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長知識:發動機省不省油 這項技術決定大問題

2019-07-04 16:47    來源:汽車之家    字號:  

  百年發動機技術發展史,無非是一場和“燒火”的長期較量,將每一滴汽油都燃得完全,燒出動力,是汽車工程師絞盡腦汁孜孜以求的方向,為提升發動機熱效率和順應排放指標要求,越來越多先進的發動機的噴油系統問世,現如今,一款發動機的先進與否往往與其噴油系統有著直接的關系。

  

 

  為什么早期的化油器和單點電噴發動機很費油,而且只能達到國Ⅰ和國Ⅱ排放標準?原因很簡單,今天的電噴發動機節氣門后端都采用了空氣流量傳感器,噴油系統能夠根據進入發動機的空氣量噴射適量的燃油,所以進入氣缸的混合氣為最佳空燃比,燃燒相對完全。而在早期發動機上,空燃比控制方式非常粗糙,油耗高、污染大的問題在所難免。

  

 

  但無論是化油器還是電噴發動機,它們都有個共同特點:空氣和燃油都是在氣缸外混合的,這樣做的優勢是空氣和燃油能夠混合得很充分,但缺點也很明顯,那就是噴油嘴距離氣缸有一段距離,對于高速運轉的發動機而言,這段距離足以導致進入氣缸的混合氣濃度與發動機實時工況不匹配,而這也是進氣歧管噴射發動機動力響應不及缸內直噴發動機的主要原因。

  

 

  相比普通電噴發動機機采用的進氣歧管噴射,缸內直噴汽油發動機的噴油嘴安裝在氣缸內,從節氣門進入的空氣與燃油在氣缸內混合,形成混合氣被點燃作功,動力響應變得更好了。

  但相比采用進氣歧管噴射的發動機,缸內直噴發動機在技術方面卻有一項重要挑戰——缸內直噴發動機不能像普通電噴發動機那樣,混合氣形成經過進氣歧管和氣缸兩個階段,缸內直噴發動機需要燃油在氣缸內一次性充分混合,這就要求噴油嘴噴油壓力盡可能高,以便讓噴出的油滴顆粒盡可能小。

  

 

  正因為如此,缸內直噴發動機的動力性經濟性往往和噴油壓力直接相關。目前,缸內直噴發動機的噴油壓力普遍在100bar以上。而國Ⅵ標準實行后,大部分缸內直噴發動機噴油壓力需要達到200bar以上,在這一壓力下,噴射出的燃油顆粒直徑僅為20μm或更小。微小的油滴可迅速在氣缸內蒸發,從而加快混合氣的生成速率。

  

 

  通用汽車的第八代Ecotec發動機的噴油壓力高達350bar,更強的噴油壓力提供了更好的燃油霧化效果,該系統一舉將燃油顆粒直徑縮小到了8μm。

  因為缸內直噴式汽油發動機與柴油機工作方式類似,因此也人說缸內直噴是柴油機技術用于汽油機,其實就算今天的汽油發動機缸內直噴的噴油壓力已經非常高,但在柴油機的高壓共軌噴油系統面前仍然是小巫見大巫。

  

 

  以部分柴油發動機舉例,大眾1.8TDI高壓共軌噴油壓力達到1920bar,路虎2.2T高壓共軌噴油壓力為1800bar,而目最先進的高壓共軌噴油壓力已經達到了驚人的2500bar,這一噴油壓力已經和軍用步槍發射子彈時的膛壓接近,曾有工程師開玩笑說,目前的高壓共軌噴射出的燃油顆粒足夠擊穿人的手掌。

  

 

  高壓油軌看似簡單,其實為了儲存1600~2000bar的壓力,高壓油軌制造采用了頂級的熱鍛、激光焊接等工藝,但也是因為技術含量太高,全球具備高壓共軌相關配件研發生產能力的企業也就德國博世(Bosch)公司、美國的德爾福公司、意大利菲亞特集團、日本的電裝等幾家公司。

  柴油機采用高壓噴油的原因主要是柴油揮發性差,而高壓柴油通過噴射嘴上僅0.1mm的細孔噴射進入燃燒室后,原本不易揮發的柴油也可被充分霧化,今天濃煙滾滾的柴油車越來越鮮見,這離不開高壓共軌的功勞。

  

 

  縱覽噴油系統的發展,我們不難發現,日益嚴苛的環保標準和對能源利用率的極致追求是推動噴油系統發展的主要動力。在可以預見的未來,柴油機將始終作為全球工業的重要引擎,為創造更加清潔節能的新型柴油機,柴油機噴油技術也將持續迭代,而有了柴油機噴油技術的背書,未來汽油發動機或許還有很多尚待發掘的潛力。

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