 |
 |
||||||||
|
|||||||||
在即將到來的二十一世紀，車輛所使用的動力源必須具備有低耗能，低污染的特性。這些可能動力源包括了燃料電池，複合動力及高效率內燃機。以下要向讀者們對高效率內燃機的其中一種，汽油直噴引擎，做個進一步的探討。
什麼是汽油直噴引擎？為什麼要有汽油直噴引擎？
汽車用的四行程汽油引擎裡，噴射引擎已經成為標準，這種傳統的噴射引擎，透過安置在進氣道內的噴嘴，將燃油向汽缸內噴射。但是汽油直噴引擎不同，它的噴嘴安置在缸頭內，燃油以更細密的顆粒直接在汽缸內噴射。這樣的引擎我們就把它們稱做是汽油直噴引擎，Direct Injection Engine，也常被稱為DI引擎。
汽油直噴引擎就是將低油耗的一條路 我們先回顧一下現行的車用的引擎好了，現在最常見，各方面表現均衡的引擎大概就是傳統的汽油噴射引擎(Port Fuel Injection，PFI)，以及柴油引擎。PFI引擎在性能上和駕駛性上，表現得相當的優秀，但PFI引擎容易爆震，壓縮比的提高有限，它的空燃比又必須維持在14.5:1，沒辦法作稀薄燃燒，使得熱效率有限。而柴油引擎的壓縮比高，做稀薄燃燒又很方便，使得柴油引擎很省油，但是性能卻不夠好。那是不是有個辦法能讓性能優異的PFI引擎能有著像柴油引擎一樣的省油特性呢？那就是汽油直噴技術。
燃油直噴技術並不新鮮，所有的柴油引擎都是，在連lash;多年前，也曾經出現過汽油直噴引擎。但是，這種引擎的控制，需要在短時間內，做出複雜精確的反應；所以要把汽油直噴落實，並商品化，則一定要等到近年來電子控制技術的成熟才有辦法。微處理器的快速發展，加上引擎控制技術的長年累積，為汽油直噴引擎的發展，打下了必要的基礎。DI引擎油耗降低，性能卻能維持或更好，關鍵在於DI引擎有兩種燃燒模式：成層燃燒與均質燃燒。
事實上，空燃比如果真的到達50或65，這麼稀薄的混合氣是點燃不起來的。所以必須要讓汽缸內的混合氣不均勻混合，一部份非常稀薄，一部份比較濃厚，然後將這一小撮較濃的混合氣，精確的控制到火星塞的附近來點燃。這就是所謂的層狀燃燒。 而在高負荷時呢？這時候油耗並不是重點，引擎必須要盡量的提高輸出，讓車輛能很快的加速或爬坡。在這時候的燃燒模式就改成了與PFI引擎類似的均質燃燒。空燃比降低到與PFI引擎相近的水準，並且盡量讓燃油與空氣充分混合揮發，以得到最好的燃燒狀況。 在低轉速，低扭力需求的時候，像擁擠，走走停停的市區，DI引擎用層狀燃燒來節省燃油。而在右上角，高轉速，高扭力的時候，像山路上的運動式駕駛，DI引擎切換到均質燃燒來獲致最大輸出。 而DI引擎要如何達到這兩種燃燒模式呢？ 在成層燃燒方面，目前市面上發表的DI引擎，都是用固體邊界的方式來導引這一小撮的混合氣。所以我們會在DI引擎上發現各式各樣不同形狀的活塞頂。有的是半球，有的是深皿，有的是淺皿，這些奇形怪狀的活塞頂就是用來導引這股較濃混合氣的。
除了用活塞頂來導引這股較濃的混合氣，DI引擎的進氣道可能會有些獨特的設計來彼此配合。三菱GDI的進氣道很有名，空氣由上方灌進燃燒室，形成大量的逆向滾流，可以推送這股較濃的混合氣到火星塞的周圍。豐田D4的進氣道則像個蝸牛殼，提供了很強的渦流來聚集這股混合氣。但是也有些進氣道的設計跟一般PFI引擎相去不遠，端賴各家車廠所開發的技術而定。 而為了確保混合氣的不均勻混合，大部分的燃油會在壓縮行程的後期才噴射，如果太早噴就都均勻混合掉了。所以燃油揮發的時間很短，噴嘴必須能噴出很微細的油粒，加上壓縮行程後期，汽缸內部氣體的壓力已經很高，DI引擎的燃油幫浦必須提供非常高的壓力，才能讓噴嘴向高壓的缸內噴射微細的燃油顆粒。DI引擎的燃油壓力大概是五十個bar到一百多個bar，而傳統高性能PFI引擎的燃油幫浦卻大約只提供幾個bar而已。
 |
  |
|||||||||||||||||
