[汽車之家 技術(shù)]  在2013年我們做了很多有關(guān)發(fā)動機獎項,、新發(fā)動機等盤點類文章（詳情請點擊），在它們之中你會發(fā)現(xiàn),，能夠入選的或新推出的發(fā)動機在某一方面技術(shù)的運用都保持了高度的統(tǒng)一,，其中燃油噴射系統(tǒng)就是個典型的例子，無論是自然吸氣發(fā)動機還是增壓發(fā)動機,，它們大多都會選用缸內(nèi)直噴技術(shù),。經(jīng)過一段時間的認知，這項技術(shù)的優(yōu)勢不言而喻,，但事情總有兩面性,，這篇文章所要聊的就是缸內(nèi)直噴技術(shù)的弊端，在看過之后,，或許能讓諸位對這個備受推崇的技術(shù)有個全新的認識,。

　　首先要說的是本文僅討論缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機，另外,，文中會涉及到缸內(nèi)直噴發(fā)動機和普通電噴（歧管噴射）發(fā)動機在尾氣排放方面的討論,，尾氣中的微粒含量是我們所關(guān)注的焦點,，盡管如此，相比那些排放不合格的柴油車,、工業(yè)排放等對環(huán)境的影響,，一輛合格的裝配缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機的汽車對環(huán)境的影響是微不足道的。

● 歷史：曾經(jīng)生不逢時

　　省油,、提高動力性能等都是缸內(nèi)直噴技術(shù)能夠給汽油發(fā)動機帶來的好處,，在此前的一些文章中我們都曾提到過（詳情請點擊），另外,，考慮到大多讀者對它的優(yōu)勢的認知程度,，因此，在本篇文章中就不做過多贅述了,，在進入正題之前,，我希望能和大家簡要的分享一段有關(guān)缸內(nèi)直噴技術(shù)的歷史，相信諸位在看過之后會不禁感嘆,，原來這一切在半個世紀前就已經(jīng)安排好了。

◆ 最初應(yīng)用于軍事

　　1917年,，一臺裝有缸內(nèi)直噴技術(shù)的汽油發(fā)動機被裝配到軍用快艇,，但因壓縮比太大（壓縮比為10）引發(fā)了氣缸工作溫度過高的情況，進而導(dǎo)致了發(fā)動機出現(xiàn)嚴重問題,，盡管在之后的改進中將壓縮比降至6,，但還是不能解決氣缸過熱的問題，最終,，試驗結(jié)果沒能令人滿意,。在之后的20年里，這項技術(shù)在不斷改進的過程中其可行性被逐漸驗證,，那時主要應(yīng)用于航空領(lǐng)域,，我們熟悉的幾家德國公司如寶馬、奔馳,、博世,、西門子等均投入了研發(fā)力量。

◆ 第一輛裝配缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機的量產(chǎn)車

　　在汽車領(lǐng)域,，缸內(nèi)直噴技術(shù)出現(xiàn)在汽油發(fā)動機并投入量產(chǎn)也已經(jīng)是半個多世紀以前的事了,。起初是博世公司和Gutbrod公司聯(lián)合研發(fā)的缸內(nèi)直噴二沖程汽油發(fā)動機，最大功率約28馬力,，最大扭矩為58�,！っ住＿@臺發(fā)動機在1951年舉辦的法蘭克福車展上亮相,，隨后進入量產(chǎn)階段,。

◆ 除了鷗翼車門,，奔馳300SL還給我們留下了什么？

　　在Kurt Schnauffer撰寫的一份報告中,，他明確指出汽油缸內(nèi)直噴技術(shù)在四沖程發(fā)動機上的可行性,，相比化油器，它可以獲得更好的燃燒效果,，但二沖程發(fā)動機并不適合使用這項技術(shù),。

　　基于此前的工作經(jīng)驗以及二沖程缸內(nèi)直噴發(fā)動機的案例，奔馳于1952年開始研發(fā)一臺排量為3.0升的缸內(nèi)直噴四沖程汽油發(fā)動機,，這臺發(fā)動機的噴油壓力約為45bar（現(xiàn)在的福特2.0升EcoBoost缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機的噴油壓力在150bar左右）,，經(jīng)過后續(xù)一系列裝車驗證后，最終進入裝配量產(chǎn)車階段,，可以說,，這才算是開啟了車用缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機的先河，而這個“奠基人”就是大名鼎鼎的奔馳300SL,。通過兩輛奔馳300SL的對比（分別裝配缸內(nèi)直噴和化油器技術(shù)）發(fā)現(xiàn),，裝配缸內(nèi)直噴發(fā)動機的奔馳300SL不僅油耗更低，發(fā)動機的最大功率也提高了約10%,，而且發(fā)動機在低速時具有很好的響應(yīng)能力,。

