發(fā)動機的燃燒室因受其結(jié)構(gòu)設計的制約，2000℃的高溫、高達90bar（1bar=105Pa）的壓力以及每分鐘幾千次的爆燃使得燃燒室中氣門、火花塞和活塞的“生活環(huán)境”相當惡劣。盡管如此，工程師們?nèi)匀贿�是要將壓力傳感器和溫度傳感器投入這“水深火熱”之中。

　　如果要想滿足未來的尾氣排放標準，對燃燒室內(nèi)燃燒過程的規(guī)律有一個準確而全面的認識是十分必要的。

　　越來越嚴格的尾氣排放標準要求發(fā)動機無故障的準確地按照規(guī)定的參數(shù)工作，點火時的誤差、燃燒過程中的熄火以及其他的種種故障都必須能夠馬上被識別出來，讓發(fā)動機控制器得以迅速作出調(diào)整。否則，發(fā)動機排出的不僅僅是非常糟糕的尾氣，在嚴重的時候還可能引起三元催化器的損壞。而將各種傳感器安裝在燃燒室內(nèi)是發(fā)現(xiàn)問題最快、最直接的途徑。因此，對發(fā)動機燃燒過程的了解是進一步研制發(fā)動機的重要前提條件。

 
　　寶馬M5轎車的動力達到了500馬力，其燃燒室內(nèi)裝有NGK的傳感火花塞

　　基于這一研發(fā)方向，Beru公司研制的PSG型壓力傳感火花塞是一個重大的進步，PSG是英文“Pressure Sensor Glow－Plug”的縮寫。這是Beru公司與美國電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠Trxas共同合作研制成功的新型火花塞。這種新型的火花塞帶有壓電式壓力傳感器，在火花塞內(nèi)集成有電子元件，利用這種壓力傳感火花塞可以實現(xiàn)對燃燒室內(nèi)部的連續(xù)測量。

　　利用離子進行測量

　　為了防護壓力傳感火花塞中測量裝置不受損壞，設計師們在火花塞上為壓力傳感器找到一處最有利的工作環(huán)境。他們成功地將測溫桿設計成為一個可以“活動”的彈性部件，而沒有像傳統(tǒng)的做法那樣與火花塞體制成一體�？勺杂苫顒拥臏y溫桿將壓力傳遞到壓力傳感器的膜片上。

　　在研發(fā)PSG壓力傳感火花塞時，Beru公司也將離子流的測量作為壓力測量的一種替代方案進行了試驗�；�于快速反應能力、基于很高的測量精度和很長的穩(wěn)定工作時間等因素，工程師們最終還是選定了壓電晶體的設計方案。歐洲的一家汽車生產(chǎn)廠已經(jīng)簽定了一份訂貨合同，首批采用這種火花塞的汽車可望于2006年大批量投放市場。

　　Bosch公司也在積極研制離子流－柴油火花塞，因為離子流測量技術(shù)在汽油發(fā)動機的直噴系統(tǒng)中也能識別出熄火和爆震�；鸹ㄈ�生產(chǎn)廠NGK 公司已經(jīng)首先將離子流傳感火花塞用于大批量生產(chǎn)的汽車中，新型的寶馬M5轎車中就采用了LKR 8AP型離子流系統(tǒng)傳感火花塞。

　　在這種火花塞的幫助下，發(fā)動機的控制系統(tǒng)可以及時地識別到發(fā)動機的爆震、點火、熄火和燃燒熄火。這種離子流傳感火花塞除了擁有傳統(tǒng)的點火系統(tǒng)以外，還有一個監(jiān)測系統(tǒng)，即離子流測量系統(tǒng)，可以對點火電極之間的離子流進行檢測。它用于檢測燃燒室中的離子流程度，并對燃燒時的爆震作出反應，使發(fā)動機控制器能及時地對各缸的工作情況進行調(diào)節(jié)。即在接收到第一個爆震信號后，將點火時刻向后延遲。

　　西門子VDO公司也開始利用傳感器監(jiān)控發(fā)動機燃燒室的工作情況。西門子VDO公司與著名的火花塞生產(chǎn)廠Federal Mogul公司（其產(chǎn)品Champion型火花塞在市場上享有盛名）一起，打算研制生產(chǎn)一種集成了壓電式的燃燒傳感器火花塞。

　　晶體的力量

 
　　NGK公司的離子流傳感火花塞，已經(jīng)安裝在批量生產(chǎn)的大功率賽車的發(fā)動機上；
　　PSG公司生產(chǎn)的柴油發(fā)動機用火花塞，可以大大減少柴油機有害物質(zhì)的排放

　　在Bosch公司和西門子VDO兩家公司中，壓電式直接噴射系統(tǒng)的研發(fā)已經(jīng)可以應用于汽車生產(chǎn)的實踐中了。在這種壓電式噴油器中含有幾百個小型的壓電晶體。這些晶體在電場中會膨脹，從而可以實現(xiàn)在1/10000s內(nèi)的快速開關(guān)控制。

　　這一技術(shù)的優(yōu)點在于：可實現(xiàn)準確的定量噴射，改善了燃油霧化。由于噴油器極高的開關(guān)控制速度，可以減少各次噴射時噴油器柱塞的移動距離，可以對噴射曲線進行靈活的調(diào)節(jié)。噴油器定量控制的每次噴油量差異極小，結(jié)合使用第三代共軌噴射系統(tǒng)可以將發(fā)動機有害物質(zhì)排量再減少20％。

　　不受主噴射影響的二次噴射，或稱為補充噴射，可以降低發(fā)動機的煙塵排放。如果有再次的補充噴射，將可大大有利于顆粒過濾器的再生。Bosch公司計劃在2006年時，推出噴油壓力高于2000bar的可變噴油口尺寸的壓電式噴油器。

　　汽油發(fā)動機的缺點

　　長期以來，汽油直噴系統(tǒng)還沒有達到人們所期望的要求，這主要是因為：有關(guān)尾氣排放的規(guī)定對柴油發(fā)動機更加嚴格。另一方面，非常節(jié)油的分層充氣工作方式，即僅在火花塞附近噴射少量的燃油進行油－氣混合氣的燃燒方式，僅在較少的車輛行駛過程中才能實現(xiàn)。然而，西門子VDO公司研制的PDI汽油直噴系統(tǒng)則相反，它在發(fā)動機的各種工作狀況下都直接將燃油噴射到火花塞前，對分層充氣技術(shù)的應用有了重要的推動和促進。相應的是，這種技術(shù)也對噴射壓力、動態(tài)性能、噴射的油流霧化和噴油器的測量精度提出了極高的要求，而長期以來一直使用的噴油器零部件不必更換。測試的結(jié)果證明：利用PDI汽油直噴吸入可以減少油耗20％。直接作用在噴嘴柱塞上的壓電晶體可以在0.2ms的時間內(nèi)打開噴嘴，在這樣的開關(guān)控制速度下，分層充氣最大的誤差也僅為2％。

 
　　西門子VDO公司計劃利用壓電式柴油機直噴系統(tǒng)將油耗再降低20％

　　在發(fā)動機的設計中，將噴油器的快速開關(guān)和噴油量的精確控制兩者組合在一起對于發(fā)動機燃油噴射與燃燒的改進提高有著決定性的作用，可利用壓電式噴油器在分層充氣的工作方式下實現(xiàn)無熄火的“延時噴射”。

　　不容忽視的是，有關(guān)法律法規(guī)的要求越來越嚴格。而下一代汽油直噴系統(tǒng)，可給汽車駕駛員帶來更大的功率和更少的油耗。

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