FSI發(fā)動機基本簡介

FSI是Fuel Stratified Injection的字母簡寫，中文意思是燃料分層噴射技術(shù)，它代表著今后引擎的一個發(fā)展方向。 燃油分層噴射技術(shù)是發(fā)動機稀燃技術(shù)的一種。什么叫稀燃？顧名思義就是發(fā)動機混合氣中的汽油含量低，汽油與空氣之比可達(dá)1：25以上。

大眾FSI發(fā)動機利用一個高壓泵，使汽油通過一個分流軌道（共軌）到達(dá)電磁控制的高壓噴射氣門。它的特點是在進氣道中已經(jīng)產(chǎn)生可變渦流，使進氣流形成最佳的渦流形態(tài)進入燃燒室內(nèi)，以分層填充的方式推動，使混合氣體集中在位于燃燒室中央的火花塞周圍。如果稀燃技術(shù)的混合比達(dá)到25：1以上，按照常規(guī)是無法點燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內(nèi)空氣的運動在火花塞周圍形成易于點火的濃混合氣，混合比達(dá)到12：1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點燃后，燃燒迅速波及外層。

FSI發(fā)動機是Fuel Stratified Injection，意思是燃油分層噴射，是基于GDI（缸內(nèi)直噴式發(fā)動機）的一種技術(shù)。與常規(guī)的氣道噴射點燃式發(fā)動機相比，F(xiàn)SI將燃油直接噴入燃燒室，由于噴霧的氣化冷卻作用，它優(yōu)化了充氣效率，由于實現(xiàn)了汽油機的質(zhì)調(diào)節(jié)，不再需要節(jié)氣門，大大降低了進氣損失，分層燃燒減少了發(fā)動機的傳熱損失，從而增大了滿負(fù)荷的輸出功率并降低了部分負(fù)荷的燃油消耗。

是通過電腦采集凸輪位置和曲軸位置以及發(fā)動機各相關(guān)工況從而控制噴油嘴將汽油噴入進氣歧管。汽油在歧管內(nèi)開始混合，然后再進入到汽缸中燃燒?？諝飧偷淖罴鸦旌媳仁?4.7/1（也叫理論空燃比），傳統(tǒng)發(fā)動機由于汽油跟空氣是在進氣歧管內(nèi)混合，那么他們只能均勻的混合在一起，所以必須達(dá)到理論空燃比才能獲得較好的動力性和經(jīng)濟性，但由于噴油嘴離燃燒室有一定的距離，汽油同空氣的混合情況受進氣氣流和氣門開關(guān)的影響較大，并且微小的油顆粒會吸附在管道壁上，這就使理論空燃比很難達(dá)到，這是傳統(tǒng)發(fā)動機無法解決的一個問題。

要想解決這一難題，就必須把燃油直接噴射到汽缸中去，這就是奧迪的FSI燃油直噴發(fā)動機可以做到的。直噴式汽油發(fā)動機采用類似于柴油發(fā)動機的供油技術(shù)，通過一個活塞泵提供所需的100bar以上的壓力，將汽油提供給位于汽缸內(nèi)的電磁噴射器，然后通過電腦控制噴射器將燃料在最恰當(dāng)?shù)臅r間直接注入燃燒室，通過對燃燒室內(nèi)部形狀的設(shè)計，讓混合氣能產(chǎn)生較強的渦流使空氣和汽油充分混合。然后使火花塞周圍區(qū)域能有較濃的混合氣，其他周邊區(qū)域有較稀的混合氣，保證了在順利點火的情況下盡可能的實現(xiàn)稀薄燃燒。這就是分層燃燒的精髓所在。

