缸内直喷和歧管喷射哪个更省油(还记得被歧管喷射支配的恐惧吗)
缸内直喷和歧管喷射哪个更省油(还记得被歧管喷射支配的恐惧吗)PFI的优点是,燃油雾化后有较长的时间和空间与新鲜空气混合,所以空气燃油的混合气会比较均匀地被送进燃烧室,均匀燃烧条件下,燃烧更加充分。上面是一个化油器,是中古时代的汽车上,进行燃气预混合的一种设备。因为性能局限性很大,很快就被新的技术替代了。燃油电喷射技术开始慢慢取代了老古董化油器。对于现代内燃机,主要的两种应用是歧管喷射技术(PFI)和缸内直喷技术(GDI)。PFI是用喷油嘴将燃油喷射到进气道和气门背面蒸发雾化,与通过节气门涌入的新鲜空气混合后被吸入气缸。
文/Ryan
能把汽车上的技术名称说的最溜的有两种人,汽车销售和键盘车手。
高频词汇之一就是『缸内直喷』,今天我们就来说说:
缸内直喷到底是不是一项值得拿出来吹牛的技术,以及缸内直喷被歧管喷射吊打的岁月。
上面是一个化油器,是中古时代的汽车上,进行燃气预混合的一种设备。因为性能局限性很大,很快就被新的技术替代了。
燃油电喷射技术开始慢慢取代了老古董化油器。
对于现代内燃机,主要的两种应用是歧管喷射技术(PFI)和缸内直喷技术(GDI)。PFI是用喷油嘴将燃油喷射到进气道和气门背面蒸发雾化,与通过节气门涌入的新鲜空气混合后被吸入气缸。
PFI的优点是,燃油雾化后有较长的时间和空间与新鲜空气混合,所以空气燃油的混合气会比较均匀地被送进燃烧室,均匀燃烧条件下,燃烧更加充分。
食物颗粒细小,消化更加好,一个道理。
但同时也存在一个问题,喷油量和喷油时机的直接控制性能很差,因为喷出的燃油还要经过蒸发、混合,才能被吸入燃烧室,气门关闭的时候也会阻隔一部分混合气。
这就意味着喷油嘴再灵敏,对于进入燃烧室的油量控制也是隔缸搔痒。对于新时代的发动机来说,这样的控制能力就像个不利索的老年人。
于是GDI技术渐渐成为主流方向,因为这样的供油方式实在是太爽太直接了!
◎此时一只喷油嘴低调路过
当然这也得益于机加工水平和电控水平的相应提高,因为直喷的精髓就是快、准、狠:在合适的时机,猛烈地喷出此时需要的油量。
这也带来了一个小问题,没有时间咀嚼,吃进肚子里的食物有粗有细,很多食物依然会See you tomorrow——产生燃烧不均匀和颗粒物超标的问题。
另外直喷需要很好的控制技术,大家是否还记得本田机油门,从根本上来说,就是因为北方冷启动困难时,缸内多次加量喷油积聚在缸壁上没有参与燃烧,导致刮油环把多余的汽油收集进机油油路里。
大家普遍认为缸内直喷技术是晚于歧管喷射发明的,其实最早的直喷技术是戴姆勒和博世联合开发,早在19世纪30年代就应用在航空发动机上的。
◎DB601A型汽油直喷航空发动机
最早使用GDI技术的车型也是奔驰旗下的MERCEDES-BENZ 300 SL。
那年是1954年,这一类早期的缸内直喷其实很早被提上日程,但时机仍然没有成熟。我上面说过,GDI的精髓是快准狠,由于两次世界大战爆发式增长,机械水平已经足够精进,但电控技术则是一个全新的领域,机械式的泵压喷油机构完全不能胜任控制喷油的角色。
油耗、动力、污染物(那时候其实也不控制)都没有优势的情况下,歧管喷射开始全面替代缸内直喷技术。
到了上世纪末,各国车企开始发现一件事,在电控技术和机械加工发展了这几十年后,GDI好像又能有新的诠释方式了。
但每个国家的工业侧重不一样,日本人做电控很厉害,德国人做精密加工很厉害,美国人把德国人和日本人雇佣过来两头弄,大家开始紧锣密鼓搞GDI的研发。
