[汽車(chē)之家 技術(shù)]  在2013年我們做了很多有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)獎(jiǎng)項(xiàng),、新發(fā)動(dòng)機(jī)等盤(pán)點(diǎn)類(lèi)文章（詳情請(qǐng)點(diǎn)擊），在它們之中你會(huì)發(fā)現(xiàn),，能夠入選的或新推出的發(fā)動(dòng)機(jī)在某一方面技術(shù)的運(yùn)用都保持了高度的統(tǒng)一,，其中燃油噴射系統(tǒng)就是個(gè)典型的例子，無(wú)論是自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)還是增壓發(fā)動(dòng)機(jī),，它們大多都會(huì)選用缸內(nèi)直噴技術(shù),。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的認(rèn)知，這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)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(guò)之后,，或許能讓諸位對(duì)這個(gè)備受推崇的技術(shù)有個(gè)全新的認(rèn)識(shí),。

　　首先要說(shuō)的是本文僅討論缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，另外,，文中會(huì)涉及到缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)和普通電噴（歧管?chē)娚洌┌l(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)，盡管如此,，相比那些排放不合格的柴油車(chē)、工業(yè)排放等對(duì)環(huán)境的影響,，一輛合格的裝配缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車(chē)對(duì)環(huán)境的影響是微不足道的,。

● 歷史：曾經(jīng)生不逢時(shí)

　　省油、提高動(dòng)力性能等都是缸內(nèi)直噴技術(shù)能夠給汽油發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)的好處,，在此前的一些文章中我們都曾提到過(guò)（詳情請(qǐng)點(diǎn)擊）,，另外，考慮到大多讀者對(duì)它的優(yōu)勢(shì)的認(rèn)知程度,，因此,，在本篇文章中就不做過(guò)多贅述了，在進(jìn)入正題之前,，我希望能和大家簡(jiǎn)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(guò)之后會(huì)不禁感嘆，原來(lái)這一切在半個(gè)世紀(jì)前就已經(jīng)安排好了。

◆ 最初應(yīng)用于軍事

　　1917年,，一臺(tái)裝有缸內(nèi)直噴技術(shù)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)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(guò)高的情況，進(jìn)而導(dǎo)致了發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)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(guò)熱的問(wèn)題，最終,，試驗(yàn)結(jié)果沒(méi)能令人滿意,。在之后的20年里，這項(xiàng)技術(shù)在不斷改進(jìn)的過(guò)程中其可行性被逐漸驗(yàn)證,，那時(shí)主要應(yīng)用于航空領(lǐng)域,，我們熟悉的幾家德國(guó)公司如寶馬、奔馳,、博世,、西門(mén)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(dòng)機(jī)的量產(chǎn)車(chē)

　　在汽車(chē)領(lǐng)域,，缸內(nèi)直噴技術(shù)出現(xiàn)在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)并投入量產(chǎn)也已經(jīng)是半個(gè)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(dòng)機(jī)，最大功率約28馬力,，最大扭矩為58�,！っ住＿@臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在1951年舉辦的法蘭克福車(chē)展上亮相,，隨后進(jìn)入量產(chǎn)階段,。

◆ 除了鷗翼車(chē)門(mén)，奔馳300SL還給我們留下了什么,？

　　在Kurt Schnauffer撰寫(xiě)的一份報(bào)告中,，他明確指出汽油缸內(nèi)直噴技術(shù)在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)并不適合使用這項(xiàng)技術(shù)。

　　基于此前的工作經(jīng)驗(yàn)以及二沖程缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的案例,，奔馳于1952年開(kāi)始研發(fā)一臺(tái)排量為3.0升的缸內(nèi)直噴四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī),，這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的噴油壓力在150bar左右），經(jīng)過(guò)后續(xù)一系列裝車(chē)驗(yàn)證后,，最終進(jìn)入裝配量產(chǎn)車(chē)階段,，可以說(shuō)，這才算是開(kāi)啟了車(chē)用缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的先河,，而這個(gè)“奠基人”就是大名鼎鼎的奔馳300SL,。通過(guò)兩輛奔馳300SL的對(duì)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(dòng)機(jī)的奔馳300SL不僅油耗更低，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率也提高了約10%,，而且發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)具有很好的響應(yīng)能力,。

