直喷、电喷发动机,各有各的优势,但也各自存在不足;简单点说,直喷发动机是当今的主流,而电喷发动机正在发挥自身的余热;缸内直喷发动机可以大幅度提高压缩比,对于动力、燃油经济性都有显著的提高,但在低温、低负荷环境下直喷机的劣势较多,优势在于中高负荷区域;电喷机现在已经很少见了,估计用不了多久市场上也就没有电喷了。。。
简单阐述下电喷、直喷的命名规则,实际上现如今的电喷、直喷发动机都是电喷,因为二者同属电控喷射内燃机!电控内燃机的最大特点就是,油门只控制节气门、也就是决定进气量的大小,而喷多少油,则由系统根据氧传感器的回传数据来决定,进气量大、多喷,进气量小、少喷;这与过去的化油器发动机完全不一样;化油器时代,油门控制的是喷油量,喷多少由我们的脚来决定;而电喷就是由系统取代了油门对喷油量进行控制!进入电控内燃机时代后,最先诞生的是电控歧管喷射发动机,因为那个时候市场上还有部分化油器车的存在,所以为了区分二者、并显示新科技的独到之处,就将电控歧管喷射发动机叫成是电喷;可没过几年,电控缸内直喷发动机又研发成功了,它也是电控喷射的,叫电喷也没问题,但这样一样就没办法区分了,所以就将电控缸内直喷发动机叫成了直喷,这就是二者名字的来源,同为电喷,但为了进行差异化区分,就把歧管喷射称之为电喷、缸内喷射被称之为直喷!
电喷、直喷的差异
如上图所示,电喷(歧管喷射)发动机,燃油喷射在进气歧管内(进气道),燃油与空气在歧管内进行混合后,在进气门打开时被吸入燃烧室压缩、点火、做功,与直喷发动机相进行比较,电喷发动机的燃油、空气有更充足的时间进行雾化、混合,所以在发动机低温、低负荷时的表现更好;而极少会出现车辆在冬季冷启时的湿壁现象,简单点说就是电喷机不容易出现机油增多!又因为燃油喷射在进气歧管之内,由于汽油本身就是清洁剂,所以歧管喷射发动机的进气道、进气门背面往往很干净,不像直喷机那么厚厚的一层积碳!
如上图所示,缸内直喷发动机很容易理解,喷油嘴布置在燃烧室内,采用高压喷油策略,让燃油雾化程度更高、更细腻,让燃烧更加的充分,其次就是缸内喷嘴可以让雾化油气距离火花塞更近,所以燃烧也进行的更加彻底;不过缸内直喷发动机在低温下、冷启时,燃油雾化受制于燃烧室的空间不够,所以低温条件下与空气的混合并不理想,由于冷启的怠速阶段进气量并不充分(系统还要加浓),所以此时的混合气过浓、影响排放;其次就是雾化不好的燃油遇到冰冷的缸壁,很容易重新凝结成液态汽油,并顺着缸壁、活塞环之间缝隙,流入到曲轴箱之中,污染机油!
电喷、直喷各自的优势
电喷发动机(歧管喷射),燃油喷射在进气歧管内,可以很好的与空气进行混合,所以在低温、低负荷的时候,它的混合气体浓度控制的更理想,不会造成混合气体过浓、不会导致燃油稀释、不会影响排放!但缺点在于已经混合理想的气体被吸入燃烧室内直接被压缩、缺少直喷机丰富的喷油策略,所以电喷机的压缩比往往控制的很低,因为电喷机单一的喷油策略压制不住高温,无法合理的控制高温,就容易导致爆震,所以电喷机的压缩比往往会止步于11,再高些或许也可以,但用脱离市场的高标号汽油来抑制爆震并不是理想的解决方案!
