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什么叫“分层燃烧”?

  FSI,它所代表的单词直译为燃油分层喷射,它是大众汽车直喷发动机的标志代码。那么FSI发动机有什么好处?装载它的汽车又能带给我们怎样的惊喜呢?

  与那些把汽油喷入进气歧管的发动机相比,FSI发动机的主要优势有:动态响应好、功率和扭矩可以同时提升、燃油消耗降低。

理论上,FSI发动机有至少两种燃烧模式:分层燃烧和均质燃烧,有人还把均质燃烧模式细分为均质稀燃模式和均质燃烧模式。从FSI所代表的Fuel Stratified Injection含义上看,分层燃烧应该是FSI发动机的精髓与特点,不过也可以理解为它的研发起点和基础。

  分层燃烧的好处在于热效率高、节流损失少、有限的燃料尽可能多地转化成工作能量。分层燃烧模式下节气门不完全打开,保证进气管内有一定真空度(可以控制废气再循环和碳罐等装置)。这时,发动机的扭矩大小取决于喷油量,与进气量和点火提前角关系不大。

  分层燃烧模式在进气过程中节气门开度相对较大,减少了一部分节流损失。进气过程中的关键是进气歧管中安置一翻版,翻版向上开启(原理性质,实际机型可能有所不同)封住下进气歧管,让进气加速通过,与ω形活塞顶配合,相成进气涡旋。

  分层燃烧时喷油时间在上止点前60°至上止点前45°,喷射时刻对混合气的形成有很大影响,燃油被喷射在活塞顶的凹坑内,喷出的燃油与涡旋进气结合形成混合气。混合气形成发生在曲轴转角40°至50°范围内,如果小于这个范围,混合气无法点燃,若大于,就变成均质状态了。分层燃烧的空燃比一般在1.6-3之间。

  点火时,只有火花塞周围混合状态较好的气体被点燃,这时周围的新鲜空气以及来自废气再循环的气体形成了很好的隔热保护,减少了缸臂散热,提升了热效率。点火时刻的控制也很重要,它只在压缩过程终了的一个很窄的范围内。

  均质稀燃模式混合气形成时间长,燃烧均匀,通过精确控制喷油,可以达到较低的混合气浓度。均质稀燃的点火时间选择范围宽泛,有很好的燃油经济性。

㊣    均质稀燃与分层燃烧的进气过程相同,油气混合时间加长,形成均质混合气。燃烧发生在整个燃烧室内,对点火时间的要求没分层燃烧那么严格。均质稀燃的空燃比大于1。

『FSI发动机结构图』

  均质燃烧则能充分发挥动态响应好,扭矩和功率高的特点。均质燃烧进气过程中节气门位置由油门踏板决定,进气歧管中的翻版位置视不同情况而定。当中等负荷时,翻版依然是关闭的,有利于形成强烈的进气旋流,利于混合气的形成与雾化。当高速大负荷时,翻版打开,增大进气量,让更多的空气参与燃烧。均质燃烧的喷油、混合气形成与燃烧和均质稀燃模式基本一样。均质燃烧情况下空燃比小于或等于1。

  以上三种燃烧状态是FSI发动机特有的燃烧控制模式,但其中有些方面还停留在理论优势方面。现在奥迪在全球发布的FSI发动机还都采用均质燃烧模式,这不是说分层燃烧不可实现,而只是说分层燃烧实施的成本或时机还不成熟。主要表现在分层燃烧用稀混合气,提高了缸内温度也提高了氮氧化物这样的有害排放物。对于稀混合气,普通的三元催化器很难把氮氧化物转换干净,那么需要额外的降低氮氧化物的催化转换器,无疑加重了空间和成本的负担。另外,现阶段高硫含量的汽油对此催化器损害很大,因此还有改造炼油设备,提升燃油品质的成本。

『奔驰的CGI发动机也采用了直喷技术』

  没有了分层燃烧会不会让FSI发动机的原有优势荡然无存?答案是否定的。即使没有应用分层燃烧,FSI发动机还有能提升压缩比,降低燃烧残油量的特点。FSI发动机采用缸内直喷,汽油在缸内蒸发产生内部冷却效果,这样就降低了爆震的可能性,可适当提升压缩比。而进气涡旋与气门正时的配合能使没燃烧的残油得到良好的再利用。这样,FSI发动机仍能在提高动力,降低油耗方面有较大的作为。

  FSI发动机产生的效果可以从奥迪公司公布的发动机指标看出来。以3.2升FSI和4.2升FSI为例,对比的机型分别是以前的3.0升和4.2升汽油机。功率上,3.2升FSI发动机是257马力,比原机型的218马力提升了39马力,4.2升FSI发动机的350马力比原机型的335马力提升了15马力;在最大扭矩上,是3.2升FSI的330牛米对原机型的290牛米,4.2升FSI的440对原机型的420牛米。

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