◆ 是生是滅，這都是歷史的選擇

　　不過(guò),，正如諸位所看到的現(xiàn)狀,，如今的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)只不過(guò)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(gè)新誕生的技術(shù)，說(shuō)車(chē)企是在炒歷史的冷飯也不為過(guò),。那缸內(nèi)直噴技術(shù)為什么沒(méi)能從誕生那天起就被一直延續(xù)下來(lái)呢,？

　　事實(shí)上，在奔馳將這種技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配量產(chǎn)車(chē)后的20年里,，眾多廠商仍舊不懈地改進(jìn)這種發(fā)動(dòng)機(jī),，使其省油的優(yōu)勢(shì)被充分發(fā)揮，的確,，缸內(nèi)直噴技術(shù)可降低發(fā)動(dòng)機(jī)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?chē)娚涞钠�油發(fā)動(dòng)機(jī)，而導(dǎo)致缸內(nèi)直噴技術(shù)被塵封的一個(gè)重要原因是當(dāng)時(shí)低廉的汽油價(jià)格,。顯然,，省油的優(yōu)勢(shì)并不能在當(dāng)時(shí)那個(gè)使用環(huán)境下凸顯出來(lái)，因此,，歧管?chē)娚浞绞降钠�油發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始大行其道,。

◆ 歧管?chē)娚涫裁礃樱?/p>

　　現(xiàn)在,，面對(duì)汽油價(jià)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(guò)一段時(shí)間的推廣及使用后，人們開(kāi)始發(fā)現(xiàn)它帶來(lái)的一些新麻煩,。

● 對(duì)于霧霾的影響 

　　此前，有關(guān)霧霾與直噴發(fā)動(dòng)機(jī)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(guò)渡時(shí)并不具備充分的時(shí)間和空間條件（相比歧管?chē)娚涠�言��,，以此在排放尾氣中�?huì)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(shuō)法是根據(jù)缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)推斷而來(lái),，直觀來(lái)看，歧管?chē)娚湎到y(tǒng)的噴油嘴固定在進(jìn)氣歧管上，噴油時(shí),，燃油順著進(jìn)氣道通過(guò)氣門(mén)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(shí)間去完成霧化向氣化的過(guò)渡。

　　再來(lái)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(shí)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(jī)構(gòu)圍繞這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了一系列對(duì)比試驗(yàn)，并最終確認(rèn)了采用缸內(nèi)直噴技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)比歧管?chē)娚浼夹g(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)排放出的微粒濃度要高的這一說(shuō)法,，換句話說(shuō),，同級(jí)別的兩輛車(chē)，搭載直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車(chē)在排放方面要比采用歧管?chē)娚浒l(fā)動(dòng)機(jī)的汽車(chē)排放出更多的微粒,因此,，也就成了霧霾天氣的一個(gè)原因,。

　　試驗(yàn)共使用了3輛汽車(chē)，其中,，一輛為2011年款搭載了直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的日系車(chē)型,，另一輛為2007年款相同車(chē)型，但搭載了一臺(tái)普通電噴（歧管?chē)娚洌┌l(fā)動(dòng)機(jī),，有意思的是,，在這項(xiàng)測(cè)試中，他們還找來(lái)了一輛2011年款搭載缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的歐洲車(chē),。遺憾的是,，試驗(yàn)機(jī)構(gòu)并未公布具體車(chē)型。

　　試驗(yàn)方以“JC08模式”分析了這三款車(chē)的排放質(zhì)量,，包括尾氣中的微粒個(gè)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(kāi)始執(zhí)行以及2017年開(kāi)始執(zhí)行的歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)』

