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- 为什么汽油机不能像柴油机一样实现缸内2000bar 左右喷射的压力?
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l*****a
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高压喷射需要付出代价,首先2000bar的喷射压力所需的高压油泵、油轨、喷油器造价
不菲,会导致成本大幅上升;其次维持高压油泵运转所需的能量来自发动机本身,这增
加了发动机附件消耗,导致燃油经济性的下降。 所以如果低压喷射可以维持
良好的燃烧状况,满足燃油经济性、动力性和尾气排放标准的要求,那么工程师们自然
是乐意采用低压喷射的。 对于汽油机,无论是进气道喷射还是缸内直喷,低
压喷射都足以满足上述要求。汽油机燃料喷射和燃料燃烧是完全分开的,可以单独控制
的,这也就意味着燃料喷射和燃烧之间可以有很长一段时间(将近两个活塞冲程)。汽
油有足够的时间蒸发、与空气混合,加之汽油本身易挥发,所以在压缩冲程结束时混合
气已经混合均匀,此时火花塞点火,火焰自火花塞处向外传播直至燃尽所有混合气。
而对于柴油机,低压喷射无法满足上述要求。柴油机依靠缸内空气压缩产生的
高温高压气体使燃料燃烧,或称为压燃。这一特性导致柴油的喷射与点燃无法分开,只
要柴油被喷入气缸,与高温气体接触的柴油就会立即燃烧。由此带来的问题是,柴油与
空气混合时间极短,而柴油本身平均分子量交大,不易混发,这两个因素导致柴油与空
气混合十分不均匀,由于混合不均,高温且缺少氧气的区域就会产生大量颗粒物,肉眼
所见的黑烟即是较大的颗粒物。高压喷射一定程度上解决了该问题,首先,有了高压燃
油,在一定时间内喷射等量燃油的情况下,喷油器油孔的直径可以大幅减小(减小直径
会导致阻力上升,因此需要提高燃油压力),油束更细,更易与空气混合;其次高压小
孔下喷射的油束动量更大,射入空气时产生的扰动也更大,加剧局部混和;高速运动的
油束同时带动整个燃烧室内的空气运动,增强了缸内流体整体的运动,进一步加剧整体
混合。此外,混合更均匀会带来更快的燃烧,更快的放热速度,也就意味着更高的温度
,更高的温度则有助于颗粒物形成后在燃烧末尾阶段被氧化掉。由此,增加喷油压力可
以明显降低颗粒物的排放,更充分的燃烧也意味着更好的燃油经济性。同时增加喷油压
力还可以缩短喷油时间,实现多次喷射,多次喷射不仅有助于降低颗粒物排放,也有助
于降低氮氧化物排放和噪声。 提高喷油压力也有一定弊端,由于混合更均匀
,燃烧速度会更快,缸内峰值温度更高,会产生更多的氮氧化物排放。 对于
缸内直喷汽油机来讲,提高喷射压力对于减少颗粒物的排放也是有好处的(是的,GDI
会产生颗粒物排放,只是颗粒物直径很小,肉眼难见)。随着对汽油机颗粒物排放标准
的提高,汽油喷射的压力近年来也有提高的趋势,400bar的汽油直喷系统已经量产(直
喷技术走向普及与升级路)。至于汽油GDI高压喷射导致的燃油喷到缸壁和活塞上的问
题,未做探究并不了解。但汽油润滑性较差,无法为高压喷油器和油泵提供良好润滑的
确是阻止其提高喷射压力的一个障碍。
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