剖析三菱GDI

    隨著近年燃油價(jià)格不斷往上竄，汽車(chē)運(yùn)行的最佳經(jīng)濟(jì)性也成為各大車(chē)廠(chǎng)不斷尋求的目標(biāo)。汽油直噴式是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的途徑之一，汽油機(jī)實(shí)現(xiàn)直噴式巳經(jīng)成為一種新世紀(jì)的潮流。
    汽油直噴式也稱(chēng)為缸內(nèi)噴注，本欄目“稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展”一文巳有介紹，本文以比較典型的三菱直噴式汽油機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)：GDI）的工作情況為例，再做一次比較全面的介紹。在這之前，首先介紹化油器、電控噴射與直噴式等三種汽油機(jī)的不同供油方式。
    化油器發(fā)動(dòng)機(jī)是在進(jìn)氣管道的化油器位置上吸出汽油，與空氣混合，霧化形成混合氣，經(jīng)氣門(mén)進(jìn)入氣缸（左圖）；電控汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)是在進(jìn)氣歧管，氣門(mén)之前的位置上噴射汽油，再經(jīng)氣門(mén)進(jìn)入氣缸（中圖）；直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)則是直接在氣缸里面噴射汽油（右圖）。從而可知，世界上三種形式的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的重大區(qū)別在于汽油出口的位置，位置不同，技術(shù)也不同。
    缸內(nèi)噴注的關(guān)鍵在于產(chǎn)生與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)不同的缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)技術(shù)手段使噴射入氣缸的汽油與空氣形成一種多層次的旋轉(zhuǎn)渦流。因此GDI采用了立式吸氣口、彎曲頂面活塞、高壓旋轉(zhuǎn)噴射器等三種技術(shù)手段。
    立式吸氣口代替?zhèn)鹘y(tǒng)的橫向吸氣口，通過(guò)來(lái)自上方的強(qiáng)大下降氣流，形成與以往發(fā)動(dòng)機(jī)相反的缸內(nèi)空氣流動(dòng)－縱向渦流轉(zhuǎn)流。彎曲頂面活塞利用活塞頂?shù)耐蛊鹦螤睿�增�?qiáng)了這個(gè)縱向渦流轉(zhuǎn)流，再通過(guò)高壓旋轉(zhuǎn)噴射器噴射出霧狀汽油，在壓縮沖程后期的點(diǎn)火前夕，被氣體的縱渦流融合成球狀霧化體，形成一種以火花塞為中心，由濃到稀的層狀混合氣狀態(tài)。這樣，從總體上看，雖然混合比達(dá)到40：1，但聚集在火花塞周?chē)�的混合氣卻很濃厚，很容易點(diǎn)火燃燒。
    在這里要特別介紹一下活塞頂?shù)男螤顚?duì)缸內(nèi)氣流的作用。活塞在上止點(diǎn)位置時(shí)，活塞頭頂面與氣缸蓋之間的間隙叫做燃燒室，燃燒室的容積是決定發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要因素。GDI活塞頂面的凸起部分象屋頂，又稱(chēng)“彎曲頂面活塞”（見(jiàn)圖），它縮小了燃燒室的容積，有助于形成強(qiáng)勢(shì)渦流。縮小燃燒室容積必然提高了壓縮比，因此GDI的壓縮比達(dá)到12：1，比以往發(fā)動(dòng)機(jī)高出1/3左右。壓縮比提高了，缸內(nèi)溫度必然也隨之提高，有助于稀燃。壓縮比高，輸出功率增大，這樣也就彌補(bǔ)了稀燃帶來(lái)的功率損失。
    壓縮比提高也就是說(shuō)缸內(nèi)壓力提高了，于之配合的是高壓燃料泵，用高壓方式將汽油送進(jìn)燃燒室內(nèi)。但是，汽油的性質(zhì)決定壓縮比只能局限于一定的限度內(nèi)，否則就會(huì)出現(xiàn)爆燃，為了避免這一現(xiàn)象，GDI分兩步噴射的過(guò)程，第一步在進(jìn)氣沖程中噴射汽油以降低氣體溫度，適應(yīng)高壓縮比；第二步在壓縮沖程后期噴射汽油，形成上面闡述過(guò)的層狀混合氣形態(tài)。這是一環(huán)扣一環(huán)的技術(shù)，相輔相成，缺一不可。
    稀燃技術(shù)有省油的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)楦邏焊邷丨h(huán)境也會(huì)產(chǎn)生NOx（氮氧化物）排放過(guò)高的現(xiàn)象。GDI采用了EGR技術(shù)解決這個(gè)問(wèn)題。所謂EGR是指排氣再循環(huán)技術(shù)，將排出氣缸已經(jīng)燃燒過(guò)的部分氣體利用氣門(mén)重疊時(shí)間再回到氣缸中，降低燃燒的最高溫度從而降低NOx的排放量。據(jù)介紹GDI的NOx下降了90%，是否如此，只有環(huán)保部門(mén)的測(cè)量才能知曉了。
    據(jù)三菱介紹，GDI與以往的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，扭矩提高了10%；加速性能提高5%；空載時(shí)燃料下降40%；汽車(chē)以時(shí)速40公里/小時(shí)行駛時(shí)燃料下降25%；由于GDI在中低速段比較節(jié)油，因此在市區(qū)行駛，其節(jié)油的效率十分明顯