　　通過(guò)圖片我們可以看到采用不同噴射技術(shù)的兩輛日系車(chē)之間在微粒個(gè)數(shù)方面有著超過(guò)10倍的差距，而相比日系直噴發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē),，來(lái)自歐洲的直噴發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)在這方面的表現(xiàn)則要更差些,，達(dá)到日系直噴發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)的5倍。盡管如此,，這樣的結(jié)果也是相對(duì)于各階段的排放標(biāo)準(zhǔn)得出的,。

　　通過(guò)這一試驗(yàn)，在一定程度上也驗(yàn)證了相比歧管?chē)娚浒l(fā)動(dòng)機(jī),，直噴發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)對(duì)霧霾環(huán)境造成更大影響的說(shuō)法（毫無(wú)疑問(wèn),，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(gè)派別的直噴發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)霧霾天氣影響更大，經(jīng)過(guò)兩款車(chē)的測(cè)試顯然不能妄下定論,。

　　盡管缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)比普通電噴（歧管?chē)娚洌┌l(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的大貨車(chē)，特別是那些冒著黑煙的排放不達(dá)標(biāo)的柴油車(chē)更是對(duì)環(huán)境不利,。

　　這項(xiàng)試驗(yàn)僅是對(duì)汽車(chē)尾氣中微粒一項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試,，但如果綜合來(lái)看，缸內(nèi)直噴技術(shù)仍舊可以幫助發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化尾氣質(zhì)量,，相比歧管?chē)娚浼夹g(shù),，在油耗以及動(dòng)力性能方面都有一定優(yōu)勢(shì)，這也是歷史再次選擇缸內(nèi)直噴技術(shù)的一個(gè)重要原因,。

● 缺少自清潔能力致使進(jìn)氣門(mén)積碳較嚴(yán)重

　　首先要說(shuō)的是，積碳是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不可避免的一種現(xiàn)象,，但對(duì)于一臺(tái)缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)而言,，燃油噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)積碳的形成產(chǎn)生影響，從而出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降,，油耗升高等問(wèn)題,。

◆ 積碳一般都在哪？

　　一般情況下,，節(jié)氣門(mén),、進(jìn)氣歧管、進(jìn)氣門(mén),、氣缸,、噴油嘴等處都會(huì)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(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中可以盡可能地抑制積碳的“滋生”，油品質(zhì)量是個(gè)重要的因素,，此外,，發(fā)動(dòng)機(jī)能對(duì)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(dòng)機(jī)在積碳形成部位方面有所不同，例如進(jìn)氣門(mén),。事實(shí)上,，汽油也是很好的積碳清洗劑（有機(jī)溶劑），歧管?chē)娚浒l(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下,，噴油嘴噴出的汽油通過(guò)進(jìn)氣道,、進(jìn)氣門(mén)進(jìn)入氣缸，在這個(gè)過(guò)程中,，汽油可順帶對(duì)這些部位起到清洗作用,，而缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)由于噴油嘴直接探入氣缸，因此,，也就沒(méi)有這項(xiàng)“自清潔”功能,。

◆ 為什么進(jìn)氣門(mén)背部易形成積碳

　　相比排氣門(mén)背部，進(jìn)氣門(mén)背部的積碳相對(duì)要嚴(yán)重些,。曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)是一大誘因,，機(jī)油蒸汽會(huì)被引入到進(jìn)氣歧管從而通過(guò)進(jìn)氣門(mén)進(jìn)入氣缸燃燒，由于先期機(jī)油和機(jī)油蒸汽分離不徹底,，就會(huì)有少量的機(jī)油摻雜其中,，附著在進(jìn)氣道以及進(jìn)氣門(mén)背部的機(jī)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(huì)更為嚴(yán)重,。反觀排氣門(mén)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(mén)要小,。

