汽油直噴發動機

衛東

在二十多年前，隨著汽油發動機燃油噴射及電控系統的普及，汽車廠家們終于放棄了化油器，也讓汽車燃油系統從純機械方式邁向了電控方式，實現了發動機的動力輸出是在軟件的控制之下，為實現排放控制鋪平了道路。隨著噴油嘴由單點向多點的邁進，即從節氣門單點噴射到進氣歧管多點噴射，實現了燃油的進一步精確控制。如果向柴油發動機那樣將燃油噴嘴直接安裝在燃燒室，那自然會實現更精確的燃油控制，于是奧迪、大眾等汽車廠家率先將燃油直噴發動機推向了市場。

早在1954年，奔馳300SL是第一輛配4沖程汽油噴射發動機的轎車，霧狀燃油噴入進氣歧管，比化油器發動機提供了更大的動力和更高的燃油經濟性，可算是邁了一大步。自從單點和多點噴射技術在上世紀90年代普遍應用以來，發動機技術的進步一直在進氣系統做文章，改變進氣道，將每缸氣門數從2個提升到3、4、5個氣門，實現可變氣門升程及正時等，而沒有實現根本的基因突變，直到2001年出現了汽油直噴。

汽油機缸內直噴有著美好的前景

直噴主要通過均勻燃燒和分層燃燒，提高了發動機的動力性能又節省了燃油，尤其在部分負荷時具有更好的節油作用，像在市內走走停停的交通狀況。自然各大公司都把目光鎖定在直噴。于是，博世公司開發了Motronic MED7汽油直噴系統，奧迪公司開發了FSI系統，奔馳開發了CGI系統，菲亞特則開發了JTS系統，雖然名字不同，但它們都代表了汽油缸內直噴。

直噴技術產生了2個新的概念：均勻燃燒和分層燃燒

汽油直噴技術出色的經濟性主要表現在部分負荷時的分層燃燒。可燃混合物只分布在火花塞周圍，換句話說，空燃比是14.7：1的混合氣集中在火花塞周圍，在燃燒室的其他部分則是純凈的空氣。混合汽層的大小范圍精確地反映了瞬時發動機動力的需求。在分層燃燒時，直到壓縮行程時才噴射燃油，油霧直接進入燃燒室中的空氣，而噴油就發生在點火前瞬間，可見發動機在中、低速時燃油是多么節省。另一個優點是，在燃燒時空氣層隔絕了熱，減少了熱量向汽缸壁的傳遞，從而減少了熱量損失提升了發動機熱效率。

供油系統為直噴提供了精確的高壓噴射

以奔馳C200 CGI發動機為例，其燃油以42度角噴入汽缸，燃油壓力隨發動機的工作特性從50bar到120bar，而傳統4缸機的噴射壓力是3.8bar。高壓油泵由進氣凸輪軸驅動，軌道中的油壓由發動機電腦調節，并直接連接到噴嘴。壓力信號取自壓力傳感器。奧迪的高壓油泵也是由凸輪軸驅動，噴射壓力最高到110bar，燃油噴射時間則被控制在幾千分之一秒。

燃油削耗降低，動力有很大提升

直噴發動機潛力的有力證明是在2001年7月勒芒24小時耐力賽獲勝的奧迪R8上搭載的帶雙增壓的V8 FSI直噴發動機，證明了直噴不僅有出色的動力表現，燃油還可節省8%。燃油直噴發動機的出色表現使奧迪R8領先一圈，良好的燃油經濟性使它延長了加油的間隔。不僅是這些，賽手認為發動機動力反應敏捷且非常到位。

在2002年底，奔馳開發了1.8L CGI汽油缸內直噴，安裝在了C級車上，即C200 CGI，其峰值功率是125kW，綜合油耗是7.8L/100km，排放達到歐4。其從靜止加速到100km/h的加速時間是9.0s，最高時速222km/h。相比上一代發動機，這款直噴發動機扭矩增加了15%，當發動機轉速只有1500rpm時即可輸出扭矩的75%，在3000rpm時輸出最高扭矩250Nm，并持續到4500rpm。采用傳統噴射方式的C 180 KOMPRESSOR峰值功率是105kW，最高扭矩220Nm/2500rpm，從靜止加速到100km/h用時9.7s，最高時速222km/h，綜合油耗8.2L/100km。從以上數值就可以看出這兩款發動機的差別了，直噴發動機不但動力有了顯著提升，還節省了燃油。