为什么改装「 喷油嘴 」在升级动力环节尤为重要?


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在《引擎管理》这个系列中,我们会针对国内玩家常遇到的一些问题和盲区进行讲解,旨在让大家了解ECU程序是如何控制引擎工作的,以及在改变了引擎的硬件后应该对ECU程序进行什么样的修改。
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引擎管理是个非常复杂的问题,无法通过几篇文章彻底说明白。

所以系列文中的内容比较多,但都不太深入,如果有什么想表达的观点,欢迎在文末留言,我们一起讨论。

Author / 蟹爪朝天

 # 引擎管理 # 

 Vol.06 

喷油嘴

 多数车型喷油嘴的工作原理  在需要喷油的时段,喷油嘴内的阀体在电磁力的控制下抬起,打通内部高压油和喷孔之间的油路,高压燃油即可从几个喷孔中喷出。


现在多数车型是回流式供油系统,其油轨压力在达到设计的最大值后就会基本保持恒定了。

因此,喷油量主要是通过控制喷油时长的方式控制的。这就产生了两个问题:

1、转速越高,允许喷油的时段越短,允许的最大喷油量越小
2、在油压频繁快速变化的过程中,油轨压力可能无法稳定在设计的最大值

因此喷油量并不是主要由喷油时段的长短控制的。


一般来说原厂喷油嘴的设计余量大约有20%左右。余量的大小主要是考虑到大气环境、喷嘴污染、浓油修正、不同燃料等因素确定的。


因此,在加大了目标涡轮压力、加浓了目标空燃比、扩缸等常规喷油流量会加大的情况下,喷油嘴的余量很可能就不足了,甚至原厂喷油系统连常规喷油流量都满足不了。


因此很多车型在做大幅度动力提升或转速扩展时就需要加大喷油嘴或通过提高油轨压力的方式来增加最大喷油量。考虑到乙醇汽油等燃料所需的空燃比比汽油更浓,在换用乙醇汽油时,也可能需要换用更大流量的喷油嘴。


考虑到老旧引擎喷油嘴可能的污染堵塞情况,原厂设计的20%左右的余量可能会不够用,此时就应该清洗喷油嘴了。在增大了歧管压力的情况下,油轨压力也需要做相应比例的增加才能保持喷油效率不下降。


如果可以不考虑分层控制喷油浓度的话,比较直观的方式是通过观察喷油脉宽来判断喷油嘴是否能匹配当前的喷油流量需求。


此时,要注意喷射偏差(Injector Offset)对喷油量的的影响。

不同型号喷油嘴的偏差不同。所以在换用喷油嘴时,应该查询厂家数据,并在ECU中修改原有或重新建立“喷射偏差/系统电压”的修正图来尽量解决这个问题。


接下来简单介绍一些不同品牌喷油方式的设计

 铃木双喷嘴 


为每个进气门设置一个喷油嘴,优点是可以让喷油嘴距离气门更近,这样就可以让油气雾化更好、缸温更低,也就可以使用更高的压缩比了。

 歧管喷嘴 

由于早期引擎的喷油压力一般都较小,为了让喷射出的油气能和空气充分混合,需要将喷油嘴设置在进气歧管上。当油气和空气充分混合后再进入缸内。

 分层燃烧 

通常认为,空气燃料质量比为14.7:1时的燃烧状况最好。但为了减少燃料消耗,更合适的做法是在引擎负载较小时加大节气门开度(降低泵气阻力)、减小喷油浓度。

在分层喷油过程中,喷油嘴分几次将适量的油喷入缸内。在活塞刚开始下行时喷油较少,在活塞下行的后期喷油较多,使缸内的油气浓度分布为靠近火花塞的上部较浓、远离火花塞的下部较稀。

