愛車修養系列報導 新世代引擎「缸內直噴」系統詳解

bmw5828

CARNEWS option 】 2012/12/26
在構造上，傳統多點噴射系統的噴油嘴是位於進氣歧管上，汽油的注入需經過進氣歧管、進氣道與進汽門後，才會進入燃燒室內，進行壓縮、爆炸等動作，而與空氣的混合也在此階段中就可完成，因為路徑長所以相對油氣混合的時間也較充足。至於缸內直噴系統，則是將噴油嘴置於汽缸頂部，其特色在於引擎燃油的取得不需要經過氣門的開啟，而能夠藉由電腦主動控制噴油時間、壓力與噴射量，汽油是直接噴入汽缸內，所以才叫缸內直噴。 傳統噴射引擎由於先天構造限制，汽油能進入汽缸內的時機，只有在氣門開啟狀態下才能進行，故行車電腦所能控制的項目其實也相當有限，對於噴油量的掌握也無法相當精確。直到缸內直噴系統問世，將噴油嘴內移到汽缸內部後，才開啟了全新的視野，其能直接由電腦主動決定噴油時機與份量，至於氣門則僅看管「純空氣」的進入時程，兩者則是在進入到汽缸內才進行混合的動作。

在缸內直噴系統的輔助下，搭配計算快速的ECU系統，不僅能更精準確地調整噴油量與噴油時間，還能依據當時之引擎負載及轉速，自動調整噴油量，使引擎發揮更強馬力，並有效降低油耗與有害廢氣排放量

也由於油、氣的混合空間、時間都相當短暫，故缸內直噴系統的噴油嘴必須輔以高壓系統，以大幅提高燃油的噴射效率，並縮短噴油時間，達到高度霧化的效果，期有更佳的混合表現。此外，缸內直噴系統的燃燒室、活塞也大多具有特殊的導流槽，以供油氣在進入燃燒室後能夠產生氣旋渦流，藉以提高混合油氣的霧化效果與燃燒效率。在構造改變之後，供油動作已完全獨立於進門與活塞系統之外，中央電腦也因而擁有更多的主導權。於是乎，超乎傳統噴射理論的稀薄燃燒與更多元的混合比便得以發生。
在穩定行進或低負載狀態下，採用缸內直噴設計的引擎得以進入Ultra lean（精實）模式。在此設定下，引擎於進氣行程時只能吸進空氣，至於噴油嘴則在壓縮行程才供給燃料，以達到節約效果。根據實際測試，其最高能達到1：65的油、氣比例，除了節能表現相當驚人，整體動力曲線也能夠維持在相當高的平順程度。然而本模式由於會產生相當大量的NOx（硫化物）與高溫，所幸在近期由於技術與材料科學的突破，故也已得到相當程度的解決。

目前歐洲各大車廠莫不全力推展缸內直噴系統的技術，例如BMW E92 M3與F10 M5所搭載高性能引擎，便具有缸內直噴的系統。

當引擎需要較大動力時，行車電腦則會選擇進入低污（Stoichiometric combustion）模式，此時的噴油動作雖然在傳統的進氣步驟進行，不過電腦仍會依照排氣管感知偵測系統所傳回的資訊隨時進行油量微調，並縝密計算排放物與觸媒間的互動關係，以將污染降到最低。至於全負載系統，則稱為Full power mode。在此戰鬥狀態下，噴油系統通常將會與點火、進氣系統緊密合作，並以釋放出最強的動力為目標。


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