如果我们用柴火烧饭,想把柴火点着,至少要具备三个条件:柴火,空气和火种。而汽车的发动机也是同样的原理。以汽油发动机为例,如果要想实现汽油在气缸内燃烧,也必须具备三个基本条件:供汽油、供空气和点火。点火靠的是火花塞,供空气靠的是进气道,供油则靠的就是喷油嘴。
早期的汽车用的是化油器,也就是通过化油器把液态的汽油变成雾状的油气,再与空气混合,一起进到发动机里燃烧。化油器不用靠电工作,纯粹是机械式的。当然,化油器是比较落后的古董技术,会让汽车变成油老虎,在20年前就基本淘汰了。现在的汽车都是电喷发动机,也就是说用的是电子喷油嘴。
化油器汽车电子的喷油嘴效率更高,汽油的雾化更彻底,也能帮助汽车省油。发动机的喷油嘴一般分为单点电喷、多点电喷以及缸内直喷。
单点电喷是指只有一个喷油嘴负责喷油,喷油嘴位于未分成进气歧管之前的进气管上,其喷油量大小根据油门(现在我们通常所说的油门其实控制的是进气量,也称节气门)大小而定。
单点电喷工作原理而多点电喷是多个喷油嘴喷油(一般每个气缸一个),汽油燃料的喷射过程是在进气歧管内,并由控制程序按照特定时序发出控制指令,通过电子喷油器完成。
多点电喷技术是在单点电喷技术上发展起来的技术,取代了几个气缸共用一个喷油器的设计方式,在每个气缸对应的进气歧管内加装了喷油器,这样避免了单点喷射过程中混合气输送和分配受进气歧管结构的影响,因为单点电喷难以实现所有工况下都能保持理想的混合气分配,比如几个气缸混合气体分配不均。
多点电喷工作原理多点电喷发动机可以通过在进气歧管内形成混合气,所以比较容易在进气管,特别是气门上形成积碳。但是,汽油本身是一种很好的积碳清洗剂,在工作过程中雾化状的汽油与空气混合气体可以有效地清洗进气门、气缸、喷油嘴、进气歧管。所以,多点电喷技术在积碳问题上面要比缸内直喷少一些。目前,多点电喷的技术运用还是比较成熟的,再加上结构简单,维护成本也不高。
缸内直喷(GDI)实际上也是多点电喷的一种,只不过喷油的位置不一样。它是将油雾化以后直接喷射到气缸内。缸内直喷发动机的结构相对复杂,技术上还没有得到成熟的发展,再加上严重的积碳问题,所以在使用寿命上还是电喷的比较占优。
缸内直喷工作原理缸内直喷的优点是油耗量低,升功率大,压缩比高达12,与同排量的一般发动机相比功率与扭矩都提高了10%。它的劣势是零件复杂,价格相对较贵。缸内直喷喷射压力高,燃油雾化更加细致,真正实现了精准地按比例控制喷油并与进气混合,并且消除了缸外喷射的缺点。同时,喷嘴位置、喷雾形状、进气气流控制,以及活塞顶形状等特别的设计,使油气能够在整个气缸内充分、均匀的混合,从而使燃油充分燃烧,能量转化效率更高。
缸内直喷的最大优势,就在于燃油是以极高压力直接喷射到气缸中,因此除了喷油嘴的构造和位置不同于传统供油系统,在油气的雾化和混合效率上也更好。利用计算机技术对进气量与喷油时机进行精确地判读与控制,缸内直喷技术使得发动机的燃烧效率大幅提升,既能提升发动机的动力,也有利于减少油耗,保护环境。
但是缸内直喷科技也并非无敌,他也有比较突出的缺点。从成本上来看,采用缸内直喷的供油系统除了在研发过程要花费更大成本,对于车主来讲较传统电喷车需要更加频繁更换火花塞等零部件。另外,缸内直喷技术对燃油质量要求比较高,不吃粗粮,需要使用更高标号的燃油,因此增加了车主的用车成本。
气门背部积碳还有一点,缸内直喷发动机比传统电喷发动机更容易产生积碳,车主需要使用价格昂贵的缸内直喷发动机专用添加剂来解决积碳问题。因为机油废气循环的原因,进气道里面总会有一些机油的废气,容易产生积碳。但因为汽油被直接喷到了气缸内,进气管内就缺少了汽油的冲刷,导致进气管,特别是气门的背部更容易积碳。
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