缸內噴射到底是個啥

缸內直噴技術的興起，確實就是又爽又直接。

上面是一個化油器，是中古時代的汽車上，進行燃氣預混合的一種裝置。因為效能侷限性很大，很快就被新的技術替代了。

燃油電噴射技術開始慢慢取代了老古董化油器。

對於現代內燃機，主要的兩種應用是歧管噴射技術（PFI）和缸內直噴技術（GDI）。PFI是用噴油嘴將燃油噴射到進氣道和氣門背面蒸發霧化，與通過節氣門湧入的新鮮空氣混合後被吸入氣缸。

PFI的優點是，燃油霧化後有較長的時間和空間與新鮮空氣混合，所以空氣燃油的混合氣會比較均勻地被送進燃燒室，均勻燃燒條件下，燃燒更加充分。

食物顆粒細小，消化更加好，一個道理。

但同時也存在一個問題，噴油量和噴油時機的直接控制性能很差，因為噴出的燃油還要經過蒸發、混合，才能被吸入燃燒室，氣門關閉的時候也會阻隔一部分混合氣。

這就意味著噴油嘴再靈敏，對於進入燃燒室的油量控制也是隔缸搔癢。對於新時代的發動機來說，這樣的控制能力就像個不利索的老年人。

於是GDI技術漸漸成為主流方向，因為這樣的供油方式實在是太爽太直接了！

此時一支噴油嘴低調路過

當然這也得益於機加工水平和電控水平的相應提高，因為直噴的精髓就是快、準、狠：在合適的時機，猛烈地噴出此時需要的油量。

這也帶來了一個小問題，沒有時間咀嚼，吃進肚子裡的食物有粗有細，很多食物依然會See you tomorrow——產生燃燒不均勻和顆粒物超標的問題。

另外直噴需要很好的控制技術，大家是否還記得本田機油門，從根本上來說，就是因為北方冷啟動困難時，缸內多次加量噴油積聚在缸壁上沒有參與燃燒，導致刮油環把多餘的汽油收集進機油油路里。

那到底什麼是正確的噴油姿勢？

大家普遍認為GDI技術是晚於PFI發明的，其實最早的GDI技術是戴姆勒和博世聯合開發，早在19世紀30年代就應用在航空發動機上的。

DB601A型汽油直噴航空發動機

最早使用GDI技術的車型也是賓士旗下的MERCEDES-BENZ 300 SL。

那年是1954年，這一類早期的缸內直噴其實很早被提上日程，但時機仍然沒有成熟。我上面說過，GDI的精髓是快準狠，由於兩次世界大戰爆發式增長，機械水平已經足夠精進，但電控技術則是一個全新的領域，機械式的泵壓噴油機構完全不能勝任控制噴油的角色。

油耗、動力、汙染物（那時候其實也不控制）都沒有優勢的情況下，歧管噴射開始全面替代缸內直噴技術。

到了上世紀末，各國車企開始發現一件事，在電控技術和機械加工發展了這幾十年後，GDI好像又能有新的詮釋方式了。

但每個國家的工業側重不一樣，日本人做電控很厲害，德國人做精密加工很厲害，美國人把德國人和日本人僱傭過來兩頭弄，大家開始緊鑼密鼓搞GDI的研發。

GDI的研發是為了一個"不可能完成的任務"

燃油經濟性、環境友好度、動力需求等等要素的辯證統一隻能通過提高燃效來達成，這也是目前內燃機領域主殿堂的天花板，把它拔高了，殿堂裡的幾根柱子才能同時提高。

一般做法是繼續提高空燃比來提高燃效，而PFI的供油方式很難達到極高的空燃比，但GDI在21世紀卻可以了（子技術的發展依賴母技術的進步）。

這裡還要提一下，與PFI和GDI並駕齊驅的技術叫HCCI均質壓燃，也就是萬事得在走的路線，後面也會簡單提到。

看動圖就能知道，缸內直噴是個細活兒。而對於直噴來說，由於沒有時間來讓油滴揮發成蒸汽，只有靠噴嘴直接霧化汽油來組織稀薄燃燒，而霧化的效果最終決定了燃燒特性。

受到噴射壓力影響最大的是排放，除了CO上升外，其他組分尤其是顆粒物降低程度明顯。這從一定程度上是在還原PFI的優勢。

雙噴射，兩條腿走路

各有各的優勢，那就合二為一。

歧管噴射+缸內直噴=取長補短，互通有無

上圖是EA888 GEN3的雙噴射體系，一目了然的，兩套油軌兩套噴油器。

這是此種雙噴射的典型代表，工作模式可以總結成一段話：

低速低負荷主要低壓噴射，高速高負荷主要高壓直噴，啟動暖機過程高壓多重噴射。這也是大多數PFI+GDI雙噴射的主要策略——運動量小的時候吃的細吃的少，運動量大時候直接往胃裡猛塞，而啟動時為了保證不熄火、排放不超標，同樣採用高壓多重噴射。

這是一套複雜的控制邏輯，需要很高的成本來實現，目前主要搭載在售價較高的車型上。除了福斯集團這款EA888 GEN3，還有豐田的D4ST 2.0T發動機（多搭載於凌志）、福特的1.5TECOBOOST、和日產的明星機型,可變壓縮比VC-TURBO 2.0T。

雙歧管噴射

PFI+PFI=雙倍的細膩和動力

圖片來自網路

上圖來自汽車之家

最近的雙歧管噴射的訊息來自於新名爵ZS的動力總成解析會。這套雙進氣歧管噴射從噴射壓力和噴油位置、孔徑上做了優化，更靠近燃燒室，噴射壓力提高，在蒸發前就能很好的霧化。另外，由於雙噴射器的設定，在高負荷工況下能輸出雙倍細膩的燃油顆粒混合器。

所以名爵ZS的動力表現和排放都能控制在一個比較好的水平上。

超高壓缸內直噴，35MPa的意義就是一個頂倆。

雙噴射的做法其實就是取長補短，但如果缸內直噴能做到歧管噴射的優勢會怎樣？

一些對發動機研究比較深的，尤其是豪華品牌開始做超高壓缸內直噴，比如BMW的B系列發動機，從N系列的20MPa噴射壓力提高到了35MPa。

而目前國內外大多數的直噴壓力是20MPa。幾乎翻番的燃油噴射壓力能以下優勢：

1- 更好的霧化效果，進一步降低排放。

2- 提高噴油器的精度和一致性。

這樣就不再需要兩套噴油機構以及執行機構的複雜配合控制，一切從簡，乾淨利落。

但這對加工精度和配套油軌、油泵的效能提出了更高的要求。

除了BMW的B系列發動機，最近公佈使用35MPa直噴系統的廠家是通用旗下的第八代動力總成。這也成為第一個正向滿足國六B標準廠家，手裡打出的幾張重要技術牌之一。

在直噴領域，35MPa是目前最好的選擇。

以後會怎樣，要看母技術的發展

從技術演變來看，沒有哪種技術一定能站在效能制高點，直噴技術問世後由於世界範圍內都沒有好的電控水平，所以被歧管噴射的方式所取代，直到上世紀末三菱拿出了新的GDI技術，大家都跟進研發。甚至GDI三個字母都是三菱註冊的專利，所以其他家的缸內直噴都有自己的名字。

就目前來看，GDI技術應該還是作為主路線去走的，PFI會作為輔助，或者在搭配其他發動機技術的情況下酌情使用增強版本的PFI技術（比如名爵ZS的雙歧管噴射）。