汽油直喷_缸内汽油直喷系统

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燃油从油箱里抽到发动机内燃烧，看似一个很简单的过程，但事实上却是个机构庞杂、步骤繁多的过程，其中非常重要的一环，则是喷油嘴如何把燃油喷射到发动机内实现燃烧。随着时间的推移，科技的发展，燃油喷射系统也曾经历了多次变革，现在主要有缸外喷射系统缸内喷射系统。

缸外喷射系统

由于成本和技术问题，以前所使用的廉价电控发动机多为单点喷射式发动机（SPI）。这类发动机多把喷油嘴布置在化油器后方，所有气缸共用一个喷油嘴，可以显著降低制造和研发成本，但由于单点喷射式先天存在喷油精度不高，每个气缸的喷油量不均等问题，并直接降低了车辆在燃油经济性和排放等方面的性能表现，因此，这项技术随着日益严格的环保法规而很快被替代。在单点喷射式技术之后，另一种缸外喷射技术多点喷射（MPI）很快出现了。MPI的最大特点就是每个气缸都有一个独自享用的喷油嘴，由ECU电脑芯片单独对每一个气缸的供油量进行控制，从而可以对每个喷油嘴的喷油量都进行精确控制。

那么，多点式顺序喷射技术具体是怎样工作的呢？这里以四缸发动机为例简单说明。目前发动机每个气缸的工作是按照次序依次进行的，工作顺序多为1-3-4-2，喷油也按照气缸工作顺序进行喷油，喷油器多位于进气门附近，燃油从喷油嘴喷出后利用进气气流，使得燃油首次与空气混合形成混合气，同时把燃油带入到气缸内燃烧。由于每次喷油量控制精确，因此，采用这类技术的发动机排放物更清洁、更容易受到控制，燃油效率也更高。

缸内喷射系统

看过缸外直喷的工作原理之后，相信很多人会说，为什么不把燃油直接喷入气缸里呢，那不是最直接，也最省事的方法吗？由于现代的汽车通常都用上四个或者五个气门，把喷油器安装在气缸顶部容易使得气门与喷油嘴之间的间隙过小而造成材料的强度难以抵抗燃烧所带来的冲击力，而且喷油嘴喷射的角度问题和喷油嘴在高压缩比的气缸内难以喷射等多项技术问题，因此，在新材料和新技术出现之前，缸内喷射难以实现。

很显然，即便是再艰难的问题，对于追求进步的人们来说都只是前进的动力，随着技术的进步和新材料的不断出现，汽油发动机缸内直喷技术逐渐浮出水面，最早的如三菱汽车的GDI技术，让人们看到了“汽油直喷”美梦能够成真，尽管由于油品和技术成熟度等原因迫使三菱汽车终止了GDI技术的发展，但随后陆续出现的大众FSI、凯迪拉克SIDI、保时捷DFI等直喷技术，真正将这一技术推向了成熟，而随后的数据也证明这种类似柴油机的喷油方式具有魔术般的神奇效果，能够是发动机的动力性、燃油经济性和排放等都得到长足进步。

目前来看，这类技术的发动机主要采用两种不同的喷射模式，即分层喷油和均匀喷油。油门半开的情况下，在压缩行程末期，按照从稀到浓的混合气进行喷射，最稀的混合气达到40：1，由于空燃比超稀薄，因此进排气的泵气损失少，因而吸温的冷却效果好，冷却损失少，从而发动机能稳定、节油地运转。而油门全开的情况，进气行程开始喷射燃料，整个燃烧室为均匀混合，形成理论空燃比，因此吸温冷却效果和空气密度增加，提高容积效率，发动机输出较高。

虽然缸内直喷已经变得很成熟且优势明显，但碍于制造成本，以及国内的油品质量问题，我们有理由相信，在今后相当长的一段时间里，缸内和缸外喷射技术将并行发展，谁都无法完全替代对方

对于一台汽油发动机来说，将汽油送入汽缸，并与空气混合，再使油气混合物充分燃烧才能获得强大的动力，因此油气混合技术也是发动机的关键之一。在经历了化油器、单点电喷、多点电喷技术阶段之后，油气混合技术终于进入了直喷时代，越来越多的车型开始采用直喷发动机，那么直喷发动机的技术关键点都有哪些呢？下面就为大家逐一解析。

高压喷油系统可以说是直喷发动机最关键的系统，与以前油气在进气歧管内混合，然后被负压吸入发动机不同，直喷发动机是用高压喷油嘴将燃油喷入汽缸，由于汽缸内压力已经很大，因此需要喷油系统具备更大的压力。

『组成高压喷油系统的四个主要部分』

高压喷油系统主要可以分为发动机控制模块（ECM）、高压油轨、高压油泵和喷油嘴四部分，其中ECM主要采集发动机数据，按照预定程序控制喷油时机和喷油量，从而实现最高燃烧效率；而高压油泵则主要负责燃油的加压，高压油轨主要起均衡各喷油嘴喷射压力的作用，而最终的喷油任务则由喷油嘴来执行。此外，还有多个传感器提供燃油压力等信息，确保整个系统的高效率。

『一汽展示的动力总成上的ECM（右侧）』

ECM（或称ECU）不仅是直喷发动机的关键部分，也是所有技术较新的内燃机的重要组成部分，这个部分涉及到芯片、执行器、软件等多个环节，其中任何一个环节缺失都无法实现量产装车。目前ECM技术还是为国外企业所把持，在技术上已经比较成熟。部分自主品牌虽然也初步具备了ECM的制造能力，但是在软件的匹配、执行器的可靠性等环节还有不少问题尚待解决，不过就跟变速器技术一样，这样的关键技术一旦取得突破，自主品牌厂商将受益匪浅。

『通用Ecotec系列2.0直喷发动机上所用的高压油泵，制造商为博世』

高压油泵则是燃油加压的关键环节，在低压油泵将燃油送到高压油泵之后，高压油泵可以将汽油加压到十余兆帕的压力（这是普通汽油泵压力的三四十倍），并将其送入油轨。高压油泵通常是由凸轮轴带动，内部则有双头或者三头凸轮加压（如福特ECOBOOST系列发动机的“9号凸轮”）。在高压油泵上还集成了电子油轨压力调节器（FRP），它是一个由ECM控制的电磁阀，ECM以脉冲宽度调制的方式控制油压调节器，油压调节器控制着高压燃油泵的进口阀，从而控制燃油压力，当驱动线路失效时，高压油泵进入低压模式，发动机仍可应急运行。

『瑞麒G5采用的2.0TGDI发动机同样使用博世的高压油泵』

高压油泵和油轨这样的部件对工作环境和制造精度要求很高，一些传统的柴油高压设备制造商如博世在这方面具有丰富的经验，因此即便是通用的直喷发动机，其高压油泵也是由博世提供，而作为自主品牌推向市场的第一款直喷汽油机，瑞麒G5上的2.0TGDI发动机同样使用了博世的高压油泵。

『高压油轨基本结构图』

『通用Ecotec系列2.0直喷发动机上所用的高压油轨和喷嘴』

『高压喷油嘴结构示意图：①高分子密封圈 ②喷嘴针阀 ③衔铁 ④电磁线圈 ⑤细滤器』经过油泵加压之后，汽油进入高压油轨，在高压油轨稳定压力后，由于油轨和燃烧室之间存在压力差，高压油泵动作之后汽油即喷入汽缸内。喷嘴内部还有电磁阀，可以实现对喷油量和时机的控制，其控制精度要求很高，同时由于喷嘴的位置从进气歧管移到了汽缸内，工作环境和温度都发生了很大变化，对其可靠性的要求也大大提高。