大眾汽油發動機混合噴射技術介紹

化永星

（南京交通職業技術學院汽車工程學院，江蘇 南京 211188）

大眾汽油發動機混合噴射技術介紹

化永星

（南京交通職業技術學院汽車工程學院，江蘇 南京 211188）

目前越來越多的汽車發動機采用混合噴射系統，混合噴射發動機比進氣管噴射發動機與直噴發動機在經濟型、動力性及環保上都了很大的提升。文章主要借助大眾汽車第三代EA888發動機為載體，介紹混合噴射技術的特點、組成、工作原理及制約因素等內容。

發動機；混合噴射；工作原理；制約因素

1 燃油噴射系統的介紹

汽油發動機燃油噴射系統目前有三種噴射形式，進氣管噴射系統、缸內直噴系統與混合噴射系統。

1.1 進氣管噴射系統

噴油器將燃油噴射在進氣門或進氣門附近進氣管道內的燃油噴射系統稱為進氣管噴射系統。進氣管噴射系統包括單點噴射和多點噴射，單點噴射技術已淘汰；多點噴射現在仍然是大多小排量自然吸氣發動機較多采用的處理方案，因其技術成熟成本較低且性能較為均衡，但是缸內直噴技術也正在慢慢取代它。然而在混合噴射系統中，多點電噴再一次出現證明其價值所在。進氣歧管噴射系統燃油和空氣在進氣管中混合，發動機進氣行程將其吸入氣缸，氣流運動讓油氣進行充分混合，形成可燃混合氣，最終點火燃燒膨脹作功。但是混合氣由于停留時間長，可燃混合氣損耗較大，容易產生發動機不正常燃燒，致使發動機功率下降，磨損加大，動力性不佳。

1.2 缸內直噴系統

缸內直噴系統就是噴油器將燃油直接噴入氣缸內，在氣缸內進行油氣的混合，可燃混合氣的形成。缸內直噴系統將噴油器安裝在燃燒室上方，噴油器將汽油直接噴入燃燒室，空氣則經過進氣門進入燃燒室與汽油混合。缸內直噴系統噴射壓力遠高于普通的進氣歧管噴射系統，為此可燃混合氣可以更稀，通過少噴油來降低發動機的燃油消耗率，同時由于缸內直噴發動機的壓縮比高于缸外噴射發動機，所以比同排量的缸外噴射發動機動力性要更為優越。直噴系統對于硬件部分的要求非常高，優質的噴油器才能很好地霧化汽油；科學合理的燃燒室形狀才能充分地混合油氣；最為重要的一點是，缸內直噴系統需要高品質的燃油。[1]

缸內直噴系統與歧管噴射系統在高壓油泵之前的油路走向以及燃油壓力幾乎相同，燃油泵將燃油從油箱中抽出，經過汽油濾清器的過濾輸送至發動機處，而在高壓油泵之后就出現了較大差異化的改變，直噴需要將汽油加壓至一兩百Bar或者更高，然后被加壓后的燃油將通過油軌抵達各氣缸的噴油器。發動機電腦發出動作信號，剎那間就可將極其微小的油滴全部的直接噴入氣缸內。之后利用氣體的渦流運動，油氣進行充分地混合，在發動機壓縮行程上止點時刻，火花塞點火，燃混合氣燃燒膨脹作功。

1.3 混合噴射系統

混合噴射指歧管噴射和缸內直噴共同存在，二者相互協作，以此來提高燃油噴射系統的精度、速度和可靠性。混合噴射方式的作用意在將歧管噴射和缸內直噴的優點統一起來，以次來解決傳統缸內直噴發動機存在的劣勢。混合噴射系統中歧管噴射的加入，大大削弱了單一的缸內直噴發動機在進氣管路和進氣門上積碳較多的勢頭。大眾第三代 EA888 2.0T發動機采用混合噴射（缸內直噴+歧管噴射），將進氣管噴射優點和缸內直噴優點巧妙結合，較大可能性的滿足發動機對不同工況下的嚴苛要求。

混合噴射為高效的燃油噴射方式不僅可以提高發動的功率和扭矩，還避免了單一的直噴發動機在小負荷工況下富氧導致的污染物排放問題。缸內直噴按照發動機工況，會存在兩種不同的工作狀態。在低負荷時空燃比大混合氣稀，在高負荷時空燃比接近理論空燃比14.7/1。缸內直噴發動機在低負荷時，就處于稀薄燃燒的狀態，在高效節能的同時，廢氣中會有很多殘留的氧氣，同時排氣的溫度也較低，這兩方面的原因使得三元催化器對氮氧化物的轉化率不高，從而也排放了更多的氮氧化物。大眾第三代EA888 2.0T發動機采用混合噴射技術，統籌兩大系統的優勢壓榨發動機更大的潛力。

2 大眾混合噴射系統特點

圖1 高、低壓油軌及附件

大眾第三代EA888 2.0T發動機雙噴射系統采用的高壓油軌（直噴部分）和低壓油軌（歧管噴射），都是從高壓油泵接出來的，而1.8T發動機的油泵只提供用于缸內直噴的出油口。由于缸內直噴的噴油壓力非常高，而歧管噴射對于油壓的要求并不高，因此兩套系統的噴射壓力相差較大，缸內直噴系統的噴射壓力一般在100-200bar左右，而歧管噴射系統的噴射壓力一般在3~5Bar左右，所以這兩套噴射系統分別裝配了不同的油泵和供油管路，因此兩根油軌也就采用了不同的材質，缸內直噴油軌為金屬材質，而歧管噴射為塑料，如圖1所示。

除了材質的區別，由于缸內直噴和歧管噴射對霧化效果的要求不同，所以兩組噴油嘴的結構有所差異。直噴油嘴采用環形六孔如圖2所示，歧管噴射采用半邊三孔共六孔結構如圖3所示。

