FSI是英文Fuel Stratified Injection的缩写形式。它的字面含义是汽油分层喷射技术。运用FSI技术,汽油会被直接喷射到气缸的燃烧室内,在发动机非满负荷工作的情况下,形成所谓的稀薄燃烧,节约燃料。而在满负荷工作情况下,发动机采用所谓的均匀燃烧,满足动力需要。
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早期,只有柴油机采用直接喷射(TDI)的方式。在压缩冲程的末尾,气缸内的空气因为压缩而产生高温,高于柴油燃点的时候,喷入柴油,引发柴油自燃。这种情况不需要电火花来点燃,结构相对汽油机来得简单。所以,柴油机的压缩比可以做得很大,以达到引发柴油自燃的温度。但是,由于压缩比高,柴油机工作粗暴,燃油直接喷射技术不能应用于汽油机。
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近年来,随着对燃油经济性要求的提高,以及环保呼声的日益高涨,许多汽车厂家已开始开发汽油直喷技术。奥迪(FSI)、博世(Motronic MED7)、奔驰(CGI)和菲亚特(JTS)等都是汽油直喷技术的代表。
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普通的发动机采用的是将汽油和空气混合后喷入燃烧室,汽油在进气歧管内混合,然后进入燃烧室开始燃烧。大家都知道,空气与汽油的最佳空燃比是14.7:1,为了达到良好的燃烧效果,汽油和空气的比率必须达到最佳空燃比。而FSI技术则采用了稀薄燃烧技术,就是说,不必达到最佳空燃比,也会有良好的经济性和动力性。同等条件下,FSI技术的发动机会更省油。
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FSI技术是如何让发动机实现稀薄燃烧的?
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我们都知道,当混合气比较稀时,混合气不容易发火燃烧。要想让过稀的混合气能良好地燃烧,比如本田就采用了一缸内两个火花塞来点燃混合气。但是,如果再稀一些的话,两个火花塞也保证不了燃烧的良好。
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要获得过稀混合气的良好燃烧,就需要把汽油直接喷入气缸,一来利用气缸的高温使汽油更好地雾化、气化,二来把燃烧室设计成特殊的形状,使进入的空气形成涡流,并且使火花塞周围混合气浓一些;离火花塞较远的地方则要稀一些,利于在火花塞周围混合气迅速燃烧,并且带动较远处较稀混合气的燃烧。这种燃烧就叫做 “分层燃烧”。
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正是这种所谓的“分层燃烧”,使发动机拥有了良好的经济性。部分负荷时,可燃混合物只分布在火花塞周围,换句话说,空燃比是14.7∶1的混合气集中在火花塞周围,在燃烧室的其他部分则是纯净的空气。混合气层的大小范围精确地反映了瞬时发动机动力的需求。在分层燃烧时,直到压缩行程时才喷射燃油,油雾直接进入燃烧室中的空气,而喷油就发生在点火前瞬间。另外,在燃烧时空气层隔绝了热,减少了热量向汽缸壁的传递,从而减少了热量损失提升了发动机热效率。而在全负荷时,燃油喷射与进气同步,燃油得到完全雾化,使混合汽均匀地充满燃烧室,自然会得到充分的燃烧,发动机将达到最大动力,也就是所谓的均匀燃烧。在均匀燃烧时有着和传统喷射发动机相同的空气与燃油混合比,即空燃比是14.7∶1。而燃油的蒸发又使混合气降温,去除了爆震的产生。也就是说在均匀燃烧情况下,在获得高动力输出和扭矩值的同时付出了较低的燃油消耗。
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FSI技术与普通发机供油最大的不同是:一个做功循环内,两次供油。第一次喷油在吸气冲程开始喷入部分的油,让汽油跟空气充分混合,另一次是在压缩冲程的末尾活塞接近上止点时再喷入部份汽油,让火花塞周围形成较浓混合气,利于点火。而活塞顶部的凹陷,则让进气在整个时间内一直成为强烈的涡流,利于混合气的充分混合及气化。
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由于第二次注油时接近压缩冲程结束,气缸内压力很高。此时,普通的喷油压力对付不了。直喷式汽油发动机需要采用类似于直喷式涡轮柴油发动机的技术,通过一个活塞泵提供所需的100巴以上的压力,将燃料准确提供给位于汽缸内的电磁喷射器。
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为了实现汽油直接喷射,喷油嘴的位置由原来的进气歧管处直接安在了燃烧室的上方,同时,高压电磁喷油嘴将燃油喷射时间要控制在几千分之一秒内。不要小瞧这一点小小的变动,这种技术在提供更大的输出功率和扭矩的同时,提高了燃油经济性并且减少了排放。而这点小小改动的同时,是对工艺和材料更高的要求。
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