專業圖文解析發動機燃油直噴技術

法律顧問：趙建英律師

發動機燃油直噴技術大範圍的進入消費者視線是在2007年，當時隨著一汽-大眾對邁騰的引入，它所搭載的燃油直噴發動機也被大範圍地宣傳（雖然之前奧迪旗下的部分車型搭載著擁有著更純正血統的燃油直噴技術發動機，但他們並沒有大規模宣傳）。不過，雖然大家已經通過廣告或其他途徑對燃油直噴技術有了一定的了解，但它的實際燃油直噴技術的關鍵點究竟在哪裡？它的原理又是怎樣的呢？下面我們做一下逐一的解析。

燃油直噴技術的全稱是發動機燃油缸內直噴技術，英文是Direct Injection，簡稱DI。從文字表面我們就能明白，所謂燃油直噴技術就是直接在汽缸體內進行燃油噴射，有別於其他將噴油嘴放在進氣門前的位置，直噴發動機所燃燒的空氣在進入氣門前是純凈的空氣，而不是油氣混合體。

而也正是通過這樣的工作原理使得具有缸內直噴技術的發動機可以根據進氣門的開啟時間來知道進入汽缸燃燒的空氣量是多少，根據不同的空氣量和當時車輛的工作需求噴出不同量的燃油。

無論任何一種技術，它們都有著自己的關鍵點，而燃油直噴的技術的關鍵點就是高壓噴油系統，與之前非缸內直噴的發動機汽油與空氣在進氣歧管內被混合，然後被負壓吸入發動機的方式不同，擁有燃油直噴技術的發動機是通過高壓噴油嘴將燃油噴入汽缸，而由於汽缸內壓力已經很大，所以此時需要燃油噴射系統具備更大的壓力，才可以將燃油噴入汽缸。

高壓噴油系統主要可以分為發動機控制模塊（ECU）、高壓油軌、高壓油泵和噴油嘴四部分，其中ECU主要採集發動機數據，按照預定程序控制噴油時機和噴油量，從而實現最高燃燒效率；而高壓油泵則主要負責燃油的加壓，高壓油軌主要起均衡各噴油嘴噴射壓力的作用，而最終的噴油任務則由噴油嘴來執行。此外，還有多個感測器提供燃油壓力等信息，確保整個系統的高效率。

發動機控制模塊（ECU）不僅是高壓噴油系統的關鍵，對於燃油直噴發動機和其他各款汽車發動機的重要組成部分。目前ECU主要還是被國外企業所把持，不過這個組件在技術上已經比較成熟。部分自主品牌雖然也初步具備了ECU的製造能力，但是在軟體地匹配、執行器的可靠性等環節還有不少問題沒有解決，不過我相信它就跟汽車變速箱一樣，只要自主品牌企業突破軟體和執行器等方面的問題，它的國產化率將會大幅度提高，而這對於自主品牌車型的成本也會帶來極大的降低。

對於高壓燃油噴射系統而言，燃油壓力的大小是有一個很關鍵的問題，而在這個關鍵問題中其關鍵作用的就是高壓油泵,在低壓油泵將燃油送到高壓油泵之後，高壓油泵可以將汽油加壓到十餘兆帕的壓力（這是普通汽油泵壓力的三四十倍），並將其送入油軌。一般情況下，高壓油泵是由凸輪軸帶動，內部由雙頭或三頭凸輪進行加壓。除了這些在高雅油泵上還集成了電子油軌壓力調節器（FRP），他是一個由ECU控制的電子閥，而ECU通過脈衝寬度調節的方式控制油壓調節器，油壓調節器則是通過控制著高壓燃油泵的進氣閥來控制燃油的噴射壓力。在意外情況下，當驅動線路失效時，高壓油泵仍可以進入低壓模式，以保證發動機可以進行應急運行。

燃油在經過油泵加油后，並沒有直接進入燃燒室，它先進入到高壓油軌，由於油軌和燃燒室之間存在壓力差，所以燃油必須要經過高壓油軌將壓力穩定后才可以進入燃燒室。而位於噴嘴內部的電磁閥則可以實現對噴油量和時機的控制，這個噴油嘴的控制精度很高，再加上它的位置從進氣歧管移到了汽缸內，這種工作環境發生地變化也使得對它可靠性的要求被大大提升。

除噴油系統外，發動機的其他部件也需要針對直噴技術進行相應的改變，只有這樣才能保證發動機的高效性。表現最為突出的就要算是活塞頂部的設計了，它絕對可以算是關鍵中的關鍵。按照可燃混合器行程的控制方式，缸內直噴方式又可分為油束控制燃燒、壁面控制燃燒和氣流控制燃燒三類。

油束控制燃燒系統，噴油器被安裝在燃燒室的中央，火花塞安裝在噴油器附近，油束控制對空氣的利用率依靠油束的貫穿深度保證，而後者則受噴油器的噴油壓力控制。這種方式可以在低負荷的分層燃燒實現良好的燃油經濟性，而當發動機處於中高負荷工況時，ECU調節高壓油泵壓力，使油束貫穿深度增大，從而實現均質加濃燃燒。

在壁面控制燃燒系統中，噴油器和火花塞相隔較遠，噴油器把燃油噴入活塞凹坑中，然後依靠進氣流的慣性將油氣混合送往火花塞。為了避免噴油器的溫度過高，一般安置在進氣門側，活塞凹坑開口對向進氣門側，油氣混合后直接流向火花塞。這種類型形成混合氣的時間較長，易於形成較大區域的可燃混合氣。

在氣流控制燃燒系統中，利用輪廓特殊的活塞表面形狀形成的缸內氣流和油束相互作用。此種系統不是把油霧朝活塞的凹坑噴射，而是朝火花塞噴，特殊形狀的進氣道與噴油器呈一定的夾角，給混合氣在汽缸內一定的迴旋力，汽缸內形成的氣流使油氣不是直接噴向火花塞，而是在汽缸內形成渦流圍繞火花塞旋轉。這樣就使大部分工況都能實行恰當的混合氣充量分層和均質化。

對於擁有缸內直噴技術的發動機而言，由於它們的工作溫度相比於一般發動機要高，對於缸體和冷卻系的要求也就要高一些。現在有些新型的缸內直噴發動機採用了散熱效果更好的鋁合金缸體，在保證強度的同時，它們還採用了強化的冷去系統，使得發動機擁有了更好的熱效率。

上面我們說了很多缸內直噴發動機的優點，但它也不是完全無懈可擊。由於燃油直噴技術對於油品的要求較高，並且對於發動機的製造工藝也有著很高的要求，所以目前這種發動機還沒有被特別廣泛的使用，特別是在國內的汽車市場中。而在一汽-大眾部分車型和奧迪部分車型上所使用的缸內直噴發動機就會由於油品的問題，很容易造成噴油嘴堵塞的現象，這也成為了現在限制缸內直噴發動機發展的一大阻力。但隨著未來內燃機技術的不斷發展，有朝一日燃油直噴技術絕對可以擺脫對油品的依賴，成為同可變正時氣門/升程技術一樣被廣泛應用的發動機技術。

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