分层稀薄燃烧的油耗优势主要体现在低负载时,其缺点主要是过量的氧气在高温高压环境中和氮发生反应,产生出NOx污染物。

 三菱GDI引擎 

GDI系列引擎从1996年开始装车,其成果是让油耗减少了20%-35%、让二氧化碳排放量减少了20%左右。GDI的稀薄喷油技术是通过分层和高压的方式,让让引擎负载较小时的空燃比稀至40:1。


使用了高压喷油系统后,GDI引擎将喷油嘴设置在了缸内。在每个吸气冲程中进行2次喷油,其中第一次预喷油可以降低缸温、提高VE、抑制爆震倾向。因此,GDI引擎的压缩比为12.5:1。


角度较为垂直的进气门和凹顶活塞共同在缸内产生出了较好的滚流,让油气浓度主要集中在顶部火花塞附近。

 雷诺IDE燃烧 

雷诺稀薄燃烧的主要方式是提高EGR废气再循环的比例(共油3种可用比例,最大为25%)。绝大部分的废气是没有氧气没有油气几乎不可燃的,但浓喷油状态下的废气中,可能还含有少量的可用油气。


提高废气再循环的强度其实就相当于降低了填充效率、减弱了气门重叠。所以在在低负载时为了减少油耗,可以适度提高废气再循环强度。


在废气比例很高的情况下如何保证点火呢?IDE引擎将火花塞和喷油嘴(西门子100bar)设置的很近。火花塞直接处于喷油路径中。

提高废气再循环的一个优势是可以利用废气的流速减少进气阻力。缺点是缸温较高、动力较弱。

 阿尔法JTS引擎 

JTS引擎的设计方向主要是提高动力。2.0排量下的表现为165匹、152磅英尺。主要使用于阿尔法1.9、2.2、3.2引擎中。压缩比为11.3:1。


由于其稀薄燃烧状态只适用于1500转以内的工况中,所以这一系列引擎的气门角度较平,活塞顶也较平,这样可以让进气更顺畅。

 奔驰CGI引擎 


常规的引擎中,常用活塞顶的形状引导进气流及油气流。

而在CGI引擎中,活塞顶的引导作用很小。如图,喷油嘴中心有可膨胀的压电晶体和可移动的针球结构。可以通过电路控制晶体体积,进而控制喷嘴前类球体的伸缩。


这样就可以控制油气喷出后所形成的空心锥型油气团的分布了。在200bar的喷油压力下,被喷到缸壁上的油气量非常少,这就提高了油气利用率,也减弱了湿壁现象。

CGI的优势是可以在更大的转速范围内实现分层喷油。其中3.5 V6引擎可以在3800转内分层喷油,M274引擎可以在4000转内分层喷油。在超过这一转速后的200转内,可以在吸气冲程中均匀喷油,并在压缩冲程中再进行多次小量喷油。

 丰田D-4S引擎 


在低转速大负载的工况下,缸内喷油存在着明显的缺陷。即:喷出的油气和空气的混合不充分。在进气流速较低(转速较低)的情况下,这一问题更为突出。

虽然可以通过缸内滚流、旋流的设计弥补这一问题,但在高转速时填充效率VE会因此降低。混合气的不稳定表现在驾驶层面上主要是扭矩的不稳定。


为解决这一问题,丰田在2GR-FSE和FA20引擎上同时使用了歧管和缸内两种喷油方式。在低转速高负载工况下,大部分喷油量由歧管喷油嘴完成,少部分喷油量由缸内喷油嘴完成。

在2GR-FSE引擎的标定中,2600转以上的喷油全部由缸内喷油嘴完成。

 水喷系统 


为了降低缸温、抑制爆震、提高VE、提高动力、降低废气中的NOx和CO,可以在进气歧管上设置喷水嘴。

1978年萨博的水喷系统可以让涡轮压力从0.7bar提高到1.2bar。2016年M4 GTS也使用了水喷系统。5L的水箱、3个水喷嘴、10bar压力的水雾。

这个系统可以让进气温度从70°C降低到45°C,涡轮压力从1.3bar提高到1.5bar。

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