缸内直喷技术有哪些特点?

用户4036247975117


缸内直喷技术优点就是油耗量低,升功率大。

但是缺点大于优点

缺点①

易产生积碳,直喷技术虽然提升了功率,但非常容易产生积碳,不及时清理反而更加耗油,无形中增加了用车成本

缺点②

火花塞使用寿命短,由于直喷技术需要火花塞高频次点火,火花塞寿命自然会缩短。

缺点③

维修成本高,应对直喷技术的缸内高温高压必须用适当的高级材料,所以直喷发动机成本要高于普通发动机,成本高了后期维修成本自然就高了。





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顾名思义,缸内直喷指的是直接在气缸体内进行燃油喷射,它常和进气歧管喷射相比较,后者是是将燃油喷在进气道内,主要依靠壁面温度与进气门打开时废气倒流的温度促进燃油的蒸发,从而与空气混合形成可燃混合气。

缸内直喷因为可根据进气门开启时间来控制气缸燃烧的空气量,并按照实时工况来喷出相应的燃油量,因此可以更精准地控制比例。

另外,缸内直喷能达到很高的喷射压力(最大150~200bar),这些带来的直接好处是燃油与空气的混合更均匀,燃烧更加充分,因此可降低油耗、增强动力。

不过并不是说缸内直喷就完美无缺了,缸内直喷有两个缺点:

1. 缸内直喷由于不能像进气歧管喷射一样通过汽油对气门背部进行冲刷,长时间容易导致发动机积碳严重。

除此外,在低转速、低负荷下容易发生积碳,特别是冷车的时候,汽油被直接喷射到燃烧室,容易凝结在很凉的气缸壁和活塞上燃烧不完全形成积碳。

2. 在低负荷工作时,因为气缸内混合气体中的氧气过量,容易与混合气体中的氮气发生反应,增加尾气排放。

以上是对外对比,缸内直喷技术因为喷油嘴的布局方式还分为侧装直喷和中置直喷。现在绝大部分缸内直喷技术采用的是前者,而中置直喷则是是通过安装在活塞顶部的六孔喷油嘴进行工作。

之所以后中置直喷技术出现,是因为当空气与汽油雾化混合形成工作涡流的时候,在缸内形成分层次的状态,离火花塞越近,浓度越高,而这种涡流不均匀的形态也需要进一步改善,中置直喷可以透过更精确的喷注量和更佳的雾化效果,提升燃油经济性和效能。不过中置直喷机构更复杂,是对缸盖设计和制造精度要求更高。

因为以上这些原因,一些厂商会综合缸内直喷和进气歧管喷射的特点,采用两套喷射系统。比如丰田D-4S双喷射系统拥有两套喷射系统,它在缸内直喷的喷嘴以外,还在进气歧管内设计了一个喷嘴,目的是根据车辆行驶状况,在缸内直喷与进气歧管喷射之间进行智能切换。


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缸内直喷是发动机上一项技术领先的技术,就功用来说可以提升发动机动力,降低油耗,减少排放。好的东西都会贵,为实现直喷对零部件的的要求就比较高,所以造价就会比较高。因此,缸内直喷技术也多应用于中高端车型,主要有以下特点:
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原理不同

  • 区别于传统的歧管喷射,缸内直喷直接将高压燃油直接喷射入燃烧室,从而能够更加精确的对喷油量进行控制。不仅能够降低油耗,减少排放,提升动力,对更进一步的燃油系统黑科技的实现也奠定了基础。

部件差异

  • 功能的实现基于部件的升级,缸内直喷增加了相应高压系统的零部件。高压燃油泵可将怠速时的油压提高十倍,最高油压可以达到350Bar;用于控制高压压力的量控阀,可实现对高压油压的精确调控;增加高压部分燃油压力传感器,实时将系统压力反馈给控制单元;部分车型使用压电晶体的喷油嘴,由此打开的速度更快,实现更进一步的喷油控制

黑科技


  • 基于缸内直喷和双喷射,可以实现分层燃烧和均质燃烧,进一步提升动力,降低油耗,减少排放。
  • 分层燃烧,均质燃烧
  • 不足之处

  • 故障率高,维护成本高,造价高。因为要满足复杂的高压系统,所以对零部件的要求比较高,因此零部件的价格会比较高。多增加的部件故障也会增加,像高压油泵

    ,传感器等会损坏,对于车主来说就是用车维护成本的增加。

  • 容易产生积炭,需要定期清理。因为汽油直接喷射入燃烧室,进气道及进气门缺少了汽油的冲洗,长时间的使用会在进气管道及进气门上形成很厚的一层胶质积碳,对动力油耗会造成一定影响,需要定期去进行清洗积碳,俗称“挖煤”
总的开说,缸内直喷尽管有着诸多不足,但瑕不掩瑜,缸内直喷的技术在后续的阶段还将是技术的领头羊,也是汽车技术节能减排,提升动力的一大黑科技,会逐渐由中高端向中低端普及。

