剖析三菱GDI

随着近年燃油价格不断往上窜,汽车运行的最佳经济性也成为各大车厂不断寻求的目标。汽油直喷式是实现这一目标的途径之一,汽油机实现直喷式巳经成为一种新世纪的潮流。

汽油直喷式也称为缸内喷注,本栏目“稀燃发动机技术的发展”一文巳有介绍,本文以比较典型的三菱直喷式汽油机(简称:GDI)的工作情况为例,再做一次比较全面的介绍。在这之前,首先介绍化油器、电控喷射与直喷式等三种汽油机的不同供油方式。

化油器发动机是在进气管道的化油器位置上吸出汽油,与空气混合,雾化形成混合气,经气门进入气缸(左图);电控汽油喷射发动机是在进气歧管,气门之前的位置上喷射汽油,再经气门进入气缸(中图);直喷式汽油发动机则是直接在气缸里面喷射汽油(右图)。从而可知,世界上三种形式的汽油发动机的重大区别在于汽油出口的位置,位置不同,技术也不同。

供油方式

缸内喷注的关键在于产生与传统发动机不同的缸内气流运动状态,通过技术手段使喷射入气缸的汽油与空气形成一种多层次的旋转涡流。因此GDI采用了立式吸气口、弯曲顶面活塞、高压旋转喷射器等三种技术手段。

立式吸气口代替传统的横向吸气口,通过来自上方的强大下降气流,形成与以往发动机相反的缸内空气流动-纵向涡流转流。弯曲顶面活塞利用活塞顶的凸起形状,增强了这个纵向涡流转流,再通过高压旋转喷射器喷射出雾状汽油,在压缩冲程后期的点火前夕,被气体的纵涡流融合成球状雾化体,形成一种以火花塞为中心,由浓到稀的层状混合气状态。这样,从总体上看,虽然混合比达到40:1,但聚集在火花塞周围的混合气却很浓厚,很容易点火燃烧。

弯曲顶面活塞 在这里要特别介绍一下活塞顶的形状对缸内气流的作用。活塞在上止点位置时,活塞头顶面与气缸盖之间的间隙叫做燃烧室,燃烧室的容积是决定发动机性能的重要因素。GDI活塞顶面的凸起部分象屋顶,又称“弯曲顶面活塞”(见图),它缩小了燃烧室的容积,有助于形成强势涡流。缩小燃烧室容积必然提高了压缩比,因此GDI的压缩比达到12:1,比以往发动机高出1/3左右。压缩比提高了,缸内温度必然也随之提高,有助于稀燃。压缩比高,输出功率增大,这样也就弥补了稀燃带来的功率损失。

压缩比提高也就是说缸内压力提高了,于之配合的是高压燃料泵,用高压方式将汽油送进燃烧室内。但是,汽油的性质决定压缩比只能局限于一定的限度内,否则就会出现爆燃,为了避免这一现象,GDI分两步喷射的过程,第一步在进气冲程中喷射汽油以降低气体温度,适应高压缩比;第二步在压缩冲程后期喷射汽油,形成上面阐述过的层状混合气形态。这是一环扣一环的技术,相辅相成,缺一不可。

稀燃技术有省油的优点,但因为高压高温环境也会产生NOx(氮氧化物)排放过高的现象。GDI采用了EGR技术解决这个问题。所谓EGR是指排气再循环技术,将排出气缸已经燃烧过的部分气体利用气门重叠时间再回到气缸中,降低燃烧的最高温度从而降低NOx的排放量。据介绍GDI的NOx下降了90%,是否如此,只有环保部门的测量才能知晓了。

据三菱介绍,GDI与以往的发动机相比,扭矩提高了10%;加速性能提高5%;空载时燃料下降40%;汽车以时速40公里/小时行驶时燃料下降25%;由于GDI在中低速段比较节油,因此在市区行驶,其节油的效率十分明显。

作者:曾生
2000.10.5

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