10.16638/jki.1671-7988.2017.21.071
化永星
ea888发动机（南京交通职业技术学院汽车工程学院，江苏南京211188）
摘要：目前越来越多的汽车发动机采用混合喷射系统，混合喷射发动机比进气管喷射发动机与直喷发动机在经济型、动力性及环保上都了很大的提升。文章主要借助大众汽车第三代EA888发动机为载体，介绍混合喷射技术的特点、组成、工作原理及制约因素等内容。
关键词：发动机；混合喷射；工作原理；制约因素
中图分类号：U471 文献标识码：B 文章编号：1671-7988 (2017)21-208-03
Introduction of Volkswagen gasoline engines’ mixed injection system
Hua Yongxing
( Automotive engineering department, Nanjing V ocational Institute of Transport Technology, Jiangsu Nanjing 211188 )
Abstract: More and more automobile’s engines use the mixed injection system, the mixed injection system is more economy, more power and more environmental protection than TSI and SRE.In this paper, the characteristics, composition, working principle and constraints of mixed injection system are introduced with the help of V olkswagen third-generation EA888 engine.
Keywords: engine; mixed injection system; working principle; restricting factors
CLC NO.: U471 Document Code: B Article ID: 1671-7988 (2017)21-208-03
1 燃油喷射系统的介绍
汽油发动机燃油喷射系统目前有三种喷射形式，进气管喷射系统、缸内直喷系统与混合喷射系统。
1.1 进气管喷射系统
喷油器将燃油喷射在进气门或进气门附近进气管道内的燃油喷射系统称为进气管喷射系统。进气管喷射系统包括单点喷射和多点喷射，单点喷射技术已淘汰；多点喷射现在仍然是大多小排量自然吸气发
动机较多采用的处理方案，因其技术成熟成本较低且性能较为均衡，但是缸内直喷技术也正在慢慢取代它。然而在混合喷射系统中，多点电喷再一次出现证明其价值所在。进气歧管喷射系统燃油和空气在进气管中混合，发动机进气行程将其吸入气缸，气流运动让油气进行充分混合，形成可燃混合气，最终点火燃烧膨胀作功。但是混合气由于停留时间长，可燃混合气损耗较大，容易产生发动机不正常燃烧，致使发动机功率下降，磨损加大，动力性不佳。
1.2 缸内直喷系统
缸内直喷系统就是喷油器将燃油直接喷入气缸内，在气缸内进行油气的混合，可燃混合气的形成。缸内直喷系统将喷油器安装在燃烧室上方，喷油器将汽油直接喷入燃烧室，空气则经过进气门进入燃烧室与汽油混合。缸内直喷系统喷射压力远高于普通的进气歧管喷射系统，为此可燃混合气可以更稀，通过少喷油来降低发动机的燃油消耗率，同时由于缸内直喷发动机的压缩比高于缸外喷射发动机，所以比同排量的缸外喷射发动机动力性要更为优越。直喷系统对于硬件部分的要求非常高，优质的喷油器才能很好地雾化汽油；科学合理的燃烧室形状才能充分地混合油气；最为重要的一点是，缸内直喷系统需要高品质的燃油。[1]
作者简介：化永星，（1985-），讲师，就职于南京交通职业技术学院汽车工程学院。
化永星：大众汽油发动机混合喷射技术介绍209 2017年第21期
缸内直喷系统与歧管喷射系统在高压油泵之前的油路走向以及燃油压力几乎相同，燃油泵将燃油从油箱中抽出，经过汽油滤清器的过滤输送至发动机处，而在高压油泵之后就出现了较大差异化的改变，直喷需要将汽油加压至一两百Bar或者更高，然后被加压后的燃油将通过油轨抵达各气缸的喷油器。发动机电脑发出动作信号，刹那间就可将极其微小的油滴全部的直接喷入气缸内。之后利用气体的涡流运动，油气进行充分地混合，在发动机压缩行程上止点时刻，火花塞点火，燃混合气燃烧膨胀作功。
1.3 混合喷射系统
混合喷射指歧管喷射和缸内直喷共同存在，二者相互协作，以此来提高燃油喷射系统的精度、速度和可靠性。混合喷射方式的作用意在将歧管喷射和缸内直喷的优点统一起来，以次来解决传统缸内直喷发动机存在的劣势。混合喷射系统中歧管喷射的加入，大大削弱了单一的缸内直喷发动机在进气管路和进气门上积碳较多的势头。大众第三代EA888 2.0T发动机采用混合喷射（缸内直喷+歧管喷射），将进气管喷射优点和缸内直喷优点巧妙结合，较大可能性的满足发动机对不同工况下的严苛要求。
混合喷射为高效的燃油喷射方式不仅可以提高发动的功率和扭矩，还避免了单一的直喷发动机在小负荷工况下富氧导致的污染物排放问题。缸内直喷按照发动机工况，会存在两种不同的工作状态。在低负荷时空燃比大混合气稀，在高负荷时空燃比接近理论空燃比14.7/1。缸内直喷发动机在低负荷时，就处于稀薄燃烧的状态，在高效节能的同时，废气中会有很多残留的氧气，同时排气的温度也较低，