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一、爆震,俗称敲缸、叫杆。爆震是引擎燃烧过程中所产生的异常燃烧现象。简单的说,“爆震”就是一种发动机不正常燃烧的现象。爆震是不正常燃烧所导致的燃烧室内压力失常。爆震时发动机会产生敲击声。轻微不连续的爆震声音相当清脆,有点类似轻敲三角铁的声音。而严重且连续的爆震时,发动机会有“哩哩哩”的声音,此时发动机也会明显的无力。

1、发动机内发生不规则的“哐哐”、“咔咔”、“当当”的金属敲击声。

2、发动机震颤。

3、发动机温度过高。

4、燃料燃烧不完全,废气中有黑烟。

5、发动机功率下降。

6、油耗增大。

7、正常行驶中,转速忽然莫名其妙的变动。

二、主要原因

1、点火角过于提前:为了使活塞在压缩上止点结束后,一进入动力冲程能立即获得动力,通常都会在活塞达到上止点前提前点火 (因为从点火到完全燃烧需要一段时间)。而过于提早的点火会使得活塞还在压缩行程时,大部分油气已经燃烧,此时未燃烧的油气会承受极大的压力自燃,而造成爆震。

2、发动机过度积碳:

发动机于燃烧室内过度积碳,除了会使压缩比增大(产生高压),也会在积碳表面产生高温热点,使发动机爆震。

3、发动机温度过高:

发动机在太热的环境使得进气温度过高,或是发动机冷却水循环不良,都会造成发动机高温而爆震。

4、空燃比不正确:

过于稀的燃料空气混合比,会使得燃烧温度提升,而燃烧温度提高会造成发动机温度提升,当然容易爆震。

5、燃油辛烷值过低:

辛烷值是燃油抗爆震的指标,辛烷值越高,抗爆震性越强。压缩比高的发动机,燃烧室的压力较高,若是使用抗爆震性低的燃油,则容易发生爆震。

三、检测维修

1、检测发动机燃烧室压力的变化;检测发动机缸体振动频率;检测混合气燃烧噪声。

2、直接检测燃烧室压力变化来检测发动机振动的测量精度较高,但传感器安装困难,且耐久性较差,一般用于测量仪器,实际应用的压力检测传感器均为间接检测式。

3、最快速且有效的抑制爆震的方法,就是延后点火提前角,降低燃烧压力。所以爆震传感器工作原理,是当侦测到发动机爆震时,就将点火提前角延后到不会爆震的点火时机,待发动机不爆震时,再慢慢的将点火提前回复。


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缸内直喷技术的特点需要对比多点电喷进行区分

汽车应全面进入缸内直喷时代,这种技术之所以能够替代传统的多点电喷,原因概述有三点。

  • 油耗更低

  • 性能更强

  • 质量同样稳定

在解析缸内直喷技术之前,首先要了解什么是多点电喷,参考下图。

左侧是单点电喷,为电喷技术初级阶段的喷油方式。从结构可以看出其喷油位置位于节气门上方,通过空气压力将雾化喷射燃油混合后送入各个气缸;但是进气歧管的长短有很大差异,这会导致短管与长管的油气混合程度有较大差异,同时进行有效燃烧的时间也会有差异。单点电喷相当于受温度影响很大的化油器有进步,但还有很大的升级空间。

多点电喷正是单点电喷的升级类型,其喷油嘴从只有一个升级到每一个进气歧管都有一个,并且位于接近气缸的位置。在这一位置雾化喷油可以通过等量的进气对燃油进行均衡且一致性的混合,燃烧的效率与单位时间内产生的热能可保证一致,也就是解决了单点电喷混合油气浓度不同的问题。多点电喷的看似已经达到了非常理想的标准,但对比缸内直喷技术又落后了。

多点电喷的喷油位置仍旧在进气歧管,喷油时需要以较低的压力喷射,防止压力过高直接将燃油喷射到管壁上。从歧管进入的空气只能将悬浮的雾化燃油带入燃烧室(气缸),而沾在管壁上的液态燃油是无法处理的。但是低压喷油又无法实现高效的雾化,可理解为低压喷油的混合油气“水颗粒较大”,在高温环境中蒸发的速度比较慢;蒸发速度慢则在点火做功时无法以更长的时间转化热能,简而言之是多点电喷发动机的扭矩会比较小,因为扭矩是依靠热能转化得来。


(N·m×RPM÷9549)×1.36=PS

N·m扭矩单位

RPM转速单位

PS为马力单位

由这一公式可以看出扭矩的重要性,在转速不变的前提下套用公式计算,其结果一定是扭矩越大输出马力越大。所以如何提升混合油气的蒸发性能,以等量燃油高效燃烧转化为更大扭矩,这是内燃机的课题。提升的方式无非是高压喷油实现高效雾化,在进气歧管不能实现的话,那就把喷油嘴挪到气缸里呗。