　　由此看來(lái)，對(duì)于缺少“自清潔”能力的缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō),，進(jìn)氣門(mén)背部的積碳問(wèn)題關(guān)鍵在于曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng),，但它是維持發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此,，唯有對(duì)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(dòng)機(jī)（往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)）在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，燃燒室內(nèi)形成的高壓氣體會(huì)通過(guò)活塞環(huán)竄入曲軸箱,，這就會(huì)導(dǎo)致曲軸箱內(nèi)部的壓力出現(xiàn)升高趨勢(shì),，如不加以控制，這種情況將直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)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(dòng)機(jī)研發(fā)時(shí)沒(méi)有考慮曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)易導(dǎo)致進(jìn)氣門(mén)形成積碳嗎？

　　因燃油噴射技術(shù)的改進(jìn)導(dǎo)致了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)細(xì)微變化,，在研發(fā)以及驗(yàn)證階段,，工程師一定考慮到了這個(gè)問(wèn)題。燃油噴射技術(shù)的提升對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)整體的素質(zhì)有了更高的要求,，我們還是把焦點(diǎn)放在曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)環(huán)節(jié),。

　　早期的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)回收來(lái)的混合氣（夾雜機(jī)油蒸汽）沒(méi)有太多限制,，基本是直接送入氣缸燃燒，之后為了控制通過(guò)這條途徑進(jìn)入氣缸的混合氣的成分,，特此在過(guò)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(jī)油盡可能的分離并送回發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng),，其余氣體送入氣缸燃燒。

　　盡管如此,，無(wú)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(wú)法保證機(jī)油和機(jī)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(jī)油（哪怕是極少的含量,，機(jī)油通過(guò)進(jìn)氣歧管、進(jìn)氣門(mén)進(jìn)入氣缸也是事實(shí)）,。更為關(guān)鍵的是直噴發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣門(mén)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(lái),，除一般情況下生成的積碳外，對(duì)于缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)而言,，進(jìn)氣門(mén)背部的積碳確實(shí)比較棘手,，既然不可避免，那就只能依靠有針對(duì)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(duì)進(jìn)氣道以及進(jìn)氣門(mén)進(jìn)行清洗，相比普通電噴（歧管?chē)娚洌┌l(fā)動(dòng)機(jī),，積碳的清洗周期可能要視具體使用狀況縮短（對(duì)于缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)而言,，向油箱加注汽油添加劑只能對(duì)油路以及氣缸內(nèi)起到清潔作用，但對(duì)于進(jìn)氣門(mén)背部的清潔作用微乎其微）,。之后,，我們會(huì)有專(zhuān)門(mén)的文章來(lái)講積碳清洗的內(nèi)容。

編輯總結(jié)：

　　毫無(wú)疑問(wèn),，在新能源技術(shù)尚未成熟之時(shí),，我們只能通過(guò)對(duì)現(xiàn)有成熟技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化來(lái)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(dòng)機(jī)選擇了缸內(nèi)直噴技術(shù),，它的推廣在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展過(guò)程中起到了關(guān)鍵的作用,，通過(guò)對(duì)噴油量的精確控制以及發(fā)動(dòng)機(jī)工況的管理，帶有缸內(nèi)直噴技術(shù)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在燃油經(jīng)濟(jì)性方面相比歧管?chē)娚浒l(fā)動(dòng)機(jī)具有一定優(yōu)勢(shì),，為了更進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)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(guò),，就像本文中提到的這兩個(gè)弊端。雖然油耗更低,，但尾氣中微粒的含量卻高于歧管?chē)娚浒l(fā)動(dòng)機(jī),，另外，進(jìn)氣門(mén)積碳的問(wèn)題確實(shí)困擾了一部分車(chē)主,。當(dāng)然,，人們并不會(huì)因此而懷疑這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，更全面的了解它也沒(méi)什么不好的,。隨著各國(guó)排放法規(guī)的逐步提高以及發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的再完善,，相信缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)會(huì)越來(lái)越凸顯。（圖/文 汽車(chē)之家 李博旭）

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