汽油发动机的缸内直喷技术究竟有何用？

缸内直喷技术经过多年发展以及企业宣传，想必大家对其定是耳熟能详了，今天我们从“根儿”上带您了解一下，缸内直喷究竟有何作用，而分层燃烧又是如何提升热效率的？

首先我们要从发动机的理论循环说起，我们都知道无论是柴油机还是汽油机工作过程都分为进气、压缩、做功、排气四个冲程，而在进行发动机理论分析的时候，会将其工作时的复杂情况进行简化，抽象的将发动机的内部变化理解为膨胀、压缩、加热与放热，被简化后的二者便有了明显差异，柴油机简化后的工作循环为绝热膨胀、绝热压缩、定压加热、定压放热，而在汽油机中加热过程则变为定容加热。

过去的汽油机采用了进气歧管内喷射的预混合方式，使燃料与空气充分混合，加上采用火花塞进行点燃，使得汽油机的燃烧过程更快，在气缸容积并未有太大变化的情况下，便可以短时间使缸内压力达到最高点，因此汽油机的功率相比柴油机更大。

通过发动机的理论循环，我们可以理解为汽油机是用爆发力将活塞打出去，而柴油机的动力则是在用力的持续推动活塞。

但这始终是在理想状态下，在实际循环中，发动机内部环境瞬息万变，活塞始终处于快速运动状态，而此时因为爆燃倾向的存在使得火花塞无法过早点火，因此活塞定会在混合气完全燃烧之前下移到低位，造成不能有效利用全部燃烧时产生的热能，一定程度上造成了部分燃料的浪费。

所以为了提高发动机热效率与经济性，需要从汽油机的燃烧过程中下手。汽油机的燃烧过程，分为滞燃期、速燃期、补燃期三个阶段。燃料进入气缸后火花塞跳火到混合气正式被引燃的这段时间被称为滞燃期，这段时间内缸内无明显压力变化；当混合气被引燃后形成火核，其相邻的一薄层混合气被点燃形成火焰前锋，沿活塞运动方向呈传播式快速燃烧，此时气缸内温度急剧增加，这一阶段被称为速燃期，速燃期越短，缸内压力升高的就越快；当进入最后的补燃期时，缸内压力开始下降，此时活塞仍在下行，因气缸内火焰前锋还没来得及传播至混合气末端，所以燃烧也并未停止，但此时燃烧所产生的热能几乎不产生有用功。

由此可见，若想提高发动机效率就需要缩短各阶段持续的时长，于是汽车工程师们想到了将火花塞附近的混合气进行加浓处理，使油滴从火花塞到活塞顶端由浓到稀的逐层分布，这样可以使速燃期拥有使缸内压力更快速的升高，并缩短补燃期，达到提高热效率，降低燃油消耗率的效果。

打个比方，以前的均质燃烧就是过年时铺开放的挂鞭，小鞭炮就是被空气打散后均匀分布的油滴，依序从头响到尾，此过程较长，没等末尾的鞭炮放完，气缸便已膨胀至一定程度，在此时炸裂的鞭炮只能听个响，造成了浪费。而分层燃烧则是挂鞭在成卷的时候被点燃，此时整个鞭炮放完的时间更短，视觉效果更炸裂，分层燃烧亦是如此，大部分的油滴在火花塞周围紧密排列，被点燃后因浓度较高使得燃烧速度更快，压力升高率更高，同时因为混合气末端较稀，所以补燃期被大大缩短。如此一来，便在燃烧过程中达成了提高经济性与动力性的目标。

但若想实现缸内混合气的局部加浓，用以往的进气道喷油是无法实现的。需要在气缸内部利用喷油嘴进行精细控制，同时由于缸内直喷没有充分的时间使燃油雾化并与空气混合，因此需要使用高压方式在燃油喷出时就将油滴打碎成细小颗粒。虽汽油机缸内直喷与柴油机供油方式一样，均在气缸内部喷入燃油，但由于引燃方式不同，令二者之间还是存在根本差异。

缸内直喷技术是汽油发动机技术的一次跨越，从缸内直喷衍生出了例如马自达的压燃汽油机技术、梅赛德斯-奔驰的预燃烧室技术等，更多提高汽油机热效率的高新技术，使发动机在愈发严苛的排放要求下，更有力的将人类推动至下一个篇章，虽然内燃机可能在未来将逐渐被电动机取代，但不可否认的是，内燃机当下仍旧是汽车领域的主宰，而缸内直喷技术也将是汽油发动机技术的主流。