圖2 直噴噴油器

圖3 氣管噴油器

大眾將第三代EA888發動機缸內直噴系統的燃油噴射壓力由第二代的150bar提升至200bar,更高的燃油噴射壓力對噴油器的材質以及高壓油泵的泵壓能力提出了更高的要求。燃油噴油壓力越高就越容易將燃油霧化，更好的霧化效果，可以更充分的發揮每一滴燃油價值，進而達到更低的燃油消耗的目的。但是這對于材料的成本、燃油的品質以及缸內直噴的組件的耐久性無疑又是一個嚴峻的考驗。

大眾第三代EA888發動機混合噴射方式目的在于解決單一的缸內直噴技術存在的問題，從而開發發動機更大的潛力和更為友好的環保性。第三代EA888發動機在混合噴射技術及其他綜合作用下可以實現歐Ⅵ排放標準并提升性能。

3 大眾混合噴射系統的組成部分

低壓部分：電子燃油泵、燃油濾清器、燃油計量閥、低壓連接管路、燃油泵控制模塊等。

圖4 混合噴射組成圖

高壓部分：高壓燃油泵、高壓燃油連接管路、燃油分配器、燃油壓力傳感器、燃油壓力調節器、限壓閥、高壓噴油嘴等如圖4所示。

4 大眾混合噴射系統的工作原理

大眾第三代EA888發動機采用混合噴射技術（缸內直噴+歧管噴射），通過采取在發動機低負荷工況下使用歧管噴射，中負荷工況下兩套噴射系統同時啟動，高負荷工況下由缸內直噴方式供油的方式，解決傳統缸內直噴發動機進氣道、燃燒室積碳現象和排放性不佳的劣勢。

發動機電腦已經根據邁普圖對噴油模式的運行進行了標準化規定。圖譜中指明了在SRE（用進氣歧管燃油噴射系統）模式中發動機是否被驅動、何時被驅動，以及在高壓模式下何時被驅動。[2]

有以下運行模式：

1）SRE單噴射

2）高壓單噴射

3）高壓雙噴射

4）高壓三重噴射

發動機起動：

當發動機處于冷態且冷卻液溫度低于 45°C 時，每次發動機起動，就在壓縮循環中通過高壓噴射系統進行三重直噴。

發動機在部分負荷范圍下運行：

如果發動機溫度高于 45°C，并且發動機在部分負荷范圍中被驅動，則發動機切換到 SRE 模式。進氣歧管翻板在大多數情況下保持關閉。

發動機在高轉速全負荷下運行：

基于高性能需求，系統切換到高壓模式。在進氣和壓縮循環中進行雙重直噴。

暖機和催化轉換器加熱：

在此階段，在進氣和壓縮循環中進行雙重直噴。點火點有一定的延遲。進氣歧管翻板關閉。

發動機在低轉速全負荷下運行：

基于高性能需求，系統切換到高壓單噴模式。

緊急運行功能：

如果任一噴油系統發生故障，發動機使用另一系統由發動機控制單元驅動。從而確保車輛仍可繼續行駛。組合儀表中的紅色發動機指示燈亮起。

具體工作工程如表1所示。

表1 第三代EA888發動機噴射模式與工況的關系

5 混合噴射系統優勢與制約因素

混合噴射系統是基于傳統的缸內直噴系統與歧管噴射發展起來的燃油噴射系統，繼承了缸內直噴和歧管噴射的優勢，主要在油耗、輸出功率和排放方面體現出明顯優勢。直噴噴油器和進氣道噴油器同時工作, 獲得最佳燃燒的混合氣, 使燃燒更加充分,也能達到降低排放污染物目的。同時，混合噴射系統在動力性方面也具有較大的優勢，通過對大眾第三代EA888與第二代對比，如表2所示，可以發現安裝混合噴射系統的第三代EA888在輸出功率和扭矩方面比第二代直噴系統發動機有很大的提高。

表2 第三代EA888與第二代參數對比

混合噴射技術在很大程度上解決了歧管噴射和缸內直噴系統的排放、動力等一系列問題，但也存在著一些因素制約著其發展。首先在成本上混合噴射系統并不占優勢，由于使用了兩套噴油系統，這兩套噴射系統的噴射壓力懸殊較大，缸內直噴噴射壓力普遍在 150~200Bar左右，而歧管噴射壓力只在 3~5Bar之間，這就需要兩套供油泵和供油管路，所以在成本上就會比單一噴射系統的要更高。另外，噴射方式的改變需要控制系統也要做出相應的改變，一些新的標準需要重新制定，在成本上又會相應的增加。另外，缸內混合噴射技術雖然在一些車上有些應用，但在整車匹配度上還需要進行大量實驗進行驗證，所以混合噴射大范圍的推廣和應用還需要一定時間。

[1] 李長灝.科技創新導報.中國宇航出版社,2012 年.

[2] 拆解第三代EA888 發動機.網絡數據.2016.

Introduction of Volkswagen gasoline engines’ mixed injection system

Hua Yongxing
( Automotive engineering department, Nanjing Vocational Institute of Transport Technology, Jiangsu Nanjing 211188 )

More and more automobile’s engines use the mixed injection system, the mixed injection system is more economy,more power and more environmental protection than TSI and SRE.In this paper, the characteristics, composition, working principle and constraints of mixed injection system are introduced with the help of Volkswagen third-generation EA888 engine.

engine; mixed injection system; working principle; restricting factors

U471

B

1671-7988 (2017)21-208-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.071

CLC NO.: U471

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1671-7988 (2017)21-208-03

化永星，（1985-），講師，就職于南京交通職業技術學院汽車工程學院。