GDI或成為摩托車發展趨勢 川崎燃油雙噴發動機專利解析

GDI或成為摩托車發展趨勢 川崎燃油雙噴發動機專利解析

日本專利局的文件顯示,川崎對雙燃料噴射技術(包括端口噴射和直接噴射)的探索如圖所示。在過去的幾年中,直接燃油噴射已成為汽車發動機技術的主要內容,儘管我們仍在等待它實現向兩個車輪的飛躍,但是越來越多的證據表明摩托車燃油噴射技術正在發展。

去年,本田公司為新一代直噴非雙發動機申請了專利,現在川崎似乎正隨著其直噴系統相關專利申請的發佈而大行其道。

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汽油直噴已經在汽車中使用了很多年,而本田和川崎最近正在研究其發展,它可能很快就會出現在摩托車上。

在深入探討細節之前,值得注意的是,直接噴射(汽油直接噴射或GDI)在其他類型的發動機中已經存在了數十年。最早的GDI航空發動機原型機,出現在第一次世界大戰期間,第二次世界大戰期間,許多德國飛機都使用了該技術,包括Messerschmitt Bf109和Focke-Wulf Fw190。此後不久便轉移到汽車上,最初是在1951年的二衝程Gutbrod Superior上,1955年在Mercedes 300SL上達到了四衝程。在摩托車上,該技術已經過兩次衝程的嘗試,尤其是著名的Bimota V Due,並且最初計劃在Motus MST上使用。但是,在生產版本推出之前,該公司恢復了傳統的進氣道噴射功能,因此我們仍在等待這項技術達到客戶可使用的四衝程摩托車水平。

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進氣道噴射會在到達進氣門之前向空氣中添加燃料,從而在進入燃燒室之前給它們提供了足夠的混合時間。

直接噴射和常規進氣道燃料噴射都有其自身的優點和缺點,幾乎所有現代摩托車都使用進氣道噴射,將燃料添加到進氣門上游的空氣中。這意味著汽油和空氣在到達燃燒室並被火花塞點燃之前有足夠的時間混合。燃油還有助於冷卻進氣,從而使其密度更高,因此在進氣衝程期間會有更多的空氣燃料混合物被吸入氣缸。

這一切都很好,但是對於試圖最大程度地減少排放,並從每一滴燃料中榨取每一個最後的功率的工程師來說,端口注入已成為一個越來越大的問題。值得注意的是,現代高性能發動機通常會使用大量的氣門重疊裝置,當進氣門在排氣門關閉之前打開時,確保有時間逸出廢氣併為汽缸補充新的氣。為了以很高的轉速實現這一目標,需要大量的氣門重疊,但這意味著當發動機沒有在峰值轉速下運行時,未燃燒的燃油有機會通過排氣閥關閉。可變氣門正時是旨在解決該問題的一種技術,而直接噴射則是另一種技術。

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直接噴射到燃燒室中可避免未燃燒氣體逸出的問題,並允許使用稀薄的空氣燃料混合物以提高性能。

通過在排氣門關閉後直接向燃燒室添加燃料,而不是在進氣進入氣缸之前將其與進氣混合,GDI可以繞過未燃燒氣體通過排氣逸出的問題。更好的是,注入氣缸的燃料有助於冷卻活塞和燃燒室,從而有助於防止爆震。反過來,這意味著可以使用更稀薄的混合氣,從而改善經濟性,動力和排放性能。

有缺點,首先你會失去進氣口的增壓冷卻效果,因此進入氣缸的空氣密度將降低。在將燃料直接噴入氣缸與火花塞點燃之間的極短時間內,說服燃料將霧化並與進氣充分混合是一個真正的挑戰。這就是為什麼在轉速達到7,000 rpm的汽車上不難找到GDI的原因,但在轉速高兩倍的摩托車上還沒有出現GDI。

轉速問題正在克服,現代F1發動機採用巨大的燃油壓力和巧妙設計的噴油器,可以直接噴射並達到與摩托車一樣高的轉速,從而解決了使燃油與空氣混合得足夠快的問題。

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專門的噴射器旨在解決直接噴射情況下短時間內燃料與空氣完全混合的問題。

川崎的解決方案

川崎的新專利表明,它希望通過製造同時使用兩種系統的發動機,來獲得最佳的進氣和直接燃油噴射效果。

這不是一個全新的想法,包括豐田在內的汽車公司已經開發出具有所謂“雙重”噴射功能的發動機,該個概念有很多好處。

首先,這意味著需要映射發動機管理計算機的範圍,以根據節氣門開度和發動機轉速改變其使用噴射器的方式。混合使用這兩種方法,可以保留進氣口的增壓冷卻特性,並獲得降低的直接噴射燃燒室溫度。這個想法還意味著,可以使用進氣道噴射器產生非常稀薄的混合物,該混合物均勻分佈在燃燒室周圍,然後使用直接噴射器在火花塞周圍添加一個濃混合氣區域,以幫助點燃它。

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川崎正在考慮製造同時使用進氣道和直接噴射的發動機。

川崎的專利顯示了該系統可用於正常吸氣和增壓四缸發動機。就像去年提交的本田專利一樣,增加直接噴射意味著需要第二臺高壓燃油泵,川崎的解決方案與本田的解決方案相同,即使用排氣凸輪軸驅動機械高壓泵來提高壓力。到直接噴油器。根據該專利,由傳統電動泵供油的進氣口噴射器在44 psi(3 bar)下運行,而直接噴射器在1,450 psi(100 bar)下運行。對於GDI系統而言,這實際上是非常低的壓力,一些生產系統在大約2,900 psi(200 bar)的壓力下運行,F1發動機可以使用高達7,250 psi(500 bar)的壓力。

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這些圖顯示了該組合系統用在通常吸氣和增壓的四缸發動機上,並帶有用於直接噴射的第二個燃油泵。

儘管僅存在專利申請並不能保證一項技術能夠投入生產,但GDI在四輪驅動中占主導地位的速度表明,一旦零部件價格下降和排放標準提高,GDI也會在摩托車中迅速普及,雙噴系統成為最佳解決方案的地方,川崎和本田顯然都為即將到來的時刻做好了準備。


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