大众汽车-FSI发动机技术解析(组图)

大众汽车FSI发动机技术解析（组图）

2008-6-16 14:17:27来源: 奥杰汽车网编辑:yaya

FSI作为大众集团与本田的VTEC、丰田的VVT-I等相抗衡的发动机新技术，是近几年

脱颖而出的世界上新型汽油发动机技术。FSI发动机在2000年开始应用在批量生产的车型上，先后搭载在大众高尔夫、路波、宝来、波罗、帕萨特、奥迪等不同型号的车型上。国内2006年新上市的新奥迪A6L轿车就采用了FSI发动机。

燃油分层直接喷射FSI（Fuel Stratified Iinjection）使发动机在分层充气、均质稀混合气、均混合气等条件下运转，发动机在不同的混合气条件下都可以得到较好的发动机性能。FSI发动机是将燃油直接喷入燃烧室，达到发动机需要的混合气浓度，以增加发动机的扭矩和功率，同时也提高了燃油经济性、降低油耗。但是FSI技术对于燃油的品质要求比较高。

1989年，大众集团开始在柴油发动机制造领域发展柴油涡轮增压直喷

TDI(Turbocharged-Direct-Injection)发动机，最先用在公交车的增压柴油机上。大众公司又利用电子控制系统把相似的原理应用在汽油机上形成了现在的FSI技术的基础。2000年底大众第一次用FSI发动机配备路波车，1.4L发动机可以输出77kW，平均百公里油耗只在5L 以下。最近FSI发动机又应用在高尔夫、宝来上，所采用的1.6L, 81kW的FSI发动机，油耗仅为6.2L/1OOkm，拥有了比以前更强劲的输出，与油耗6.9L/100km、输出77kW的普通发动机的差距显而易见。随后FSI又应用在波罗上，另外在奥迪的A2、A3、A4甚至在TT 上也有应用。FSI系统使发动机的污染更小、燃油经济性更好、而且使发动机输出更加强劲。日趋成熟起来的FSI技术，在大众集团内已经普遍采用。

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化器以有效净化处理排放气体。

大众FSI发动机是利用一个高压泵，使汽油通过一个共轨管到达电磁控制的高压喷油器。它的特点是在进气道中产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态以分层填充的方式进入到燃烧室内，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。混合气的空燃比达到25:1，以上，根据燃烧理论这种稀薄混合气是无法点燃的，因此需要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，空燃比达到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。

FSI发动机与传统的燃油喷射系统在工作原理上有一定的差异。主要表现在充气系统、燃油系统和排放系统等方面。

充气系统

FSI发动机采用的是类似柴油机工作方式将高压汽油直接喷入气缸爆发燃烧以获得动力。相对于传统的汽油发动机而言，采用这种工作方式后由于汽油直接喷入每一个气缸，结合稀薄燃烧技术，使汽油直喷发动机在部分负荷范围内采用专门的充气模式来工作成为了现实。

现在的FSI发动机具有三种工作方式：分层充气模式、均质稀混合气模式、均质混合气模式。在不同的工况下采用不同的过量空气系数。

FSI发动机按照发动机负荷工况，基本上可以自动选择在低负荷时为分层稀薄燃烧，在高负荷时则为均质理论空燃比(14.6-14.7)燃烧。在中间负荷状态时，采用均质稀混合气模式。在三种运行模式中，燃料的喷射时间有所不同，真空作用的开关阀进行开启/关闭来控制进

气气流的形态。

1. 分层充气模式

在这种工作模式中过量空气系数为1.6-3。过量空气系数大于1为稀混合气，过量空气

系数等于1为均质混合力，过量空气系数小于1为浓混合气。在分层充气模式下，空气经过接近全开的节气门(节气门不能完全打开，因为要保持一定的真空用于活性炭罐装置和废气

再循环装置)引入燃烧室。此时，进气歧管阀会将下部进气道完全关闭，这样吸入的空气在

上部进气道流动的速度就加快了，于是空气会呈旋涡状流入气缸内。活塞上的凹坑会增强这种涡旋流动效果，与此同时，节气门会进一步打开，以便尽量减小节流损失。在压缩行程上止点前约60°时，高压燃油以100-150bar的压力喷入到火花塞附近。燃油的喷射时刻对混合气的形成有很大的影响，混合气形成只发生在40°-50°曲轴转角之间，如果曲轴转角小于这

个范围就无法点燃混合气，如果曲轴转角大干这个范围混合气就变成均质充气了，如此稀薄的均质混合气是无法点燃的。由于燃油喷射角非常小，所以燃油雾气实际并不与活塞顶接触，即称之为所谓的“空气引入”方式。并且只在火花塞附近聚集了具有良好点火性能的混合气，这些混合气在压缩行程中被点燃。另外在燃烧后，被点燃的混合气与气缸壁之间会出现一个隔离用的空气层，它的作用是降低通过发动机缸体散发掉的热量，提高了热效率。

分层充气模式并不是在整个特性曲线范围内都能实现的。特性曲线范围受到限制，这是因为当负荷增大时，需要使用较浓的混合气，燃油消耗方面的优势也就随之下降了。

2.均质稀混合气模式

这种工作模式的过量空气系数为1.55左右，在这种工作模式下也和分层充气一样是节气门开度大，进气歧管关闭。只不过是在点火上止点前300°左右时喷入燃油，形成混合气的时间也就比较长，有利于形成均匀的稀混合气，此种工作模式称为均质稀混合气模式。均质稀混合气模式是一种特殊的工作模式，像分层充气模式一样也只能在一定的转速范围内正常工作，并且还需要满足以下条件：

a.没有与排放系统有关的故障。

b.冷却液温度必须超过50℃。

c.氮氧化物催化转化器的温度为250-500℃范围内。

d.进气阀必须保持关闭状态。

均质稀薄燃烧，在这种运行模式中，燃油在进气冲程喷射，并且由于产生加速稀薄混合气燃烧的纵涡流，开关阀被关闭。这时，阻碍燃烧的废气再循环(EGR)暂不进行。与均质理论空燃比燃烧不同的是，吸入空气量超过燃油喷射量燃烧的需要，此时的过量空气系数大于1。