直噴式引擎再探討(二)
記者：Teddy 2000-03-29 | |
DI引擎為什麼會省油?
在之前的說明裡，我們知道因為層狀模式的存在，也就是稀薄燃燒，使得DI引擎的油耗降低。但到底DI引擎省油機制是什麼呢?
主要是由以下三個因素來達成的。
第一，DI引擎的節流閥損失(throttle
loss)較低；用下面的圖來說明。當駕駛者只需要較小輸出的時候，會收小油門，於是DI引擎處在低負荷，也就是層狀燃燒的模式。它的空燃比很高，所以由電動馬達所控制的節流閥開度很大，引擎的進氣順暢，通過節流閥時氣流所損失的能量很低。但是反觀PFI引擎，為了維持14.5的空燃比，開度很小，氣流所遭受的阻力很大，損失的能量就多了。不要小看這一點點的能量損失，在這個負荷狀況下，引擎每小時大概可以轉個十八萬轉，吸氣九萬次，累積下來的總損失能量其實也相當驚人。
第二，DI引擎散逸的熱能低。我們知道層狀燃燒時的混合並不均勻，一小撮的較濃的混合氣在火星塞周圍點燃，而其他外圍的都是很稀薄的油氣，而這層稀薄的油氣正好是良好的隔熱材料，使得燃燒氣體的熱能不會這麼容易的向汽缸壁或缸頭等部位散逸。這些被保留下來的熱能會被用來膨脹氣體，推送活塞，使得引擎有更好的熱效率。除此之外，因為燃油直噴在汽缸燃燒空間內，燃油所吸收的氣化熱會使得混合氣降溫，整個混合氣的工作溫度會向下降，使得散逸的熱更少。
第三，DI引擎能夠準確的控制稀薄燃燒，使得燃燒穩定。在以往，像怠速運轉這種情況，它不做功，但很難用很少的燃油來維持它的燃燒穩定，所以只好虛費些燃油來維持。在DI引擎裡，這樣的狀況可以得到相當幅度的改善。
以下的圖表表示出DI引擎低油耗的原因。
我們現在知道了DI引擎低油耗的原因，那它的高輸出又是怎麼達成的呢?
DI引擎的燃油是直接噴射在缸內，當燃油氣化，會吸收熱量，使得這股混合氣的溫度降低。首先，這使得缸內混合氣體積變小，於是會把進氣岐管內的空氣更"吸"多一點進來。引擎的進氣效率提升，輸出自然增加。其次，由於溫度低，爆震的傾向也低了，所以可以提高壓縮比，GDI引擎的壓縮比常高達12以上，這也會提高輸出。
DI引擎的排污
DI引擎的主要表現是在油耗和性能。在排污方面，具體的反映就是CO2排放量的降低；這有助於緩和全球的溫室效應。而透過良好的電腦控制和有效的觸媒轉化器，DI引擎在CO和HC的排放量上已經可以得到很好的控制。在NOX方面，DI引擎的燃燒穩定，可以引入大量的廢氣再循環（EGR），來降低燃燒的溫度，進而降低NOX的發生。其次，DI引擎也會配備能在高含氧環境下仍然能還原NOX成為N2和O2的特殊觸媒轉換器。
但DI引擎有個問題，它會冒煙。在成層燃燒的模式下，其實DI引擎的燃燒是不太好的。它的混合不均勻，並不是完整的氣化，混合氣又往往由冰冷的活塞頂導引，使得燃油的氣化更不好，這讓混合氣很不利於燃燒。燃燒時會產生許多的碳微粒。
DI引擎所面臨的問題
在車廠的公布帳面裡，GDI似乎非常的理想。以豐田的D-4來說，豐田宣稱D-4節約百分之三十的燃油。但在實際的駕駛裡，有不少的報導已經指出DI引擎沒有這麼省油。而為了節約這些燃油，DI引擎付出的代價是很大的。
如同我們已經知道的，DI引擎的控制非常複雜，一會兒成層燃燒，一會兒均質燃燒，還要在這兩種模式中切換過來切換過去；所以它需要很貴很快的電腦來控制，它需要很多的感應器來監控引擎的狀況，它需要一個很嚴謹，很複雜的控制策略。除此之外，它需要很多的特殊零件，像我們以前提到的高壓燃油幫，特殊噴油嘴。它還需要特殊的含氧偵測器，需要複雜的觸媒轉換器。如果要開發DI引擎，還需要在流體力學上作比以往深入的研究，它需要更多的設計工作，更多的測試發展，聽起來就知道，這些都代表著得花大錢。
到底值不值得?現在還沒人能夠評斷。它會不會成為主流，也很難有個解答。但我們可以肯定，因為它的低油耗和高輸出，DI引擎在下一個世紀裡必然有它的一席之地。