缸内直喷技术正是喷油嘴在气缸,在气缸内喷油可以以更高的压力喷射,即使高压会造成一定比例的燃油“湿壁”,也就是附着在缸壁或活塞上;但是更大量的燃油却能以理想的雾化实现快速蒸发与燃烧,湿壁燃油在燃烧过程中还会参与燃烧,所以缸内直喷技术可以大大提升热能与机械能的转化率——发动机扭矩的提升。


总结:缸内直喷技术的高燃效领先于多点电喷太多,但是因直喷发动机对发动机技术与材料的要求也高很多,所以这种仍然有一些低成本的多点电喷机在10万以下的量产车中使用。

说明:在质量方面虽然直喷发动机出现过一些存在机油增多问题的发动机,不过那毕竟只有本田现代长安等少数车企于不同周期出现。剩下的大量直喷增压机都有不错的质量表现,尤其是采用垂直喷油嘴解决湿壁问题的增压机,这些机器从8万级量产车开始普及,一旦制造成本可控后将会全面取代多点电喷机。




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缸内直喷(GDI),就是直接将燃油喷入气缸内与进气混合的技术。优点是油耗量低,升功率大,压缩比高达12,与同排量的一般发动机相比功率与扭矩都提高了10%。目前的劣势是零组件复杂,而且价格通常要贵。

喷射压力也进一步提高,使燃油雾化更加细致,真正实现了精准地按比例控制喷油并与进气混合,并且消除了缸外喷射的缺点。同时,喷嘴位置、喷雾形状、进气气流控制,以及活塞顶形状等特别的设计,使油气能够在整个气缸内充分、均匀的混合,从而使燃油充分燃烧,能量转化效率更高。因此有人认为缸内直喷式汽油发动机是将柴油机的形式移植到汽油机上的一种创举。

中文名称

缸内直喷

外文名称

GDI

特点

燃油直接喷入气缸内与进气混合

优点

油耗量低,升功率大

缺点

容易形成积碳


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缸内直喷,顾名思义就是直接将燃油喷入气缸内与空气混合的技术。

与传统歧管喷射的意义不同,缸内直喷将喷射压力更进一步提高,使燃油雾化更加细致,真正实现了精准地按比例控制喷油并与进气混合,同时消除了缸外喷射的缺点。

在发动机低转速低载荷时,延迟喷射,在活塞进行压缩冲程最后阶段时喷射,利用空气涡流,使燃油聚集在火花塞附近,分层燃烧实现节油的目的,但当发动机转速上去,载荷上去时,还是要提前喷射,在吸气冲程就将燃油喷射进去,使油气均匀混合燃烧。

  此外,喷嘴位置、喷雾形状、进气气流控制,以及活塞顶形状等特别的设计,使油气能够在整个气缸内充分、均匀的混合,从而使燃油充分燃烧,能量转化效率更高。相比于传统的PFI(port fuel injection歧管喷射)发动机,GDI发动机燃油消耗可减少20%到50%。

优势:

1、燃油燃烧更充分,能量转化效率更高。

2、更加精准地控制发动机进气量与喷油时机,促进节能环保。

3、缸内直喷的瞬态反应快,启动也比较快。

劣势:

1、燃烧室处于富氧环境,易产生氮氧化物。

2、燃烧温度较低,三元催化器并不能达到很好的工作温度,对有害介质的转化不完全。

3、对于油品适应能力差,汽油中的硫会毒害氮氧化物催化装置。


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缸内直喷式汽油发动机的优点是油耗低,升功率大。空燃比达到40:1(一般汽油发动机的空燃比是14.7:1),也就是人们所说的“稀燃”。机内的活塞顶部一半是球形,另一半是壁面,空气从气门冲进来后在活塞的压缩下形成一股涡流运动,当压缩行程。


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缸内直喷技术的主要特点是直接将燃油喷射在缸内,在气缸内直接与空气混合。而传统的发动机则是在进气歧管中喷油而与空气形成混合气体,然后才能进入气缸内。显然前者的技术更加先进,因为ECU(电子控制单元)可以根据吸入的空气量精确地控制燃油喷射量和喷射时间,高压燃油喷射系统可使油气的雾化与混合效率更加优异,从而导致符合理论空燃比的混合气体燃烧更加充分,有效降低油耗,提高发动机的动力性能。


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缸内直喷(GDI),就是直接将燃油喷入气缸内与进气混合的技术。优点是油耗量低,升功率大,压缩比高达12,与同排量的一般发动机相比功率与扭矩都提高了10%,喷射压力也进一步提高,使燃油雾化更加细致,真正实现了精准地按比例控制喷油并与进气混合,并且消除了缸外喷射的缺点。同时,喷嘴位置、喷雾形状、进气气流控制,以及活塞顶形状等特别的设计,使油气能够在整个气缸内充分、均匀的混合,从而使燃油充分燃烧,能量转化效率更高。因此有人认为缸内直喷式汽油发动机是将柴油机的形式移植到汽油机上的一种创举,希望能帮到你。


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