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1700047338 直喷与此相反,是指在气缸中直接将汽油雾化,并在其中生成空气与汽油的混合气体。因为是直接向气缸中喷射汽油,所以称之为直喷。一般说来,直喷比较省油,所以我想先简单解释一下直喷和油耗的关系。
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1700047340 一般认为,直喷是针对柴油发动机的,但后来也应用于汽油发动机上。
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1700047342 在引燃用的火花塞(点火栓)附近直接喷射雾化后的汽油,更容易引燃空气和汽油的混合气体。由于越接近火花塞喷射越容易引燃,因此即使汽油和空气的混合比率低于其理想比率(即使汽油量小),也能引燃。所以我们说直喷可以降低油耗。
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1700047344 并且,直喷是在空气被压缩、温度升高时直接喷射汽油。此时汽油迅速蒸发,汽化热使空气冷却,从而增加了空气密度。这与夏天在路面上洒水,水分蒸发会吸收周围的热一样,都是汽化热在发挥作用。如果吸入更多的空气,即使相应地增加汽油量也很难产生余烬,这就大大增加了汽车的马力。
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1700047346 之所以说直喷和涡轮发动机契合度很好,就是因为涡轮增压器(详见p.102~103)能够送入更多的空气。
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1700047349 2.2.4 空气和汽油的理想比例是14.7:1
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1700047351 在此,我先介绍一下空气和汽油的理想混合比率——空燃比。我们将理想的空燃比称为理论空燃比,一般是指其质量比为14.7:1,即当汽油质量为1、空气质量为14.7时,汽油刚好燃尽。
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1700047353 以此为界,汽油越多,越容易产生余烬造成浪费。相反,汽油越少,越难引燃,吸入的空气量大但无法充分生成下压活塞的力,即处于发动机大但力量小的状态。
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1700047355 通常,发动机会按照14.7:1的比例生成混合气体。要检测发动机吸入的混合气体是否达到了这个比例,需要用到发动机的氧传感器和车载电脑。氧传感器用于检测残留的氧气量,通过测量废气的含氧量,确认发动机是否吸入了燃烧汽油所需的空气量。
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1700047357 当汽油以理想的混合比例完全燃烧时,其效率最高,且发动机排出的废气也很容易得到净化。请牢记,对于发动机来说,有一种“空气和汽油达到理想混合比”的状态。
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1700047360 2.2.5 在直喷中,需要形成旋涡才能很好地生成混合气体
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1700047362 接下来,我将为大家介绍直喷发动机喷射燃料的过程。在直喷中,气缸中的活塞下压时只吸入了空气,接着活塞开始上升,当气缸内的压力升高时,就会直接喷射燃料。为了向高压空气中喷射雾状汽油,必须使喷射的压力高于压缩后的气压。因为如果不这样,汽油就无法进入气缸。
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1700047364 因此在直喷中,需要配备比吸气管喷射还要强劲的燃料泵。我们在地面受到的1个大气压,而直喷发动机的燃料泵的压力为100个大气压,足足高出了100倍。
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1700047366 为了时常保持这样的高压状态,需要强劲的泵和暂时储存加压后的汽油的装置。并且,每一个气缸都需要一个喷射喷嘴。这必然会相应地增加零件费用,因此直喷多应用于高级车中。
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1700047368 除了价格高,直喷还有其他缺点。由于直喷需要将汽油和空气在气缸中迅速混合,因此要在活塞头部设置凹槽形成旋涡,以混合空气和汽油(图2.5)。但是,活塞头部的凹槽会扰乱混合气体的燃烧。而吸气管喷射无需在活塞头部设置凹槽,因此可以顺利进行混合气体的燃烧。
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1700047373 图2.5 直喷发动机※活塞的头部设有凹槽,容易形成旋涡
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1700047375 直喷和吸气管喷射,究竟哪一种方法能够更好地实现汽油的完全燃烧呢?技术发展日新月异,很难判断谁是最后的赢家。但如果吸气管喷射能够优于直喷实现汽油的高效燃烧,它就可能成为今后的主流。
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1700047377 接下来,我会以吸气管喷射为例,依照事先在吸气管中生成混合气体、再将混合气体吸入气缸中的顺序进行详细讲解。吸气管喷射是燃料喷射的基础,我会以此为前提进行介绍。至于今后的主流究竟是直喷还是吸气管喷射,我们就暂且不做讨论了。
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1700047380 2.2.6 开启阀门,混合气体进入气缸
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1700047382 气缸顶部的气缸盖(端盖)上有进气阀。进气阀开启时,空气和汽油的混合气体就会通过进气道进入气缸(图2.6)。进气阀和排气阀是气缸盖上分别控制进气孔和排气孔的阀门。
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1700047387 图2.6 发动机的进气阀/道和排气阀/道※经由进/排气道和阀门,吸入混合气体,燃烧后排出废气
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