为什么汽油机不能用1500bar直喷？

By：吴越大王

前几天，我写了篇文章《从途昂Pro看5代EA888:500bar喷油》。

但是在评论区，我又被怼了——有粉丝问：为啥不一步到位用1500bar？

我本来觉得这个问题很无聊，但没想到大家反响很热烈，很多粉丝也觉得既然高压有用，那直接用柴油机的共轨系统岂不美哉？当我刚想驳斥一番，却又发现自己其实也没搞懂这个问题。

没办法，只能开始读论文了……

为什么柴油机要用超高压的缸内直喷？

在回答“1500bar遇上汽油机”之前，我们必须要先回答为什么柴油机必须用超高压的缸内直喷。

因为柴油分子比较大，很难点燃但更容易被压燃。如果柴油能够在压缩行程截止前均匀分布在燃烧室内，就能很顺利的被压燃。而在压燃之后，柴油火焰传递速度也比较慢（相较于汽油内燃机而言）、过程也很稳定，很难出现爆震。

此外，柴油的粘度更大、挥发性也差一些，对金属也有一定的润滑作用，所以更适应超高压的喷射压力，换言之，如果压力不高的话，柴油也无法充分雾化——柴油和超高压喷射是典型的充分必要条件。相比之下，汽油在较低压力下就能实现充分雾化，继续提高压力的意义不大。

汽油机应用超高压喷射会遇到什么困难？

目前汽油内燃机的共轨直喷系统是吃不消柴油机级别的压力的，高压油泵无法提供足够的压力，共轨和喷嘴也hold不住那么大的压力。当然，如果想应用超高压喷射，相关硬件问题反而是最容易被解决的。

• 湿壁、撞壁问题难解

男人肯定都明白，当喷射压力增大时，喷射距离就会更远。也就是说在现有的汽油机系统中，增加缸内喷射压力，会让汽油更容易被喷到气缸壁或活塞顶上。

燃油被以很高的压力喷射到气缸壁上，目前还是个研究热点，这两年发表了很多高水平的论文。学界目前主要研究喷雾在气缸壁的散布、蒸发、传热特性。我估计大家已经预料了燃料撞壁不可避免，但要研究其影响。但总体来说，该领域的研究还比较基础，四舍五入算是战争迷雾状态，预计未来5-8年不会有明确的产品级应用——即便有，也是柴油机先应用，汽油机肯定靠边站。

• 噪音太大

想当年，宝马N20发动机横空出世，大家没记住动力之澎湃，却先听到了高压油泵之哒哒哒响声。后来这个响声就不明显了，但并非是技术进步导致响声变小，而是隔音材料更厚了，声音被挡住了。

这样的噪音问题在大部分直喷发动机上都存在，如果汽油机的喷射压力继续提高，其噪音将难以想象。

• 排放

对于内燃机来说，排放永远是最重要的事情。而超高压喷射对排放的影响还是难有定论。因为提高喷射压力要把整个燃烧系统重新做一遍，发动机的各种控制也要推倒重来，那么排放自然也是从头开始。

从这个角度来说，成本极高不说，光是排放不达标的风险就是厂家难以承受的。

• 喷射精度难以保障

因为喷射压力很大，所以喷出同样多的燃油，喷油嘴打开时间更短（但两者并非线性关系）。这对喷油系统的控制精度提出了更高的要求，如果喷油嘴的占空比控制不好，就会恶化排放、产生碳烟颗粒，甚至导致早燃爆震。

但柴油机对喷油精度就很无所谓，因为柴油机都是极稀薄燃烧，空燃比远远大于理论空燃比。雾化完毕的柴油颗粒周围都是空气，“方圆百里只有自己”才是柴油机燃烧室内的常态，对于每个柴油颗粒来说，都在一个相对独立、稳定的环境内进行燃烧。所以喷油量略有波动，对排放、动力没有太大影响。

多说一句：柴油机控制动力输出一般只靠喷油，而不是依赖节气门，原因就是柴油机的空气过量系数很大，多喷少喷都能接受。很多柴油机都压根就没有节气门，而现在为了改善排放，新款柴油机也开始安装节气门了，但依然不通过节气门控制动力输出。

汽油机需要火花塞点燃，不可能把混合气搞得太稀薄，空燃比就不会离理论值太远。加之排放标准极为严格，所以对喷射精度有极高要求。当共轨压力迅速提高3-5倍，控制难度也要随之提高数倍，显然是极困难的。

归根结底还是成本

其实学界对于燃料喷射压力的研究一直在持续，不过柴油、甲烷、氢气等燃料更受研究者欢迎，也有学者在研究汽油/醇类混合燃料喷射压力，但纯汽油喷射压力的研究还是很受冷落的（个人意见，欢迎指正）。这也可以从侧面反映继续提高汽油机共轨压力的成本巨大且收益不明确。

虽然有学者还在研究800-1100bar喷射压力的汽油机，但喷油系统的所有硬件都要重新设计，而且整个燃烧系统都要重做。相配套的NVH控制、电控、润滑、增压、散热都要重新研发匹配，耗费的资源不可估量。