GDI的研发是为了一个“不可能完成的任务”,燃油经济性、环境友好度、动力需求等等要素的辩证统一只能通过提高燃效来达成,这也是目前内燃机领域主殿堂的天花板,把它拔高了,殿堂里的几根柱子才能同时提高。
一般做法是继续提高空燃比来提高燃效,而PFI的供油方式很难达到极高的空燃比,但GDI在21世纪却可以了(子技术的发展依赖母技术的进步)。
这里还要提一下,与PFI和GDI并驾齐驱的技术叫HCCI均质压燃,也就是马自达在走的路线。
看动图就能知道,缸内直喷是个细活儿。而对于直喷来说,由于没有时间来让油滴挥发成蒸汽,只有靠喷嘴直接雾化汽油来组织稀薄燃烧,而雾化的效果最终决定了燃烧特性。
受到喷射压力影响最大的是排放,除了CO上升外,其他组分尤其是颗粒物降低程度明显。这从一定程度上是在还原PFI的优势。
各有各的优势,那就合二为一。
歧管喷射 缸内直喷=取长补短,互通有无
上图是EA888 GEN3的双喷射体系,一目了然的,两套油轨两套喷油器。
这是此种双喷射的典型代表,工作模式可以总结成一段话:
低速低负荷主要低压喷射,高速高负荷主要高压直喷,启动暖机过程高压多重喷射。这也是大多数PFI GDI双喷射的主要策略——运动量小的时候吃的细吃的少,运动量大时候直接往胃里猛塞,而启动时为了保证不熄火、排放不超标,同样采用高压多重喷射。
这是一套复杂的控制逻辑,需要很高的成本来实现,目前主要搭载在售价较高的车型上。除了大众集团这款EA888 GEN3,还有丰田的D4ST 2.0T发动机(多搭载于雷克萨斯)、福特的1.5TECOBOOST、和日产的明星机型 可变压缩比VC-TURBO 2.0T。
双歧管喷射
PFI PFI=双倍的细腻和动力
◎上图来自汽车之家
如果歧管喷射太弱怎么办?那就再来一组歧管喷射!
最近的双歧管喷射的消息来自于新名爵ZS的动力总成。这套双进气歧管喷射从喷射压力和喷油位置、孔径上做了优化,更靠近燃烧室,喷射压力提高,在蒸发前就能很好的雾化。另外,由于双喷射器的设置,在高负荷工况下能输出双倍细腻的燃油颗粒混合器。
所以名爵ZS的动力表现和排放都能控制在一个比较好的水平上。
超高压缸内直喷,35MPa的意义就是一个顶俩
双喷射的做法其实就是取长补短,但如果缸内直喷能做到歧管喷射的优势会怎样?
一些对发动机研究比较深的,尤其是豪华品牌开始做超高压缸内直喷,比如宝马的B系列发动机,从N系列的20MPa喷射压力提高到了35MPa。而目前国内外大多数的直喷压力是20MPa。
几乎翻番的燃油喷射压力能以下优势:
1- 更好的雾化效果,进一步降低排放。
2- 提高喷油器的精度和一致性。
这样就不再需要两套喷油机构以及执行机构的复杂配合控制,一切从简,干净利落。
但这对加工精度和配套油轨、油泵的性能提出了更高的要求。
除了宝马的B系列发动机,最近公布使用35MPa直喷系统的厂家是上汽通用旗下的第八代动力总成。这也成为第一个正向满足国六B标准厂家,手里打出的几张重要技术牌之一。
在直喷领域,35MPa是目前最好的选择。
以后会怎样,要看母技术的发展
从技术演变来看,各种技术会交替提高性能。
直喷技术问世后由于世界范围内都没有好的电控水平,所以被歧管喷射的方式所取代,直到上世纪末三菱拿出了新的GDI技术,大家都跟进研发。甚至GDI三个字母都是三菱注册的专利,所以其他家的缸内直喷都有自己的名字。
就目前来看,GDI技术应该还是作为主路线去走的,PFI会作为辅助,或者在搭配其他发动机技术的情况下酌情使用增强版本的PFI技术(比如名爵ZS的双歧管喷射)。
所以,当汽车销售再提到“我这车是缸内直喷的”,你就回答他:
『是单纯缸内直喷,还是双喷射,那么喷射压力又是多少,喷油策略你了解吗?
你对缸内直喷一无所知!』