◆ 是生是滅，這都是歷史的選擇

　　不過,，正如諸位所看到的現(xiàn)狀,，如今的汽車發(fā)動機領(lǐng)域，缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機技術(shù)只不過是近幾年才出現(xiàn)在人們面前,，而那段歷史也告訴了我們,，這并不是一個新誕生的技術(shù)，說車企是在炒歷史的冷飯也不為過,。那缸內(nèi)直噴技術(shù)為什么沒能從誕生那天起就被一直延續(xù)下來呢,？

　　事實上，在奔馳將這種技術(shù)的發(fā)動機裝配量產(chǎn)車后的20年里,，眾多廠商仍舊不懈地改進這種發(fā)動機,，使其省油的優(yōu)勢被充分發(fā)揮，的確,，缸內(nèi)直噴技術(shù)可降低發(fā)動機的燃油消耗水平,，但成本卻不及同期逐步發(fā)展的采用歧管噴射的汽油發(fā)動機，而導(dǎo)致缸內(nèi)直噴技術(shù)被塵封的一個重要原因是當(dāng)時低廉的汽油價格,。顯然,，省油的優(yōu)勢并不能在當(dāng)時那個使用環(huán)境下凸顯出來，因此,，歧管噴射方式的汽油發(fā)動機開始大行其道,。

◆ 歧管噴射什么樣,？

　　現(xiàn)在,，面對汽油價格的壓力以及排放法規(guī)的壓力,，缸內(nèi)直噴技術(shù)重回人們視線，但回歸之后,，所謂的新技術(shù)看似美好,，但經(jīng)過一段時間的推廣及使用后，人們開始發(fā)現(xiàn)它帶來的一些新麻煩,。

● 對于霧霾的影響 

　　此前,，有關(guān)霧霾與直噴發(fā)動機之間一直有著不太和諧的聲音，有人指出缸內(nèi)直噴系統(tǒng)由于燃油從霧化向氣化過渡時并不具備充分的時間和空間條件（相比歧管噴射而言）,，以此在排放尾氣中會含有大量的微粒（PM2.5是微粒的一種,，微粒直徑在2.5微米以下）。

　　以上說法是根據(jù)缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)推斷而來,，直觀來看,，歧管噴射系統(tǒng)的噴油嘴固定在進氣歧管上，噴油時,，燃油順著進氣道通過氣門進入氣缸,，在這途中也就為處于油氣混合狀態(tài)的燃油提供了一定時間去完成霧化向氣化的過渡。

　　再來看缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),，噴油嘴直接固定向氣缸內(nèi)噴油，雖然在高壓泵的驅(qū)使下,，燃油的霧化能力更好,，但由于燃油直接噴入高溫狀態(tài)的氣缸內(nèi)，致使留給燃油汽化的時間很短促,，這也就為排放更多微粒創(chuàng)造了條件,。

　　近日，日本環(huán)境機構(gòu)圍繞這個問題進行了一系列對比試驗,，并最終確認了采用缸內(nèi)直噴技術(shù)的發(fā)動機比歧管噴射技術(shù)發(fā)動機排放出的微粒濃度要高的這一說法，換句話說，同級別的兩輛車,，搭載直噴發(fā)動機的汽車在排放方面要比采用歧管噴射發(fā)動機的汽車排放出更多的微粒,因此,，也就成了霧霾天氣的一個原因。

　　試驗共使用了3輛汽車,，其中,，一輛為2011年款搭載了直噴發(fā)動機的日系車型，另一輛為2007年款相同車型,，但搭載了一臺普通電噴（歧管噴射）發(fā)動機,，有意思的是,，在這項測試中，他們還找來了一輛2011年款搭載缸內(nèi)直噴發(fā)動機的歐洲車,。遺憾的是,，試驗機構(gòu)并未公布具體車型。

　　試驗方以“JC08模式”分析了這三款車的排放質(zhì)量,，包括尾氣中的微粒個數(shù)和微粒直徑分布進行記錄,。

『圖片中的紅線和藍線分別是2014年開始執(zhí)行以及2017年開始執(zhí)行的歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)』

