汽油发动机中的燃油喷射。 优点、缺点和可能的问题
喷射系统的类型决定了发动机参数和运行成本。 它会影响汽车的动力、油耗、废气排放和维护成本。
汽油喷射在内燃机中的实际应用历史可以追溯到第一次世界大战之前的时期。 即使在那时，航空业也迫切地寻找新的解决方案，以提高发动机的效率并克服飞机各个位置的动力问题。 燃油喷射首次出现在 8 年的法国 V1903 飞机发动机中，被证明是有用的。 直到 1930 年，燃油喷射的梅赛德斯 1951 SL 才首次亮相，被广泛认为是该领域的先驱。 然而，在运动版中，它是第一款直接汽油喷射的汽车。
电子燃油喷射在 300 年克莱斯勒发动机的 1958 中首次使用，多点汽油喷射在 1981 年代开始出现在汽车上，但主要用于豪华车型。 高压电动泵已经用于确保适当的压力，但控制仍然是机械师的责任，直到 600 年梅赛德斯停产后才逐渐被遗忘。 喷射系统仍然很昂贵，并没有改变为廉价和流行的汽车。 但是，当 XNUMX 年代有必要在所有汽车上安装催化转化器时，无论其级别如何，都必须开发一种更便宜的喷射类型。
与化油器相比，催化剂的存在需要对混合物的成分进行更精确的控制。 因此创建了单点注入，“多点”的微薄版本，但足以满足廉价汽车的需求。 从九十年代后期开始，它开始从市场上消失，取而代之的是多点喷油器，这是目前汽车发动机中最流行的燃油系统。 1996 年，直接燃油喷射在三菱 Carisma 上首次亮相。 新技术需要认真改进，起初很少有追随者。
然而，面对日益严格的废气标准，从一开始就对汽车燃料系统的进步产生了深远的影响，设计师最终不得不转向汽油直喷。 在迄今为止数量很少的最新解决方案中，它们结合了两种类型的汽油喷射 - 间接多点和直接。
间接单点注入
在单点喷射系统中，发动机由单个喷射器提供动力。 它安装在进气歧管的入口处。 燃料在约 1 bar 的压力下供应。 雾化燃料在通向各个气缸的通道的进气口前与空气混合。
燃料-空气混合物被吸入通道中，而没有对每个气缸的混合物进行精确计量。 由于通道长度和饰面质量的差异，气缸的电源供应不均匀。 但也有好处。 由于燃料空气混合物从喷油器到燃烧室的路径很长，因此在发动机适当预热时燃料可以很好地蒸发。 在寒冷的天气里，燃料不会蒸发，刷毛在收集器壁上凝结，部分以液滴的形式进入燃烧室。 在这种形式下，它在工作循环中不能完全燃烧，从而导致发动机在暖机阶段的效率低。
其结果是燃料消耗增加和废气的高毒性。 单点喷射简单且便宜，不需要很多零件、复杂的喷嘴和先进的控制系统。 生产成本低导致车辆价格较低，并且单点喷射维修很容易。 这种类型的喷射不用于现代乘用车发动机。 它只能在设计落后的型号中找到，尽管在欧洲以外生产。 一个例子是伊朗萨曼德。
好处
– 简单的设计
– 低生产和维护成本
– 发动机热时废气的低毒性
缺陷
– 低燃料计量精度
– 相对较高的油耗
– 发动机预热阶段废气的高毒性
– 发动机动力性能不佳
间接多点注入
单点间接喷射的扩展是多点间接喷射，每个进气口都有一个喷油器。 燃油在节气门之后，就在进气门之前。喷油器更靠近气缸，但空气/燃料混合物的路径仍然足够长，以使燃料在热发动机上蒸发。 另一方面，由于喷射器和气缸之间的距离更短，加热阶段在进气口壁上凝结的趋势较小。 在多点系统中，燃料以 2 至 4 bar 的压力供应。
每个气缸都有一个单独的喷油器，为设计人员在增加发动机动力、降低油耗和减少废气排放方面提供了全新的可能性。 最初，没有使用先进的控制系统，所有喷嘴同时计量燃料。 这个解决方案不是最优的，因为喷射时刻并不是在每个气缸中都出现在最有利的时刻（当它撞击关闭的进气门时）。 只有电子技术的发展才有可能建立更先进的控制系统，因此注射开始更准确地工作。
最初，喷嘴成对打开，然后开发了顺序燃油喷射系统，其中每个喷嘴在给定气缸的最佳时刻单独打开。 该解决方案允许您准确选择每次冲程的燃料剂量。 串行多点系统比单点系统复杂得多，制造成本更高，维护成本更高。 但是，它可以让您以更少的燃料消耗和更少的废气毒性显着提高发动机的效率。
好处
– 高燃料计量精度
– 低油耗
– 发动机动力学方面的多种可能性
– 废气毒性低
缺陷
- 显着的设计复杂性
– 相对较高的生产和维护成本
直接注射
在该方案中，喷油器安装在气缸内，将燃油直接喷入燃烧室。 一方面，这是非常有益的，因为它可以让您非常快速地更换活塞上方的燃油-空气充气。 此外，相对冷的燃料可以很好地冷却活塞顶和气缸壁，因此可以增加压缩比并获得更高的发动机效率，而不必担心不良燃烧爆震。
直喷发动机设计用于在低发动机负载下燃烧非常稀薄的空气/燃料混合物，以实现极低的燃料消耗。 然而，事实证明，这会导致废气中氮氧化物过多的问题，为了消除这些问题，必须安装适当的清洁系统。 设计师通过两种方式对抗氮氧化物：增加增压和减小尺寸，或者安装复杂的两相喷嘴系统。 实践还表明，在直接燃油喷射的情况下，气缸的进气道和进气门杆上会出现积碳的不利现象（发动机动力下降，油耗增加）。
这是因为进气口和进气门都没有像间接喷射那样被空气-燃料混合物冲洗。 因此，它们不会被从曲轴箱通风系统进入吸入系统的细油颗粒冲走。 油杂质在温度的影响下变硬，形成一层越来越厚的不需要的沉积物。
好处
– 非常高的燃料计量精度
– 燃烧稀薄混合物的可能性
– 非常好的发动机动力和低油耗
缺陷
- 极其复杂的设计
– 非常高的生产和维护成本
– 废气中氮氧化物过多的问题
- 进气系统积碳
双喷射 - 直接和间接
混合喷射系统设计同时利用了间接喷射和直接喷射。 直接喷射在发动机冷时起作用。 燃料-空气混合物直接流过活塞并排除冷凝。 当发动机暖机并轻载运转时（恒速行驶，平稳加速），直喷停止工作，多点间接喷射取代其作用。 燃油蒸发得更好，非常昂贵的直喷系统喷油器不工作也不会磨损，进气阀被燃油-空气混合物清洗，因此不会在它们上面形成沉积物。 在高发动机负载（强加速、快速行驶）时，再次开启直接喷射，这确保了气缸的快速填充。
好处
– 非常精确的燃料剂量
– 在所有条件下的最佳发动机交付
– 非常好的发动机动力和低油耗
– 进气系统无积碳
缺陷
- 巨大的设计复杂性
– 极高的生产和维护成本
