汽车的电控燃油喷射系统是什么?一文讲明白

2024-05-14 62220阅读

电控燃油喷射系统这个名字,乍一看有些不太好理解。但如果把内燃机需要解决的问题想象成高考里各种科目的话,这个技术就是“省油”这个主科里头,一个非常有用的定理。

就有点像数学里的,勾股定理。

在数学里,三角形这个结构虽然很基础,但和它有关的定理可以说花样百出。从简单的内角和定理到复杂的三角函数,应有尽有。

而燃油喷射系统顾名思义,就是把燃油从油箱吸出来喷进发动机的结构。虽然道理很简单,但为了省油,人们对其的进行的各种设计也是层出不穷。

咱们就暂且,把燃油喷射系统理解成发动机里的三角形吧。

化油器:三角形内角之和等于180°的基础定理

一开始,发动机上最常见的燃油喷射系统,都是一个名为化油器的结构。而它喷油的原理,就和我们洗车用的泡沫喷枪差不多:

气体流速越大的地方压强越小,而化油器就是通过发动机进气时高速的气体流动,将汽油吸入发动机内。而为了增加吸油的效率,化油器内还设计了文丘里管,也就是让空气流动的速度更快,也就能吸上更多的油。

因为是纯机械的结构,所以化油器在可靠性上有着巨大的优势,甚至很多军队车辆现在都还在用。

但同时,它却非常不省油,因此成了主科里最大的扣分项。

因为化油器的位置一般都是放在节气门的前方,所谓化油器喷出的汽油很多都会粘在节气门和管道壁上,造成不必要的浪费。同时,纯物理的结构受环境因素的影响相对更大,比如在低温的时雾化的效果就会不好。比如使用化油器的车子在冬天,就需要热车一会才能开

因此,我国早在2001年就禁止厂家在轿车上使用化油器。就像三角形内角和定理在上了高中以后,就不太用了一样。

电控燃油喷射系统:万能的勾股定理

为了取代和优化化油器的作用,电控燃油喷射系统(以下简称EFI)应运而生。

勾股定理的最大优点,就是能快速的算出直角三角形的边长,主打一个效率。而和化油器相比,EFI最大的特点就是能通过电控系统,精准控制燃油的喷射量。

空燃比,就是燃油混合气里空气和汽油量的比值。工程师们发现,14.7的空燃比能让汽油最高效的燃烧。而EFI,就能通过空气流量传感器和电控高压喷嘴,时刻保证混合器的空燃比尽量接近14.7。

此外,EFI还能实现根据不同环境温度和发动机工况灵活调节喷油量,配合电控火花塞更能调整发动机的点火提前角,从底层决定一个发动机的输出模式。

缸内直喷:初级三角函数

然而随着省油难度的攀升,初级EFI的各种bug也就暴露了出来。

比如,一开始的EFI的高压喷嘴是设置在发动机的进气歧管上。虽然相比化油器离气缸近了一些,但其喷出来的燃油还是很容易附着在管壁上。日积月累,还是浪费。

为了解决这个问题,缸内直喷技术应运而生。顾名思义,这个技术就是把高压喷嘴直接放在了发动机的气缸里,不用通过进气歧管,就能直接往里喷油。几乎杜绝了燃油的浪费,极大程度降低车辆的油耗水平。

就像只要学会了初级三角函数,和三角形有关的计算基本上就都不在话下了。

稀薄燃烧技术:高阶三角函数

然而,就算前面的定理能够搞定大部分的考题,用来回答压轴的大题多少也有些吃力。

因此,为了让发动机在省油的考卷上再多拿点分数,工程师们在基本上已经没啥可以改动的发动机里,搞出了一个名为稀薄燃烧的技术。

我们在前面说过,14.7的空燃比是最适合汽油燃烧的。而稀薄燃烧,就是通过大幅提高空燃比,也就是让燃油混合气里的汽油变少来节省燃油的消耗。

可一旦汽油量变少,混合气就没有那么容易燃烧了。所以采用稀薄燃烧技术的车型,一般会拥有更高的压缩比,也就是气缸会把混合气的体积压缩的更小,密度更大也就更容易点燃。

当然,还有一个更加天才的解决方案,叫分层燃烧

它可以让进入缸内的混合气形成涡流,由内至外混合气是由浓到稀分布。火花塞附近浓度最高,也最易点燃。中间的混合气点燃以后就能顺势带动较远处较稀的混合气体的燃烧,从而解决了不好点燃的问题。

预燃烧室技术:傅里叶级数(三角函数的难度天花板)

行业最前沿的发动机,不仅需要有稀薄燃烧技术。并且还要搭载目前内燃机上最复杂的技术之一:F1赛车发动机同款主动预燃烧室技术

这个技术的原理,其实就是在气缸的上方再布置一个极小的预燃烧室。在气缸点火之前,喷油嘴会先把一小部分的混合气提前喷到预燃烧室里点燃。

点燃后的火焰,会通过一些小孔喷射到下方的气缸中,从多个角度同时点燃气缸里的混合气。也就能让高空燃比的混合气以更高的温度,更充分的燃烧并减少爆震和污染物的产生。

写在最后

都说内燃机的发展已经来到了顶端,那预燃烧室和稀薄燃烧技术无疑就是内燃机皇冠上的明珠。内燃机的潜力,还可以继续挖掘!

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