汽車是選缸內直噴好,還是多點電噴好呢?

2020-11-30 汽車科學島

#老司機聊汽車知識#

問題:

什麼是電噴,多點和缸內直噴有什麼不同?這是個非常簡單的問題,但是哪種噴油方式更省油,這就是個比較複雜的問題了;暫且撇開噴油方式的差異不談,想要節油首先要掌握「扭矩·轉速」和功率(馬力)的關係,理想的節油方式應當提升發動機的扭矩,並且同步降低運行轉速!

01基礎知識

兩組公式:

扭矩×轉速÷9549=功率功率×1.36=馬力功率的概念可理解為發動機每分鐘輸出能量(做功)的總和,也就是單位時間內驅動車輛行駛的「動能數值」;也許功率的概念不太好理解,但轉化為公制馬力後就簡單的多了。

功率乘以倍率等於馬力,公制馬力(PS)的標準為「1PS=75kg/1m·1s」的驅動力;說白了就一匹馬力似可以驅動75公斤的物體以一米一秒的速度運動。在物體質量不變的前提下,是不是馬力越大則行駛速度越快呢?答案就是這樣了,而汽車在整備質量和傳動效率等因素相同的前提下,以相同車速行駛的馬力需求是相同,所以如何省油的提升大馬力就是解析問題的基礎。

「轉速」是需要理解的重要知識點,轉速的概念指發動機的曲軸每分鐘旋轉的次數;比如某臺燃油汽車以3000rpm的轉速行駛,曲軸就會帶動飛輪每分鐘轉3000次。但是並不是說內燃式發動機60秒就會做功三千次,汽摩裝備的四衝程發動機為曲軸轉兩次做功一次。

所以(3000÷2)才是「做功的頻率」(功率),不過還要處以常數-9549得出的才是真正的功率——每次做功都要消耗燃油,做功頻率低是不是就能更省又了啊。但功率馬力至少要在滿足正常駕駛的前提下,才適合以低轉速降低油耗;那麼提升馬力的方式也就很簡單了,因為不考慮常數和倍率的計算,轉速和扭矩是相乘的關係,扭矩足夠大就能實現低轉速大馬力。

「扭矩」的概念可理解為做功,是每次燃燒燃油後,通過活塞連杆曲軸的結構結構轉化出的轉矩(動力);單次做功的扭矩足夠大,不用頻繁做功也可以讓車速很快,其實很好理解,比如騎自行車。

用力蹬-單次滑行距離長輕鬆蹬-單次滑行距離短蹬踏板就等於內燃機曲軸轉動一次輸出的轉矩,所以只要轉矩(扭矩)足夠大,低頻率做功也就可以有合理的車速了。

02多點電噴·扭矩標準

所謂的電噴實際指「電控·壓力噴油」的概念,不論多點電噴還是缸內直噴都屬於電噴系統,只是噴油嘴布局的位置不同而已。

1:多點電噴是區分單點電噴的定義,單點是在進氣總管道節氣門的位置布置噴油嘴;噴油後依靠進氣壓力混合燃油,之後通過進氣歧管送入各個氣缸燃燒。這種設計是有絕對缺點的,因為普通直列四缸內燃機的四條進氣歧管長度完全不同;在總管道混合後以不同的時間送入不同的氣缸,油氣混合的程度就會不一致,造成的結果是四缸交替做功轉化的扭矩大小不一致。(燃燒充分程度存在差異)

2:多點電噴不再將噴油嘴布局在總管道位置,而是進氣歧管找一條水平線,保證四個氣缸進氣歧管安裝噴油嘴到燃燒室的垂直距離相同;這樣就能夠理應氣流有效混合油氣,讓油氣達到基本相當的蒸發性能和燃燒效率,說白了就是燃燒都能相對充分,轉化出的扭矩基本相同。

所以多點電噴相比單點設計是絕對的技術升級,沿用至今也還有大量的汽車都在使用;不過這種技術現階段只用於≤8萬內的入門級車輛上,只有部分技術非常落後的合資汽車還在為10萬以上的車輛裝備這種機器,為什麼這麼說呢?

絕對缺點:進氣歧管的管路直徑非常小,那麼噴油嘴的噴油壓力就不能很大;因為過高的壓力噴油會造成油柱飛濺距離太大,燃油是有可能直接飛濺到管壁上的。所以多點電噴大部分是以下三個標註,實際都很低。

2.5bar3.0bar3.5bar這種壓力噴出的燃油很難控制「油珠粒徑」,說白了就是似霧化噴出的燃油油珠太大;四衝程發動機的壓縮衝程是通過活塞壓縮空氣,空氣分子碰撞產生高溫而蒸發燃油。油珠大則蒸發速度慢,於是在第三衝程(做功)時的燃燒轉化速度也會比較慢;但是做功的時間是非常短的,所以這些混合油氣就在沒有充分燃燒的前提下,被當做廢氣排放了。

內燃機做功的本質是燃燒,燃燒的本質是燃油的氧化還原反應;在反應過程中分子的運動產生的熱能轉化後就是扭矩,所以相同排量的發動機如使用多點電噴則扭矩普遍偏弱,能弱到什麼程度下一節說明。

這裡需要說明的是直噴技術同樣做不到100%充分燃燒,但程度要理想的多;內燃機需要提升的主要燃燒的充分程度,不過也物理特性決定了難以達到高水平。

03缸內直噴·概念

所謂的缸內直噴指噴油嘴布局在氣缸的燃燒室內,多點電噴·噴油是在進氣歧管,歧管連接的是燃燒室;那麼與其把噴油嘴放在空間狹小的歧管上,為什麼不移動到空間大很多的燃燒室呢?

內燃機的第一衝程是「進氣噴油」,此時活塞在氣缸裡是往下運行,燃燒室的空間是會非常大的。在大空間裡當然就可以高壓力噴油,高壓噴油能讓油珠粒徑大幅縮小,油氣混合效果更理想則蒸發和燃燒速度都會快很多——等量燃油在固定時間內轉化出的能量數值就會更大,扭矩顯然會更強。

噴油壓力標準:

汽油機≤350bar柴油機≤2000bar是不是很誇張的數據呢?普通汽油機的噴油壓力也會是多點電噴的100倍,而柴油機可以達到多點電噴的接近600倍,扭矩的差距顯然會非常大。

多點電噴的1.5T最大扭矩不過230N·m左右,但是缸內直噴可以達到300N·m;多點電噴的2.0T汽油機普遍≤320N·m,但是直噴汽油機可以達到≥400N·m。柴油發動機都是直噴技術,但噴油壓力也有很大差異;技術落後一些的鈴系柴油機3.0T峰值才290N·m,國產目前最強的π2.0T雙渦輪機可以達到480N·m,這就是噴油壓力的重要性。

總結:想要讓汽車足夠節油,最理想的發動機選項,就是使用裝備「高壓直噴系統」;多點電噴技術已經落後,但因製造成本低所以還用於價格低廉一些的汽車上。

至於都使用直噴技術的車輛,扭矩越大基本就會是越理想的選項了,除非有質量的通病則另當別論;而且大扭矩可以通過低轉速節油,但在不需要節油的場景中,高轉速大扭矩也會有更大的馬力,優秀的2.0T直噴機可以有200kw的功率,多點電噴機超過150kw的都很少了——50kw等於68PS,也就是最高5.1噸的驅動力差值,差距是不是非常大呢?

編輯:天和Auto-汽車科學島

天和MCN授權發布

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