分層注油和均勻注油模式。在發(fā)動機低速或中速運轉(zhuǎn)時采用分層注油模式，此時節(jié)氣門為半開狀態(tài)，空氣由進氣管進入汽缸撞在活塞頂部，由于活塞頂部制作成特殊的形狀從而在火花塞附近形成期望中的渦流。當(dāng)壓縮過程接近尾聲時，少量的燃油由噴射器噴出，形成可燃?xì)怏w。這種分層注油方式可充分提高發(fā)動機的經(jīng)濟性，因為在轉(zhuǎn)速較低、負(fù)荷較小時除了火花塞周圍需要形成濃度較高的油氣混合物外，燃燒室的其它地方只需空氣含量較高的混合氣即可，而FSI使其與理想狀態(tài)非常接近。當(dāng)節(jié)氣門完全開啟，發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時，大量空氣高速進入汽缸形成較強渦流并與汽油均勻混合。從而促進燃油充分燃燒，提高發(fā)動機的動力輸出。電腦不斷的根據(jù)發(fā)動機的工作狀況改變注油模式，始終保持最適宜的供油方式。燃油的充分利用不僅提高了燃油的利用效率和發(fā)動機的輸出而且改善了排放。

FSI直噴發(fā)動機既然有如此多的技術(shù)優(yōu)勢，相應(yīng)的其對發(fā)動機硬件或者油品的要求必然也很高。首先，它的噴油器安裝在燃燒室上的，汽油直接噴注到汽缸當(dāng)中去，油路必須具備比缸內(nèi)更高的壓力才能把汽油有效的噴注到汽缸當(dāng)中去。燃油管道內(nèi)的壓力提高以后，管道的各個接頭的密封處的強度也要隨之提高。這樣，對噴油器的設(shè)計和制造工藝也提出了更高的要求。而且由于噴油器是直接安裝在燃燒室上的，那么必須需要噴油器有耐高溫的能力。其次，F(xiàn)SI直噴發(fā)動機的壓縮比很高，達(dá)到了驚人的11.5，在這種情況下對油的標(biāo)號和油質(zhì)要求就很嚴(yán)格。就目前中國的情況來說，必須使用98號的高清潔度汽油。

FSI缸內(nèi)直噴發(fā)動機非常適合目前油價容易上漲的市場需要。作為奧迪公司和競爭對手抗衡的一張王牌，這款發(fā)動機有它自身強大的生命力，必然會引領(lǐng)發(fā)動機的發(fā)展趨勢。

能夠降低泵吸損失，在低負(fù)荷時確保低油耗，但需要增加特殊催化轉(zhuǎn)換器以有效凈化處理排放氣體。下面分別詳細(xì)闡述：

FSI發(fā)動機按照發(fā)動機負(fù)荷工況，基本上可以自動選擇2種運行模式。在低負(fù)荷時為分層稀薄燃燒，在高負(fù)荷時則為均質(zhì)理論空燃比（14.6-14.7）燃燒。在這兩種運行模式中，燃料的噴射時間有所不同，真空作動的開關(guān)閥進行開啟/關(guān)閉。在高負(fù)荷中所進行的均質(zhì)理論空燃比燃燒中，燃油則是在進氣沖程中噴射。理論空燃比的均質(zhì)混合氣易于燃燒，不必借助渦流作用，因此，由于進氣阻力減少，開關(guān)閥打開。而在全負(fù)荷以外，進行廢氣再循環(huán)，限制泵吸損失，由于直噴化而使壓縮比提高到12.1，即使在均質(zhì)理論空燃燒比混合氣燃燒中，仍能降低燃油耗。進一步說，在FSI發(fā)動機中，在低負(fù)荷與高負(fù)荷之間，作為第三運行模式而設(shè)定均質(zhì)稀薄燃燒，在這種運行模式中，燃油在進氣沖程噴射，并且由于產(chǎn)生加速稀薄混合氣燃燒的縱渦流，開關(guān)閥被關(guān)閉。這時，阻礙燃燒的廢氣再循環(huán)（EGR）暫不進行。與均質(zhì)理論空燃比燃燒不同的是，吸入空氣量超過燃油的噴射量。

