人類心臟從“兩腔”到“一心房一心室”,再到“兩心房一心室”,最后完善了“兩心房兩心室”,這一過程經(jīng)歷了數(shù)億年。但好在憑借著人類的聰明智慧,汽車汽油發(fā)動機在百年歷程中經(jīng)歷了三次重大變革,從化油器>電噴>直噴的進化歷程被濃縮在了百年之內(nèi)。
化油器發(fā)動機:英雄遲暮 02年退出市場
化油器最早誕生于1892年,由美國人杜里埃發(fā)明。隨著技術(shù)的演進,化油器功能愈加完備,直到上個世紀中后期,化油器已經(jīng)分為五部分:主供油系統(tǒng)、起動系統(tǒng)、怠速系統(tǒng)、大負荷加濃系統(tǒng)(省油器)和加速系統(tǒng)。五部分的作用在于:根據(jù)發(fā)動機在不同情況下的需要,將汽油氣化,并與空氣按一定比例混合成可燃混合氣,及時適量進入氣缸。
化油器的優(yōu)點有:能夠?qū)?nèi)燃機的油氣比控制在理想的水平上,不論天候、溫度,永遠進行著一成不變的工作。而且化油器的成本低、可靠度高,維修、保養(yǎng)容易。當然化油器也存在許多弱點:比如,在冷車啟動、怠速運轉(zhuǎn)、急加速或低氣壓環(huán)境等,這樣固定的供油方式實際上并無法全面滿足引擎的運轉(zhuǎn)需求,甚至可能因而產(chǎn)生黑煙、燃燒不全與馬力不足等狀況。因此,2002年起,中國已經(jīng)明令禁止銷售化油器轎車,此后所有車型都改用電噴發(fā)動機。
電噴發(fā)動機:獨挑大梁 主力車型均用它
電噴提供最早出現(xiàn)于1967年,由德國保時捷公司研制的D型電子噴射裝置,隨后被用在大眾等德系轎車上。這種裝置是以進氣管里面的壓力做參數(shù),但是它與化油器相比,仍然存在結(jié)構(gòu)復雜,成本高,不穩(wěn)定的缺點。針對這些缺點,波許公司又開發(fā)了一種稱為L型電子控制汽油噴射裝置,它以進氣管內(nèi)的空氣流量做參數(shù),可以直接按照進氣流量與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關(guān)系確定進氣量,據(jù)此噴射出相應(yīng)的汽油。這種裝置由于設(shè)計合理,工作可靠,廣泛為歐洲和日本等汽車制造公司所采用,并奠定了今天電子控制燃油噴射裝置的雛形。
目前為止,電噴系統(tǒng)的行車電腦會隨時偵測引擎溫度、進氣流量、轉(zhuǎn)速變化、震動狀況,并依照實際需求調(diào)整供油量與點火時間,因此在動力輸出、燃油經(jīng)濟與排污表現(xiàn)上可以取得相當不錯的平衡。同時為了增加發(fā)動機進氣量,提高燃油效率,發(fā)動機從早期的單點噴射,演化至多點噴射,氣門數(shù)量從兩個增加至五個。目前最先進的當屬搭載VVT可變氣門技術(shù)的電噴發(fā)動機。
總體而言,電噴供油系統(tǒng)的最大優(yōu)點就是燃油供給之控制十分精確,讓引擎在任何狀態(tài)下都能有正確的空燃比,不僅讓引擎保持運轉(zhuǎn)順暢,其廢氣也能合乎環(huán)保法規(guī)的規(guī)范。然而,電噴供油系統(tǒng)并不是最科學的。由于內(nèi)燃機構(gòu)造的先天限制,電噴噴嘴安裝在氣門旁,只有在氣門打開時才能完成油氣噴射,因此噴射會受到開合周期的影響,產(chǎn)生延遲,因而影響電腦對噴射時間的控制。不過好在這一問題已經(jīng)被缸內(nèi)直噴技術(shù)解決了。
缸內(nèi)直噴發(fā)動機:近年豪華車的主攻方向
近兩年,當歐美廠商意識到電噴技術(shù)的研發(fā)已經(jīng)進入瓶頸期,于是缸內(nèi)直噴技術(shù)成為了各大廠商的主攻方向。目前市場上備受關(guān)注的缸內(nèi)直噴發(fā)動機包括:奧迪FSI缸內(nèi)直噴發(fā)動機、凱迪拉克SIDI雙模直噴發(fā)動機。
與電噴發(fā)動機相比,缸內(nèi)直噴發(fā)動機的噴油嘴被移到了汽缸內(nèi)部,因此缸內(nèi)油氣的量不會受氣門開合的影響,而是直接由電腦自動決定噴油時機與份量,至于氣門則僅掌管空氣的進入時程,兩者則是在進入到汽缸內(nèi)才進行混合的動作。由于油、氣的混合空間、時間都相當短暫,因此缸內(nèi)直噴系統(tǒng)必須依靠高壓將燃油從噴油嘴壓入汽缸,以達到高度霧化的效果,從而更好的進行油氣混合。其中混合油氣的壓縮比越高的發(fā)動機,它的動力表現(xiàn)越強大,相應(yīng)的節(jié)能效果越明顯。奧迪3.2升FSI缸內(nèi)直噴發(fā)動機的壓縮比達到了10.3:1;凱迪拉克3.6升SIDI 雙模缸內(nèi)直噴發(fā)動機的壓縮比達到了11.3:1。此外,缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的燃燒室、活塞也大多具有特殊的導流槽,以供油氣在進入燃燒室后能夠產(chǎn)生氣旋渦流,來提高混合油氣的霧化效果與燃燒效率。
一般而言,應(yīng)用了缸內(nèi)直噴技術(shù)的發(fā)動機要比同排量的多點噴射發(fā)動機的峰值功率提升10%至15%,而峰值扭矩能提升5%至10%。這樣的提升,可謂是一種質(zhì)變,而單靠增加氣門數(shù)量是難以達到這一效果的。
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