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技術前沿 動力崇拜從“吸”到“噴”
文:鹽城大正 來源:鹽城大正 時間:2010-11-26 點擊:1188

化油器的發明推動了整個內燃機以及汽車的發展,但它并不能精確地進行油氣混合。在一浪高過一浪的“環保”聲中,法律的力量催動著汽車的油氣混合系統不斷進步

發動機的世界里,動力和空燃比一直是密不可分的。如何才能達到理想的“14.7:1 ”是改善發動機工作效率的關鍵,而負責實現這個目標的的就是油氣混合系統。作為開創了內燃機時代的 “開國老臣”,化油器的地位不容小覷。

【電子技術逐漸成熟,大眾1600TL上應用了博士的D-Jetronic電噴系統】

化油器式混合

1883年出現的化油器開創了快速、輕便的4沖程內燃機“一統天下”的時代。化油器的功能是將燃油和空氣混合以供發動機燃燒之用。它主要由浮子室、噴管和喉管組成。待混合的燃油會儲存在浮子室里,噴管與喉管相連。但是,雖然名字叫做“噴管”,燃油實際上并不會從這里被“噴”出去。當發動機吸氣的時候,空氣會流經喉管。因為喉管遠比其他部分的管路要細,所以空氣在這里的流動速度極高,壓力也要小于正常的大氣壓力。浮子室與大氣相通,在空氣流經喉管產生負壓的時候,燃油也就通過噴管被從浮子室里“吸”了出來。隨后在高速氣流的沖擊之下進行霧化,與空氣形成油氣混合物。

【有了化油器才有了第一臺汽車,它對汽車業的意義不可估量】

這樣的結構一直為汽車工業服務了長達一個多世紀之久,可謂鞠躬盡瘁。但是,“老臣”畢竟存在很大的時代局限性,它的設計并不能完全滿足人們對內燃機的需求。首先,化油器雖然能根據進氣量的多少而供應足夠的燃油,但是供油量卻很難精確地與空氣匹配出完美的“14.7:1 ”;而且,受進氣速度所限,燃油不能高度霧化。這都無法滿足后來“嚴酷”的排放法規。此外,較細的喉管設計明顯增加了空氣流通時的阻力——這無疑影響了發動機的進氣效率;更嚴重的是,因為喉管處空氣流速高、溫度低,所以當應用在航空業時,很容易在高空出現喉管處結冰的問題,嚴重影響了飛行安全性。

機械式燃油噴射

如果正在天上愜意地飛著,可發動機卻因為產生氣阻而“喘不上氣”是絕對無法忍受的,尤其在戰爭期間,穩定性更是高于一切。因此,德國在1930年時就開始著手研究不使用化油器的機械式燃油噴射系統,并在二戰后期運用于軍事領域。到1952年,Goliath和 Gutbrod兩家公司率先推出了2缸2沖程機械式噴油系統。隨后,奔馳就在300SL上推出了世界上第一套帶有燃油噴射裝置的4沖程發動機。這套系統依然采用傳統的油泵供油,但是在此基礎上加入了機械驅動的高壓柱塞式噴油泵,來實現燃油的高度霧化。此后,雪佛蘭引入了另一種機械式噴油系統。這套系統已經可以根據空氣流量、發動機轉速和負荷來調整噴油量。不過,比較遺憾的是,它并不只在發動機進氣時噴油,而是持續不斷地保持燃油噴射。用現在的眼光來看,這種設計簡直太不“低碳”了。

【1954年,奔馳300SL上搭載了世界首臺4沖機械式程燃油噴射發動機

即便是這樣的技術,在當時來說依然是個奢侈品。因為制造成本偏高,而且安裝不便,機械式燃油噴射并沒有得到很廣泛的普及。在當時,只有諸如保時捷瑪莎拉蒂阿斯頓·馬丁之類的豪門,還有部分賽車才能染指這項 “先進”的技術。

電子控制的時代

有了機械式噴油的基礎,燃油的霧化已經不是問題了。油氣混合的重點從如何混合,轉移到了混合比例。電控噴油采用分別控制空氣與燃油流量的方式來調整混合氣比例——節氣門的開度控制進氣,空氣流量計將測量到的空氣質量數據發送給ECU,再綜合溫度傳感器、轉速傳感器等設備回傳的數據來決定噴油嘴開啟的時長。這樣的方式可以精確地控制燃油與空氣的比例,使發動機效率更高、更環保。當然,這也離不開法律的支持。

【1957 Rambler Rebel已經裝備了電子燃油噴射,但是技術尚不成熟】

最早在1953年,Bendix公司就已經著手研發電控燃油噴射系統,并且在1957年應用于American Motors的Rambler Rebel上。不過,當時的技術條件下,電噴技術并不完善。比起實用性來說,炫耀技術的成分似乎更大。但是,等到1965 年時,美國加州以立法的形式開始規范、控制汽車尾氣排放。這一法規使得汽車廠家不得不開始重視尾排控制技術,其中的重點之一就是精確控制空燃比。這時,電子技術已經相對發展成熟,博世公司也推出了D-Jetronic電噴系統,并在1967年首度亮相于大眾的 1600TL/E上。

【缸內直噴讓油氣混合控制更精確】

缸內直噴

依然歸功于立法,在法律對尾排的進一步“打壓”之下。近些年,發動機上又出現了缸內直噴技術。雖然本質上依然是電子燃油噴射的一種,但是因為噴油位置不同,所以油氣混合比例更準確,燃燒也更充分(更多詳情可見我們總第19期中的《不噴不快》)。法律的壓力推動了發動機的發展,為我們在節約了不少油錢的同時還增強了座駕的性能,這不得不說是一件美事。但是,物極必反。隨著不斷提升對排放的限制,終有一天內燃機再也不能達到法律要求的標準。混合動力、清潔能源必將大行其道,那時候,不知道我們會不會懷念“高污染”時代的駕駛樂趣。



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