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汽油直喷发动机有望再受追捧(技术论坛)
顾春雨  编译
  2005年06月27日 【字号 】【留言】【论坛】【打印】【关闭

  汽油直喷发动机的优劣
  优点:1. 低油耗。 2. 在低负荷时动力性更强。
  缺点:1. 尾气控制费用高,还要添加专用设备。
         2. 所需的低硫汽油尚不能大批量供应。

    有迹象表明燃油经济性更高、排放更好的汽油直喷发动机(GDI),离消费者越来越近了!
    在德国宝马和法国PSA集团对直喷发动机的联合研究推动下,大多数的欧洲汽车生产商准备在未来几年内生产汽油直喷发动机。
  直喷发动机的发展曾历经坎坷
    直喷发动机曾经有一个坎坷的发展历程,1998年日本三菱在欧洲投放了一批直喷发动机,他们宣布这类发动机可以减少15%的燃油消耗,并且排放更干净的尾气。但是他们的数据都是基于日本的车辆使用情况得出的。
    由于欧洲和日本的车辆使用情况不同(日本主要是小负荷,而欧洲多是高速大负荷状态),当时很多欧洲用户抱怨车辆实际的节油量并没有达到15%。更糟的是在欧洲很多国家由于汽油的硫含量过高,导致吸收氮氧化物(NOx)的催化转化器无法正常工作。还有的驾驶者抱怨当他们加速时,发动机由稀薄燃烧过程到理想燃烧过程的转换非常“粗暴”。
    由于缺少低硫汽油,三菱随后撤回了欧洲的直喷发动机。2001年,PSA集团宣称由于直喷发动机的燃油经济性不能令人满意,他们已暂停直喷发动机的销售。
    虽然如此,还是有一些汽车生产厂家坚持直喷发动机的研究。戴-克集团2000年就已经在使用低硫汽油的地区,推出了他们的可稀薄燃烧的直喷发动机。2001年,德国大众和奥迪看中了直喷发动机的动力性能,启动一项汽油直喷发动机的销售计划。去年,德国宝马在它的V-12发动机上也应用了类似的技术。
    据西门子公司预测,到2008年直喷发动机在欧洲发动机市场将占到30%的份额。
  工业化的新思路
    直喷发动机的工业化思路已经产生了变化,从最初的提倡稀薄燃烧提高燃油经济性,变成了恢复理论燃烧从而提高发动机动力性上面来。工程师尽量使发动机从气多油少的稀薄燃烧到1∶1的理论燃烧,吸入更多的油气混合气。
    改变的一个重要原因是制造成本,稀薄燃烧技术需要一个专用的催化转化器来吸收NOx。但这会使每辆车增加几百美元的成本。
    “理论燃烧可以将更多的精力放在改善发动机动力性上,而不用考虑废气的后处理问题。”奥迪发动机研发负责人鲁道夫·克莱博说,“但是,你仍然需要低硫汽油。”
  更精确的油气比例
    理论燃烧需要油气混合气的油气比例更加精确,以避免不完全燃烧产生污染物。
    设计者为了使汽油能更好地雾化并在火花塞附近形成一个球状的混合油气球,他们增加了一个高压的喷油嘴并调整进气门的正时。如果能够配合增压器效果更好,因为喷射的汽油能够给进入气缸的空气降温,使雾化更加理想。
    克莱博说:“第二个好处是使发动机在低转速时反应更加敏感,当然这取决于增压的压力。”
    带机械式或废气式增压器的“动力型”直喷发动机,最多能够提高7%的燃油经济性。据宝马公司介绍,与PSA共同开发的直喷发动机,在添加增压器后能够将燃油经济性提高15%。
    许多方面都证明,汽油直喷技术与现代共轨柴油发动机有很多相似之处。其中一个共同点是,都使用共轨系统给燃油的输送和喷射增压。但是直喷发动机的压力从柴油发动机原来的580磅/英寸被提高到1595磅/平方英寸。克莱博预测汽油直喷发动机的喷射压力,有可能提高到2176磅/平方英寸。
    另一个共同点是,直喷发动机用反应速度更快的压电式喷油嘴代替柴油机的磁阀式喷油嘴完成燃油喷射。
    直喷发动机主要的零件供应商西门子公司准备在2006年生产压电式喷油嘴,德国博世公司生产电控设备、喷油嘴和油泵,日本日立公司生产油泵。
  很多问题有待解决
    但是,直喷发动机还有很多问题需要解决。一是,如何改善喷油方式使汽油能够燃烧更加彻底。多数的生产商将喷油嘴放在气缸顶部而不是侧面。垂直方向使喷油嘴和火花塞距离近一些。
    “这种方式,可以使油气更好混合,而且可以承受更高的压缩比来提高燃油经济性。”AVL的坎帕斯介绍到。
    直喷发动机除了在动力性方面的突破外,它在燃油经济性方面也与柴油发动机的表现越来越近。
    宝马的发言人说:“在美国和中国地区我们将重点开发可变气门正时和升程的直喷发动机,而在低硫地区我们将推出稀薄燃烧直喷发动机。”
    可变气门直喷发动机可以减少节气门损失(当空气流入时的摩擦)。但是,过高的成本还是直喷发动机大面积推广的障碍。大众公司宣布,他们将用经济手段补偿直喷发动机过高的成本问题。
    考虑到过高的成本问题,许多汽车生产商表示他们的入门级车型将继续使用传统的汽油发动机。但是,宝马公司却表示,他们可能在所有的汽油发动机上应用直喷技术。

    《中国汽车报》(2005年6月27日A11版)

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