　　通過圖片我們可以看到采用不同噴射技術(shù)的兩輛日系車之間在微粒個數(shù)方面有著超過10倍的差距，而相比日系直噴發(fā)動機汽車,，來自歐洲的直噴發(fā)動機汽車在這方面的表現(xiàn)則要更差些,，達到日系直噴發(fā)動機汽車的5倍。盡管如此,，這樣的結(jié)果也是相對于各階段的排放標(biāo)準(zhǔn)得出的,。

　　通過這一試驗，在一定程度上也驗證了相比歧管噴射發(fā)動機,，直噴發(fā)動機汽車對霧霾環(huán)境造成更大影響的說法（毫無疑問,，工業(yè)排放也是導(dǎo)致霧霾的重要原因），至于日系和歐系哪個派別的直噴發(fā)動機對霧霾天氣影響更大,，經(jīng)過兩款車的測試顯然不能妄下定論,。

　　盡管缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機比普通電噴（歧管噴射）發(fā)動機在微粒排放方面嚴重，但也遠遠不及搭載柴油發(fā)動機的大貨車,，特別是那些冒著黑煙的排放不達標(biāo)的柴油車更是對環(huán)境不利,。

　　這項試驗僅是對汽車尾氣中微粒一項進行測試，但如果綜合來看,，缸內(nèi)直噴技術(shù)仍舊可以幫助發(fā)動機優(yōu)化尾氣質(zhì)量,，相比歧管噴射技術(shù)，在油耗以及動力性能方面都有一定優(yōu)勢,，這也是歷史再次選擇缸內(nèi)直噴技術(shù)的一個重要原因,。

● 缺少自清潔能力致使進氣門積碳較嚴重

　　首先要說的是,，積碳是發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中不可避免的一種現(xiàn)象,，但對于一臺缸內(nèi)直噴發(fā)動機而言，燃油噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也會對積碳的形成產(chǎn)生影響,，從而出現(xiàn)發(fā)動機動力下降,，油耗升高等問題。

◆ 積碳一般都在哪,？

　　一般情況下,，節(jié)氣門、進氣歧管,、進氣門,、氣缸,、噴油嘴等處都會形成積碳，按照一定的保養(yǎng)周期采用免拆清洗的方式可以起到適當(dāng)?shù)那宄�作��,。清洗是一方面,，我們寄希望于發(fā)動機在運轉(zhuǎn)過程中可以盡可能地抑制積碳的“滋生”，油品質(zhì)量是個重要的因素,，此外,，發(fā)動機能對此做什么呢？

　　噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化也導(dǎo)致了兩種發(fā)動機在積碳形成部位方面有所不同，例如進氣門,。事實上,，汽油也是很好的積碳清洗劑（有機溶劑），歧管噴射發(fā)動機在運轉(zhuǎn)的情況下,，噴油嘴噴出的汽油通過進氣道,、進氣門進入氣缸，在這個過程中,，汽油可順帶對這些部位起到清洗作用,，而缸內(nèi)直噴發(fā)動機由于噴油嘴直接探入氣缸，因此,，也就沒有這項“自清潔”功能,。

◆ 為什么進氣門背部易形成積碳

　　相比排氣門背部，進氣門背部的積碳相對要嚴重些,。曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)是一大誘因,，機油蒸汽會被引入到進氣歧管從而通過進氣門進入氣缸燃燒，由于先期機油和機油蒸汽分離不徹底,，就會有少量的機油摻雜其中，附著在進氣道以及進氣門背部的機油在高溫的作用下形成了積碳,，在缺少“自清潔”能力的條件下,，積碳就會更為嚴重。反觀排氣門部位,，受到高溫和排氣氣流作用,，其形成積碳的壓力本身就比進氣門要小。

　　由此看來,，對于缺少“自清潔”能力的缸內(nèi)直噴發(fā)動機來說,，進氣門背部的積碳問題關(guān)鍵在于曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)，但它是維持發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),，因此,，唯有對曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)進行再度優(yōu)化,。

