮氧化物過多的問題
- 進氣系統積碳
雙噴射 - 直接和間接
混合噴射系統設計同時利用了間接和直接噴射。 直接噴射在發動機冷時起作用。 燃料-空氣混合物直接流過活塞並排除冷凝。 當發動機暖機並輕載運行時（恆速行駛，平穩加速），直噴停止工作，由多點間接噴射接管。 燃油蒸發得更好，非常昂貴的直噴噴油器不工作也不會磨損，進氣閥被燃油-空氣混合物沖洗，因此不會在其上形成沉積物。 在高發動機負載（強加速、快速行駛）時，再次開啟直接噴射，這確保了氣缸的快速填充。
特權
– 非常精確的燃料劑量
– 在所有條件下的最佳發動機交付
– 非常好的發動機動力和低油耗
– 進氣系統無積碳
缺陷
- 巨大的設計複雜性
– 極高的生產和維護成本