缸内直喷发动机最大的优势在于它可以在电喷极限的基础上继续提高压缩比,比如上文中提到电喷机止步于11的压缩比,而缸内直喷可以继续把压缩比提高到13、甚至更高;自从奥托先生吃面包领悟了压缩比,内燃机的发展就朝着不断提高压缩比的路线前进,所以能将压缩比提得更高的机器就是更好的,而电喷机止步于11,那就早晚将被淘汰!原理也非常简单,缸内直喷燃油在燃烧室内喷射,燃油雾化会吸收大量的热,借此可以抑制点火前高温、抑制爆震;如果抑制不住,直喷凭借丰富的喷射策略,还可以进行一次、多次补喷,甚至可以在压缩冲程终了时再喷(让燃油不被压缩、抑制温度上升),所以直喷机可以很好抑制爆震,所以它敢提高压缩比;所以这就是电喷越来越少的原因,在内燃机的发展路径中,更高的压缩比就是王道,而压缩比已出现瓶颈的电喷自然就难以生存了。。。
精确的喷油控制、丰富的喷油策略,另直喷发动机的潜力巨大。。。
内燃机目前的阶段还是在用尽各种手段提高压缩比,比如用先进的配气技术来实现阿、米循环,比如用凹孔活塞去进一步抑制高压缩比时的爆震(将混合气聚集在很小的空间,进行点火时可以缩短火焰传播路径,只要火焰传播速度大于自燃速度,那么就可以避免爆震);而未来的趋势将是实现稀薄燃烧,大幅度提高空燃比(理想的14.7并不是终点),可以用更少的油进行充分燃烧,获得更大的功(劣势在于空燃比过高,火焰传播无力,可以起到更好的燃油经济性,但牺牲了动力),而只有直喷才能提高稀薄燃烧的边界!要想实现更大边界的稀薄燃烧,首先要实现的就是分层燃烧;如上图所示,这就是缸内直喷发动机实现分层喷射的示意图,因为它的控制精确、可多次喷油,所以在燃烧室内可以从上至下、由浓到稀的喷出多个油气层,离火花塞最近的浓度最高(空燃比接近14.7),所以依靠火花塞跳火引燃第一层,之后火花已经扩散传播逐一引燃下面的多个稀薄层,这就是直喷的好处,它可以喷出这么多个不同浓度的油气层,逐渐的降低浓度;因为这里面牵扯到一个点燃问题,直接把空燃比弄太高、太稀薄,就点不着了,所以先分层、在逐一引燃就成了主要的发展趋势(实在点不着了,还可以进行压燃,点火着一个点;压燃着一个层)。。。
电喷发动机就有些尴尬了,它也可以实现分层燃烧,但它的喷油嘴在燃烧室外,即便在燃烧室外的歧管内行程多个浓度的油气层,但被吸入燃烧室后,各个层也就混合到了一起,所以歧管喷射发动机控制分层很难,可分的层数也很少,所以它没办法将最末端层的空燃比提得太高,所以电喷机没办法实现超稀薄燃烧,也就是说电喷机没办法提高稀薄燃烧的边界;我们常见的、具有分层燃烧功能的发动机,都是直喷,对吧?这就是因为电喷机歧管喷射的位置、单一的喷油策略,很难分层!上面就是电喷、直喷发动机的差异了,实际上电喷发动机除了不容易出现燃油稀释、不容易产生进气道积碳外,真找不到其它的优势;没办法抑制爆震,导致压缩比提不上去就是电喷机最大的缺陷,未来的内燃机是奔着高能、高效去发展的,而要实现这两点,更高的压缩比是唯一路径;所以更高的压缩比就是核心,所以这就是直喷机能取代电喷的原因,直喷发动机的缺点同样不少,比如低温下雾化差、排放差、积炭多等等,但它把内燃机的核心发展观高压缩比牢牢的掌握,所以直喷代表了内燃机未来的发展趋势!电喷(歧管喷射)发动机,也并不会彻底的没落,毕竟有主机厂也弄出了双喷射发动机,也就是在直喷发动机的基础上,在进气歧管内增加了一套低压喷射系统,在发动机低速、低负荷时,采用歧管喷射,避免缸内直喷发动机低速状态混合气体过浓的问题!而发动机在中高段负荷、转速时,则采用缸内直喷,避免高压缩比状态下,歧管喷射导致的爆震!由于多了套可以在低负荷时工作的歧管喷射系统,所以对于进气道内的积碳有很好的抑制,也避免了高发于直喷机的燃油稀释问题;不过高、低压两套喷射系统、也导致其更高的价格,所以双喷射也许并不是最合理的解决方案!