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省油+高性能 大众FSI分层燃烧技术详解

发布时间:2012年05月29日 10:28 | 进入汽车论坛 | 来源:汽车点评网 | 手机看视频


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十多年前,购车者不太考虑发动机以及技术方面的事情,各种各样的先进技术也只是厂商标榜自己的一种宣传手段而已,并不能真正打动消费者。再看看现在,消费者越来越关心科技与技术含量的问题了,那个厂家哪款车型采用了先进的技术也会第一时间出现在媒体的头条,人们也开始用技术的先进与否来评定一款车的好坏了。在发动机的技术研发方面,德国大众与旗下的奥迪一直处于领先地位。这次,我们就来了解一下让他们引以为豪的FSI燃油分层喷射技术。

省油+高性能 大众FSI分层燃烧技术详解

FSI燃油分层喷射概念

FSI是Fuel Stratified Injection的词头缩写,意指燃油分层喷射。燃油分层喷射技术是发动机稀薄燃烧技术的一种。什么叫稀薄燃烧?顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低,汽油与空气之比可达1:25以上。

大众FSI发动机利用一个高压泵,使汽油通过一个分流轨道(共轨)到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流,使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内,以分层填充的方式推动,使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。如果稀燃技术的混合比达到25:1以上,按照常规是无法点燃的,因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气,混合比达到12:1左右,外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后,燃烧迅速波及外层。

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FSI特点是:能够降低泵吸损失,在低负荷时确保低油耗,但需要增加特殊催化转换器以有效净化处理排放气体。

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奥迪R8采用的就是V8 FSI发动机

也许有人会把TSI和FSI的定义混淆,其实这两种发动机形式很容易区分。TSI是以双增压为其最主要的特点,字母TSI则是Turbo-charging(涡轮增压)、Super-charging(机械增压)和Injection(燃油直喷)三个关键特色的首字母缩写。国内的多数媒体也把其称之为:双增压技术。

另外介绍一种最新的TFSI发动机,它可以说是FSI发动机和TSI发动机的结合。它的T和TSI中的T一样,表示采用涡轮技术,其中的S与FSI中的S一样,表示“分层次的”,而不是TSI中表示增压的意思。TFSI发动机既有涡轮,又有分层燃烧,可以说是集合了FSI发动机和TSI发动机的优点。

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两款不同的TSI标示

也许,细心的读者可能已经注意到了:迈腾2.0TSI和进口EOS 2.0 TSI两款车型的尾部TSI的标识是不同的,分别是TSI和TSI。经过我们向大众厂家人员的求证,这样的颜色变化代表了两款发动机在不同地方做出的一些调整,这些调整可能在ECU、动力输出等部分,是一种技术的更新变化。

FSI燃油分层喷射工作原理

上面说过了,稀薄燃烧的目的是为了省油,而省油说起来会很简单,少喷油不就行了嘛!但是少到什么程度才合适,才能在保障动力性能不受太大影响的前提下,实现燃烧效率的最优化呢?我们知道燃油和空气的混合比是14.7:1,当混合气体的浓度比超过理论空然比,我们假设达到了25:1,这时油的浓度很低,会很难点燃,光靠提高点火能量还是不够的。

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FSI发动机工作示意图

  如果此时在火花塞附近的燃油浓度较高,能达到理论空燃比的燃油浓度,那么此时这团较浓的混合气是很容易被点燃的。而如果用这个较浓的混合气去点燃其他的混合气,显然也是很容易的,这就是分层燃烧。如果采用分层燃烧,就可以实现在很低的燃油浓度下,实现发动机的正常运转。而从上面的分析我们可以看出,实现分层燃烧的前提就是气缸内的混合气体不均匀化,只在靠近火花塞的区域内达到或超过理论空燃比值。

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汽缸进气过程

省油+高性能 大众FSI分层燃烧技术详解

汽缸排气过程

可能这样说会有点难理解,那么我们打个比方。在一个玻璃杯中装满水,假设杯子是气缸,水就是被吸入的空气,如果这时滴入几滴墨水到水里,我们可以很清楚的看到,墨水还没来得及被水稀释,杯口处的水已经慢慢变色,但杯底部却还是没有受到影响,依然清澈。发动机的分层燃烧,其实就和这很相似。杯中的清水是在进气行程中吸入的新鲜口空气,墨水就是燃油。

如果是采用缸外喷射的发动机,燃油喷射在进气歧管里,我们看看会是怎样的情况。我们知道喷油和进气是同在吸气行程内完成的,在进气门打开活塞向下运动时,缸内会形成一个很大的负压,油气混合物这时被吸进来后会在缸内形成很多涡流,这些涡流会使燃油和空气得到充分的混合,也就是说进入气缸的混合气已经经过了较充分的混合,点燃这种已经充分混合的稀薄混合气就会变得非常困难,因为它们无法实现分层,自然也有无所谓分层燃烧了。继续用上面打的那个比方,就等于我们已经将墨水滴入自来水管中,这样杯子接到的水就已经是被均匀染色的了。所以我们现在知道,只有缸内喷射,才能实现分层燃烧。

