[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(rèn)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(rèn)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(rèn)知程度,，因此,，在本篇文章中就不做過多贅述了，在進(jìn)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(jì)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(jìn)而導(dǎo)致了發(fā)動機出現(xiàn)嚴(yán)重問題,，盡管在之后的改進(jìn)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(jìn)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(jì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)氣歧管上,，噴油時，燃油順著進(jìn)氣道通過氣門進(jìn)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(jìn)行了一系列對比試驗,，并最終確認(rèn)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(jìn)行記錄。

『圖片中的紅線和藍(lán)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(dá)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(yán)重,，但也遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dá)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(jìn)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(jìn)氣門積碳較嚴(yán)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(jìn)氣歧管,、進(jìn)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�作用。清洗是一方��,，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(jìn)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(jìn)氣道,、進(jìn)氣門進(jìn)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(jìn)氣門背部易形成積碳

　　相比排氣門背部,，進(jìn)氣門背部的積碳相對要嚴(yán)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(jìn)氣歧管從而通過進(jìn)氣門進(jìn)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(jìn)氣道以及進(jìn)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(yán)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)氣門形成積碳嗎,？

　　因燃油噴射技術(shù)的改進(jìn)導(dǎo)致了發(fā)動機結(jié)構(gòu)出現(xiàn)細(xì)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(jìn)入氣缸的混合氣的成分,，特此在過濾裝置上進(jìn)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(dá)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(jìn)氣歧管,、進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸也是事實）。更為關(guān)鍵的是直噴發(fā)動機在進(jìn)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(jìn)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(jìn)氣道免拆清洗的方式對進(jìn)氣道以及進(jìn)氣門進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jì)性方面相比歧管噴射發(fā)動機具有一定優(yōu)勢，為了更進(jìn)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(jìn)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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