◆ 為什么曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)很重要

　　發(fā)動機（往復(fù)活塞式內(nèi)燃機）在運轉(zhuǎn)過程中，燃燒室內(nèi)形成的高壓氣體會通過活塞環(huán)竄入曲軸箱,，這就會導(dǎo)致曲軸箱內(nèi)部的壓力出現(xiàn)升高趨勢,，如不加以控制，這種情況將直接影響到發(fā)動機潤滑系統(tǒng),，因此,，需要依靠曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)不斷地將竄入曲軸箱的混合氣導(dǎo)出，為了滿足環(huán)保的要求,，混合氣必須送入氣缸進行再次燃燒,。

◆ 發(fā)動機研發(fā)時沒有考慮曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)易導(dǎo)致進氣門形成積碳嗎？

　　因燃油噴射技術(shù)的改進導(dǎo)致了發(fā)動機結(jié)構(gòu)出現(xiàn)細微變化,，在研發(fā)以及驗證階段,，工程師一定考慮到了這個問題。燃油噴射技術(shù)的提升對于發(fā)動機整體的素質(zhì)有了更高的要求,，我們還是把焦點放在曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)環(huán)節(jié),。

　　早期的發(fā)動機對于曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)回收來的混合氣（夾雜機油蒸汽）沒有太多限制，基本是直接送入氣缸燃燒,，之后為了控制通過這條途徑進入氣缸的混合氣的成分,，特此在過濾裝置上進行優(yōu)化，從原先的單向閥到之后的迷宮式,、旋風(fēng)式,、離心力式等油氣分離器，為了達到更好的分離效果,，還有采用兩種或三種分離器相結(jié)合使用的情況,，它們都是為了將混合氣中的機油盡可能的分離并送回發(fā)動機潤滑系統(tǒng)，其余氣體送入氣缸燃燒,。

　　盡管如此,，無論是使用性能更好的離心式油氣分離器，還是使用兩種甚至三種分離器組合成一套油氣分離系統(tǒng),，還是無法保證機油和機油蒸汽徹底分離,，這也就意味著被送入氣缸燃燒的混合氣中夾雜一定的機油（哪怕是極少的含量，機油通過進氣歧管,、進氣門進入氣缸也是事實）,。更為關(guān)鍵的是直噴發(fā)動機在進氣門處缺少了“自清潔”的能力，這也就給積碳的形成創(chuàng)造了條件,。

◆ 有了積碳怎么辦,？

　　由此看來，除一般情況下生成的積碳外，對于缸內(nèi)直噴發(fā)動機而言,，進氣門背部的積碳確實比較棘手,，既然不可避免，那就只能依靠有針對的清洗才能將其清除了,。通常情況下,，我們可以采用進氣道免拆清洗的方式對進氣道以及進氣門進行清洗，相比普通電噴（歧管噴射）發(fā)動機,，積碳的清洗周期可能要視具體使用狀況縮短（對于缸內(nèi)直噴發(fā)動機而言,，向油箱加注汽油添加劑只能對油路以及氣缸內(nèi)起到清潔作用，但對于進氣門背部的清潔作用微乎其微）,。之后,，我們會有專門的文章來講積碳清洗的內(nèi)容。

編輯總結(jié)：

　　毫無疑問,，在新能源技術(shù)尚未成熟之時,，我們只能通過對現(xiàn)有成熟技術(shù)進行優(yōu)化來滿足當(dāng)下需求，在油耗和排放法規(guī)的驅(qū)使下,，歷史又一次為汽油發(fā)動機選擇了缸內(nèi)直噴技術(shù),，它的推廣在汽油發(fā)動機的發(fā)展過程中起到了關(guān)鍵的作用，通過對噴油量的精確控制以及發(fā)動機工況的管理,，帶有缸內(nèi)直噴技術(shù)的汽油發(fā)動機在燃油經(jīng)濟性方面相比歧管噴射發(fā)動機具有一定優(yōu)勢,，為了更進一步提高發(fā)動機效率，與增壓技術(shù)的結(jié)合在當(dāng)下已成為黃金組合,。

　　不過,，就像本文中提到的這兩個弊端。雖然油耗更低,，但尾氣中微粒的含量卻高于歧管噴射發(fā)動機,，另外，進氣門積碳的問題確實困擾了一部分車主,。當(dāng)然,，人們并不會因此而懷疑這項技術(shù)的優(yōu)勢，更全面的了解它也沒什么不好的,。隨著各國排放法規(guī)的逐步提高以及發(fā)動機技術(shù)的再完善,，相信缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機的優(yōu)勢會越來越凸顯。（圖/文 汽車之家 李博旭）

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