如上所述，根據(jù)FSI發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)，在分層稀薄燃燒到均質(zhì)理論空燃比燃燒過程中，空燃比連續(xù)變化。因此，三效催化轉(zhuǎn)化器不能夠凈化排放氣體中的NOx。這是因為三效催化轉(zhuǎn)化器要利用排氣中的HC或CO進行NOx還原反應(yīng)的緣故。在稀薄燃燒中，在排放氣體中殘留很多氧氣，不能進行NOx還原反應(yīng)。為了使NOx吸儲型催化劑獲得高效功能，其溫度必須保持在250-500℃范圍內(nèi)。當(dāng)超過這一溫度范圍發(fā)動機會自動轉(zhuǎn)換到均質(zhì)理論空燃比燃燒，并通過三效催化轉(zhuǎn)化器進行廢氣處理。然而這又與燃油經(jīng)濟性下降相關(guān)，為此，必須增加廢氣冷卻裝置。利用這種冷卻裝置，排放氣體通過NOx吸儲型催化轉(zhuǎn)化而被冷卻，由于稀薄燃燒的范圍寬，催化轉(zhuǎn)化器的壽命也延長。然而，NOx吸儲型催化轉(zhuǎn)化器會受到硫侵蝕而中毒，所以必須把汽油中的含硫量盡量降低到最少。但是，如前所述，含硫低的汽油不是到處能供應(yīng)的。大眾汽車公司采取的措施是，把催化劑反應(yīng)溫度提高到650°以上，從而把附著在催化劑上的硫通過燃燒而加以消除。

在高速行駛時，能夠保持這樣高的催化劑溫度，但是，在城市內(nèi)行駛時則催化劑溫度下降，就不能燒除附著在催化劑的硫。為此，通過NOx傳感器監(jiān)視硫附著在催化劑上的程度，根據(jù)監(jiān)測情況提高排放氣體的溫度。作為其措施，一般采用點火正時延遲，盡管這樣做會引起燃油經(jīng)濟性惡化，但是為了凈化處理NOx，這是不得已而為之。

發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)分為2種:水冷發(fā)動機和風(fēng)冷發(fā)動機。風(fēng)冷發(fā)動機依靠風(fēng)扇產(chǎn)生風(fēng)源，通過風(fēng)罩引導(dǎo)風(fēng)向，將發(fā)動機氣缸燃燒產(chǎn)生的熱量帶走。這種發(fā)動機的結(jié)構(gòu)具有如下特點:一是汽缸套外加工成散熱片，以增大散熱面積，提高散熱效果。二是大功率發(fā)動機外裝有密閉的風(fēng)罩，以減小風(fēng)的損失。我國長征汽車廠生產(chǎn)的太拖拉翻斗車的發(fā)動機就是風(fēng)冷發(fā)動機，道易茲發(fā)動機的大部分是風(fēng)冷發(fā)動機。原北京內(nèi)燃機廠也生產(chǎn)風(fēng)冷的道易茲發(fā)動機，當(dāng)然北內(nèi)的發(fā)動機和原裝德國發(fā)動機比質(zhì)量上有天壤之別。摩托車多采用風(fēng)冷發(fā)動機。現(xiàn)代汽車多采用水冷方式。

壓力比是在發(fā)動機上兩個不同地點之間的壓力關(guān)系。

EPR=Pt7/Pt2(普惠公司JT系列)

EPR=Pt4.95/Pt2（PW4000系列）

涵道比是指渦輪風(fēng)扇發(fā)動機通過外涵的空氣質(zhì)量流量與通過內(nèi)涵的空氣質(zhì)量流量之比。涵道比為1左右是低涵道比發(fā)動機，2~3左右是中涵道比發(fā)動機，4以上是高涵道比發(fā)動機。

排氣溫度通常用EGT來表示。渦輪進口總溫是發(fā)動機最重要、最關(guān)鍵的參數(shù)，但是由于這里溫度高，溫度場不均勻，目前實際是測量渦輪排氣溫度間接反映渦輪進口溫度的高低，限制EGT以保證渦輪進口溫度不超過限制。

風(fēng)扇轉(zhuǎn)速通常用n1表示。對于高涵道比渦扇發(fā)動機，由于風(fēng)扇產(chǎn)生推力占絕大部分，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速也是推力表征參數(shù)，在駕駛艙顯示。

通常部件包括進氣道、風(fēng)扇、低壓壓氣機、高壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、噴管以及附件傳動部分。壓氣機、燃燒室組成核心發(fā)動機。 ? ?