如果对汽车发动机稍有关注的朋友一定知道, 如今大行其道的涡轮增压发动机, 大部分都配备了缸内直喷技术. 而各大推出涡轮增压直喷发动机的厂家, 也打着超高燃油经济性, 动力显著提升, 节能环保的旗号, 大肆宣扬旗下直喷发动机有多么厉害. 但事实真是这样吗? 直喷发动机真的这么优秀吗?
什么是缸内直喷发动机?
说简单点, 就是发动机的喷油嘴被设计在气缸内 (歧管喷射的发动机, 喷油嘴被设计在进气歧管中, 也就是在气缸进气门外面) , 当气缸内活塞向下止点运行时, 气缸吸进新鲜空气, 此时, 喷油嘴会第一次喷很少量的燃油, 使其与空气进行混合. 但因为这次喷油量很少, 达不到点燃的浓度, 所以, 当活塞向上止点运行, 压缩空气时, 喷油嘴会再一次喷油, 使其混合气体的浓度达到被点燃的条件, 这时火花塞点火, 点燃被压缩的混合气体, 产生爆炸, 推动活塞向下运行, 做功.
大家是不是觉得这种方式有毛病? 如果按照歧管内多点电喷的喷油方式, 那么空气和燃油就有足够的时间去混合, 到达气缸内时, 就能混合均匀, 使其均质燃烧. 为什么要搞个直喷, 这不是脱了裤子放屁吗?
没有分层燃烧的直喷, 都是耍流氓
下面就要引入一个新概念, 叫分层燃烧, 这是直喷发动机最核心的技术, 如果没有它, 那直喷发动机的所有优势将不复存在.
大家都知道, 内燃机最完美的空燃比是14.7:1, 即14.7份空气, 只要混合1份燃油, 即可在省油的同时. 达到最佳燃烧状态. 那么在点燃气缸内混合气时, 其实不需要整个气缸内的混合气空燃比皆为14.7:1, 而是只要在靠近火花塞附近的气体达到这个浓度即可, 火花塞点燃它附近的可燃气体后, 再引燃周边那些较为稀薄的混合气, 这同样能达到燃烧, 爆炸, 做功的目的. 而最边缘的混合气, 空燃比只有40:1甚至50:1, 大家想想, 是不是比整体14.7:1的均质燃烧省油多了? 而且燃油浓度低, 更容易被充分燃烧, 减少发动机缸内积碳, 排放更环保. 而且几乎可以不用担心发动机爆震, 那么压缩比也能相应提高, 整体提高发动机效率, 简直不要太棒.
国内的直喷, 都在耍流氓
我们都见过大众车屁股后面写的 'TSI' , 这是 '双增压+分层燃烧+缸内直喷' (是的, T是双增压, 不是涡轮增压, 这也是被国内大众阉割掉的技术, 以前1.4T的进口高尔夫旅行版, 就是双增压: 机械增压+涡轮增压) . 但是国内的大众, 包括奥迪, 甚至是有直喷发动机的厂商, 都阉割了分层燃烧, 仅是和歧管喷射同样的均质燃烧. 所以, 我们车上搭载的所谓直喷发动机, 根本没卵用!
分层燃烧是用在发动机低负载, 低速运行的工况环境下的. 这时候进气量少, 本身温度不高, 只需少量油即可达到完全燃烧, 其实对于城市工况非常有利. 但是如果分层燃烧被阉割. 那么所有工况环境下, 皆使用均质燃烧.
发动机的进气温度, 特别是搭载涡轮增压的发动机进气温度, 是非常高的. 这严重影响到了燃烧效率, 而当喷油嘴喷油时, 较冷的燃油正好能给高温高压气体降温, 起到冷却作用. 但是, 由于直喷发动机是在缸内喷油, 油气混合时间短, 必须喷更多的油, 才能达到冷却效果. 所以这会使得缸内的混合气体浓度过高, 导致的结果就是更耗油, 更容易使活塞积碳, 污染更大.
国内油品差, 直喷排放不达标
虽然分层燃烧通过燃烧较稀薄的混合气, 能实现更佳的油耗和发动机效率. 但带来了缸内温度过高, 氮氧化物增多的问题. 而目前的三元催化器的过滤速度, 完全跟不上氮氧化物的生成速度. 此时, 工程师们就在三元后段设计了一个存储氮氧化物的罐子, 在非分层燃烧的工况下, 即均质燃烧的时候, 再将其过滤掉.
但是, 这个存储罐内部又有一层金属涂层, 它是用来将残留的氮氧化物转化为氮气的, 但偏偏这种涂层遇到汽油中的硫, 就会硫化物质, 导致油耗上升, 并极大地降低转化效率, 使排放增加. 事情就是那么地凑巧, 国内的汽油, 恰恰硫含量大大超标……所以分层燃烧在国内推行受到排放上的极大限制, 变成了如今这幅不人不鬼的样子.