关于FSI燃油分层喷射技术编辑也在网上所及了一些网友提出的疑问,主要归结为三点第一、FSI的为什么能省油?第二、FSI是如何实现的?第三、FSI为何到国内会缩水?接下来我们就意义为您解答。

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奥迪R8的V8 FSI发动机构造图

☆ FSI的为什么能省油?

1、发动机在低负荷运转和高负荷运转的时候,对供油量的要求是不同的,较少的供油就可以维持低负荷运转,如果能尽量减少低负荷时的供油,就可以达到省油的目的。
2、但供油减少到一定的时候,虽然燃烧后产生的能量能够维持发动机运转,但由于汽油的浓度太低了,普通方式下火花塞是无法将混合气点燃的。
3、分层燃烧解决了这个问题,它的原理就是让缸内汽油浓度不是保持一致,而是在火花塞附近的混合气浓度较大,能够被点燃,进而再点燃其余浓度较低的混合气。
4、具体能省多少油,看看空燃比就可以知道大概了,普通发动机的空燃比是14.7:1,大众的FSI可以做到65:1,当然,这些都是在低负荷时采用的方式,在高负荷的时候仍让是均匀燃烧,和普通发动机一样。
5、对于经常在城市里开车的来说,省油还是比较明显的,据大众的宣传,可以省油10%。

☆ FSI燃油分层喷射是如何实现的?

1、在活塞的顶面有设计有凹槽,使得活塞在上下运动的时候,能使缸内产生涡流。
2、喷油嘴二次喷油,在整个活塞行程中并不是只喷射一次,在进气行程中先进行第一次喷射,使汽缸内充满燃油混合物,再在压缩行程即将终了,但是却在即将点火之前时进行第二次喷射,此时的喷射就是为燃油分层而进行的。
3、提高压缩比,这样有助于形成强势涡流,并且缸内温度也随之提高,有助于稀燃。
在大众FSI的这种分层技术中,喷油嘴的位置,汽缸的压缩比以及活塞顶部凹槽的形状都是经过多次实验进行匹配的,才能在一定的行驶工况下产生适量的涡流,既而进行适当的分层。

☆ FSI为何到国内会缩水?

除了大众与奥迪系列车型之外,使用分层燃烧技术的还有三菱他们的GDI发动机的车型,到现在还没有一款在国内正式销售。为什么这些现今的技术无法运用在国内车型上呢?原因何在?

省油+高性能 大众FSI分层燃烧技术详解

欧洲市场的高尔夫6代车型已经采用了FSI技术

其实别看分层燃烧显得很容易,其实很多部件都是科技含量很高的,像油泵、油嘴、活塞等等,没有过硬的技术,分层燃烧都是不可能实现的。另外,使用分层燃烧技术的发动机压缩比都较高,性能方面对所需的燃油品质也要求较高,对于国内来说普及起来还有很大的阻碍。

再者,由于中国的油品中含硫量高,需要催化转化装置来处理油品中较高含量的硫,从而导致NOx也就是氮氧化物排放很大,NOx氮氧化物对臭氧层和森林植被的破坏性很大而且还是酸雨的始作俑者。所以这也是厂商方面迟迟不推行FSI发动机的主要原因。

省油+高性能 大众FSI分层燃烧技术详解

目前国内成品油与国际成品油存在着如此大的质量差距,以至于国外先进技术的发动机进入中国需要做如此大的性能牺牲才能投放市场。当中石油,中石化这样的石油巨头们对于国内、 国际油价差距而侃侃而谈时,是不是也应该把精力放在如何提高自身石油产品的质量上,而不是有意无意地回避或掩盖这个至关重要的质量差异问题了呢?(文:汽车点评网 高超)

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  • 大众: 大众是世界十大汽车公司之一,创建于1938年德国的沃尔斯堡,创始人是世界著名的汽车设计大师费迪南德.波尔舍。大众汽车公司经营汽车产品占主要地位,是一个在全世界许多国家都有汽车活动的跨车汽车集团。其产品远销世界各地. 当汽车首次出现的时候,它主要是为上层社会服务:两位德国的发明人戈特利布·戴姆勒和卡尔·本茨被公认为是熟练的汽车工艺师,但在汽车诞生的最初年代里只有富人才买得起这种新鲜而复杂的产品,而且还要司机来驾驶和维修它。 来自:互动百科