这两方面的原因使得三元催化器对氮氧化物的转化率不高，从而也排放了更多的氮氧化物。大众第三代EA888 2.0T发动机采用混合喷射技术，统筹两大系统的优势压榨发动机更大的潜力。
2 大众混合喷射系统特点
图1 高、低压油轨及附件
大众第三代EA888 2.0T发动机双喷射系统采用的高压油轨（直喷部分）和低压油轨（歧管喷射），都是从高压油泵接出来的，而1.8T发动机的油泵只提供用于缸内直喷的出油口。由于缸内直喷的喷油压力非常高，而歧管喷射对于油压的要求并不高，因此两套系统的喷射压力相差较大，缸内直喷系统的喷射压力一般在100-200bar左右，而歧管喷射系统的喷射压力一般在3~5Bar左右，所以这两套喷射系统分别装配了不同的油泵和供油管路，因此两根油轨也就采用了不同的材质，缸内直喷油轨为金属材质，而歧管喷射为塑料，如图1所示。
除了材质的区别，由于缸内直喷和歧管喷射对雾化效果的要求不同，所以两组喷油嘴的结构有所差异。直喷油嘴采用环形六孔如图2所示，歧管喷射采用半边三孔共六孔结构如图3所示。
图2 直喷喷油器图3 气管喷油器大众将第三代EA888发动机缸内直喷系统的燃油喷射压力由第二代的1
50bar提升至200bar，更高的燃油喷射压力对喷油器的材质以及高压油泵的泵压能力提出了更高的要求。燃油喷油压力越高就越容易将燃油雾化，更好的雾化效果，可以更充分的发挥每一滴燃油价值，进而达到更低的燃油消耗的目的。但是这对于材料的成本、燃油的品质以及缸内直喷的组件的耐久性无疑又是一个严峻的考验。
大众第三代EA888发动机混合喷射方式目的在于解决单一的缸内直喷技术存在的问题，从而开发发动机更大的潜力和更为友好的环保性。第三代EA888发动机在混合喷射技术及其他综合作用下可以实现欧Ⅵ排放标准并提升性能。
3 大众混合喷射系统的组成部分
低压部分：电子燃油泵、燃油滤清器、燃油计量阀、低压连接管路、燃油泵控制模块等。
G6 燃油系统增压泵G247 燃油压力传感器
G410 低压燃油压力传感器J538 燃油泵控制单元
N276 燃油压力调节阀N30-N33 喷油器，气缸1-4
N532-N535 喷油器2，气缸1-4 A 燃油滤清器
B 燃油箱
C 高压燃油泵
D 低压燃油油轨
E 高压燃油油轨
图4 混合喷射组成图
汽车实用技术
210 2017年第21期
高压部分：高压燃油泵、高压燃油连接管路、燃油分配器、燃油压力传感器、燃油压力调节器、限压阀、高压喷油嘴等如图4所示。
4 大众混合喷射系统的工作原理
大众第三代EA888发动机采用混合喷射技术（缸内直喷+歧管喷射），通过采取在发动机低负荷工况下使用歧管喷射，中负荷工况下两套喷射系统同时启动，高负荷工况下由缸内直喷方式供油的方式，解
决传统缸内直喷发动机进气道、燃烧室积碳现象和排放性不佳的劣势。
发动机电脑已经根据迈普图对喷油模式的运行进行了标准化规定。图谱中指明了在SRE（用进气歧管燃油喷射系统）模式中发动机是否被驱动、何时被驱动，以及在高压模式下何时被驱动。[2]
有以下运行模式：
1）SRE单喷射
2）高压单喷射
3）高压双喷射
4）高压三重喷射
发动机起动：
当发动机处于冷态且冷却液温度低于 45°C 时，每次发动机起动，就在压缩循环中通过高压喷射系统进行三重直喷。
发动机在部分负荷范围下运行：
如果发动机温度高于 45°C，并且发动机在部分负荷范围中被驱动，则发动机切换到 SRE 模式。进气歧管翻板在大多数情况下保持关闭。
发动机在高转速全负荷下运行：
基于高性能需求，系统切换到高压模式。在进气和压缩循环中进行双重直喷。
暖机和催化转换器加热：
在此阶段，在进气和压缩循环中进行双重直喷。点火点有一定的延迟。进气歧管翻板关闭。
发动机在低转速全负荷下运行：
基于高性能需求，系统切换到高压单喷模式。
紧急运行功能：
如果任一喷油系统发生故障，发动机使用另一系统由发动机控制单元驱动。从而确保车辆仍可继续行驶。组合仪表中的红发动机指示灯亮起。
具体工作工程如表1所示。
表1 第三代EA888发动机喷射模式与工况的关系
5 混合喷射系统优势与制约因素
混合喷射系统是基于传统的缸内直喷系统与歧管喷射发展起来的燃油喷射系统，继承了缸内直喷和歧管喷射的优势，主要在油耗、输出功率和排放方面体现出明显优势。直喷喷油器和进气道喷油器同时工作, 获得最佳燃烧的混合气, 使燃烧更加充分，也能达到降低排放污染物目的。同时，混合喷射系统在动力性方面也具有较大的优势，通过对大众第三代EA888与第二代对比，如表2所示，可以发现安装混合喷射系统的第三代EA888在输出功率和扭矩方面比第二代直喷系统发动机有很大的提高。
表2 第三代EA888与第二代参数对比
混合喷射技术在很大程度上解决了歧管喷射和缸内直喷系统的排放、动力等一系列问题，但也存在着一些因素制约着其发展。首先在成本上混合喷射系统并不占优势，由于使用了两套喷油系统，这两套喷射系统的喷射压力悬殊较大，缸内直喷喷射压力普遍在150~200Bar左右，而歧管喷射压力只在3~5Bar之间，这就需要两套供油泵和供油管路，所以在成本上就会比单一喷射系统的要更高。另外，喷射方式的改变需要控制系统也要做出相应的改变，一些新的标准需要重新制定，在成本上又会相应的增加。另外，缸内混合喷射技术虽然在一些车上有些应用，但在整车匹配度上还需要进行大量实验进行验证，所以混合喷射大范围的推广和应用还需要一定时间。
参考文献
[1] 李长灏.科技创新导报.中国宇航出版社,2012 年.
[2] 拆解第三代EA888 发动机.网络数据.2016.
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