现代汽油发动机燃油喷射技术综述

任宇翔

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州 545000

汽油机电控技术能够精确控制发动机在各工况下的空燃比和点火定时，改善混合气体的形成、分配与燃烧，从而降低油耗和减少有害物质排放。自20世纪60年代以来，美、德、日、韩等工业发达国家相继研发出多种汽油机电控喷射系统，目前这些技术已经很成熟;我国自20世纪90年代开始这些技术的研究，目前的技术水平还相对落后[1]。面对日益严格的排放法规，提高汽油发动机喷射系统电控化技术是我国汽车工业的重要发展方向。

1 发动机电控燃油喷射系统工作原理

电控燃油喷射系统是指由内部集成控制单元对燃油喷射量、喷射时间等进行控制的一个工作程序。汽车燃料具有挥发特性，传统的汽车控制系统将气液混合状态下的燃油通过化油器输入的方式，对可燃原料进行输出控制，但此类系统只能对燃料起到定向补给的作用，而不能精准控制各项燃料与空气的混合比例。而电控燃油喷射系统的出现，可为系统本身提供多点位的燃油输送渠道，并可对燃料的比例进行正确调节，以减少燃料在进给过程中的损耗，发挥出燃料自身的最大价值。电控燃油喷射系统一般由气体导入模块、油液喷发模块、点火装置、精细控制模块等组成。电控单元是系统内的主操控模块，在电子信号的反馈传输下，直接对点火线圈发出指令，但在指令下达前期，系统内的传感装置把当前车辆的信息传递到控制单元内进行信息核对，然后经由各模块之间的协同工作模式，为喷油器与点火器提供燃料，以保证发动机的正常运行。

2 燃油喷射技术

2.1 进气道喷射技术

随着汽车技术的发展，在追求高性能、低污染的情况下，出现了进气道燃油喷射系统（PFI）。其工作过程是将燃油喷在节气门或进气门附近，由气缸壁的高温和进气阀打开时，废气回流的温度促进形成混合气体。与传统化油器式发动机相比，进气道燃油喷射系统提高了发动机的充气效率，降低了燃油消耗和废弃排放量，在发动机的转速范围内，提高了发动机的运行稳定性。进气道喷射按喷油器的数量和位置分为单点和多点喷射。单点燃油喷射（SPI）又叫进气道总管喷射，是指在多缸发动机的多个气缸共用一个喷油器供油的喷油方式，也称集中喷射（CFI）。单点喷射结构简单，对电动燃油泵的要求低、维护简单，经济性、动力性、排放性优越，但不能保证节气门后至进气门的管壁上完全不产生油膜，也不能保证在所有的工况下保持最理想的混合气分配。多点燃料喷射（MPI）是指在发动机的每个气缸进气门前面的进气歧管上全都配备一个喷油器的喷油方式。这些喷油器由ECU控制且相互独立工作，将燃油雾化成尽可能小的颗粒，提高燃油混合气的品质。

2.2 双增压分层直喷技术(TSI)

2006年大众汽车公司推出2．0EA888系列发动机，其将涡轮增压技术与FSI巧妙地结合，推出了TSI发动机。与传统发动机相比，大众2．0TSI发动机体积、质量明显减小，在FSI技术的基础上，安装涡轮增压器和机械增压器，机械增压可以保证在怠速状态下为发动机提供增压效果，弥补了涡轮增压延时的缺点，是一种高效率的发动机增压形式。同时其凭借新一代动力学优化法，利用进气气流的分布状态降低能量损耗，使涡轮增压器能更快启动、响应反应更灵敏。在低速时产生高扭矩，并在很宽的转速范围内保持最大扭矩输出，使动力输出持续饱满。在高负荷时，通过增加进气量从而产生更高的动力，产生与大排量发动机相同甚至更优的动力性能。

2.3 分层喷射FSI技术

FSI技术是将燃料直接喷入燃烧室，喷油嘴的位置由原来的进气歧管处直接安装在了燃烧室的上方，高压电磁喷油嘴将燃油喷射时间控制在千分之一秒内。所有气缸共用一个蓄压装置——共轨系统。喷嘴对燃料供应的控制可以精确到毫秒，喷压力高达11MPa，而歧管喷射系统的喷射压力只在0．4MPa到0．6MPa之间。喷油嘴都喷射时间被控制在千分之一秒内，将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室，通过对燃烧室内特殊的几何形状，让混合气能产生较强的涡流使空气和汽油充分混合。然后使火花塞周围区域能有较浓的混合气，其他周边区域有较稀的混合气，保证了在顺利点火的情况下尽可能地实现稀薄燃烧。这就是分层燃烧的精髓所在。

2.4 火花点燃直接喷射技术

火花点燃直接喷射技术（SIDI）是由美国通用汽车研究开发的一款缸内直喷技术。SIDI用可变气门缸内直喷系统取代多点喷射燃料供给系统，将喷油器移到气缸内部，燃料通过高压雾化喷入气缸，与空气混合进行燃烧，从而实现气缸中的稀薄燃烧并提高发动机的效率。其具有较高的升功率、升扭矩，燃油经济性高、油耗低，有效降低了有害物质的排放量，减少了震动和噪声，延长了发动机的使用寿命。SIDI系列发动机还配备发动机管理模块ECM和电子可变双气门正时技术D-VVT，可以根据汽车的行驶状态实时调整燃烧模式。当汽车处于起步或低速行驶状况时，发动机电脑将控制喷油器采用分层燃烧模式，将燃油分层喷入气缸内的不同位置，确保燃料能完全燃烧；当汽车处于恒定速度行驶时，发动机电脑将控制喷油器采用均匀燃烧模式，以确保恒定的燃料燃烧效率[2]。

3 结语

汽油机在未来30年内将继续是轿车市场的主流产品，采用“软喷射”或称“喷雾引导”型缸内直喷方法可以提高平均燃油效率15%。采用均质压燃技术可以使平均燃油效率提高25%～30%，汽油机热效率提升潜力巨大。完善汽油机电控技术是车用发动机领域内研究和发展的必然方向，汽油机电控喷射系统的应用使得车用发动机的性能得到全面提升，随着汽车排放标准日益严格，电控汽油喷射技术的发展将是有效控制汽车排放污染物的有效手段。