为什么汽油机不能像柴油机一样实现缸内2000bar 左右喷射的压力？ - Beijing版

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Beijing版 - 为什么汽油机不能像柴油机一样实现缸内2000bar 左右喷射的压力？

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高压喷射需要付出代价，首先2000bar的喷射压力所需的高压油泵、油轨、喷油器造价
不菲，会导致成本大幅上升；其次维持高压油泵运转所需的能量来自发动机本身，这增
加了发动机附件消耗，导致燃油经济性的下降。所以如果低压喷射可以维持
良好的燃烧状况，满足燃油经济性、动力性和尾气排放标准的要求，那么工程师们自然
是乐意采用低压喷射的。对于汽油机，无论是进气道喷射还是缸内直喷，低
压喷射都足以满足上述要求。汽油机燃料喷射和燃料燃烧是完全分开的，可以单独控制
的，这也就意味着燃料喷射和燃烧之间可以有很长一段时间（将近两个活塞冲程）。汽
油有足够的时间蒸发、与空气混合，加之汽油本身易挥发，所以在压缩冲程结束时混合
气已经混合均匀，此时火花塞点火，火焰自火花塞处向外传播直至燃尽所有混合气。
而对于柴油机，低压喷射无法满足上述要求。柴油机依靠缸内空气压缩产生的
高温高压气体使燃料燃烧，或称为压燃。这一特性导致柴油的喷射与点燃无法分开，只
要柴油被喷入气缸，与高温气体接触的柴油就会立即燃烧。由此带来的问题是，柴油与
空气混合时间极短，而柴油本身平均分子量交大，不易混发，这两个因素导致柴油与空
气混合十分不均匀，由于混合不均，高温且缺少氧气的区域就会产生大量颗粒物，肉眼
所见的黑烟即是较大的颗粒物。高压喷射一定程度上解决了该问题，首先，有了高压燃
油，在一定时间内喷射等量燃油的情况下，喷油器油孔的直径可以大幅减小（减小直径
会导致阻力上升，因此需要提高燃油压力），油束更细，更易与空气混合；其次高压小
孔下喷射的油束动量更大，射入空气时产生的扰动也更大，加剧局部混和；高速运动的
油束同时带动整个燃烧室内的空气运动，增强了缸内流体整体的运动，进一步加剧整体
混合。此外，混合更均匀会带来更快的燃烧，更快的放热速度，也就意味着更高的温度
，更高的温度则有助于颗粒物形成后在燃烧末尾阶段被氧化掉。由此，增加喷油压力可
以明显降低颗粒物的排放，更充分的燃烧也意味着更好的燃油经济性。同时增加喷油压
力还可以缩短喷油时间，实现多次喷射，多次喷射不仅有助于降低颗粒物排放，也有助
于降低氮氧化物排放和噪声。提高喷油压力也有一定弊端，由于混合更均匀
，燃烧速度会更快，缸内峰值温度更高，会产生更多的氮氧化物排放。对于
缸内直喷汽油机来讲，提高喷射压力对于减少颗粒物的排放也是有好处的（是的，GDI
会产生颗粒物排放，只是颗粒物直径很小，肉眼难见）。随着对汽油机颗粒物排放标准
的提高，汽油喷射的压力近年来也有提高的趋势，400bar的汽油直喷系统已经量产（直
喷技术走向普及与升级路）。至于汽油GDI高压喷射导致的燃油喷到缸壁和活塞上的问
题，未做探究并不了解。但汽油润滑性较差，无法为高压喷油器和油泵提供良好润滑的
确是阻止其提高喷射压力的一个障碍。

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