普通多点喷射发动机的喷油器是装在进气歧管上的,汽油在歧管内开始混合,然后再进入到汽缸中燃烧。而空气跟汽油的{zj0}混合比是14.7/1(也叫理论空燃比)。由于汽油跟空气是在进气歧管内混合,那么他们只能均匀的混合在一起,所以必须达到理论空燃比才能获得较好的动力性和经济性。FSI缸内直喷发动机,应用了稀薄燃烧技术,就是说它在正常工作情况下的空燃比要大于理论空燃比,混合气浓度比普通电喷发动机更低。混合气浓度降低了,那么经济性也随之提高,跑同样的路,应用稀燃技术的发动机就会更省油。
要获得更好的点火和燃烧条件,就必须把燃油直接喷射到汽缸中去。通过对燃烧室内部形状的设计,让混合气能产生较强的涡流使空气和汽油充分混合。然后使火花塞周围区域能有较浓的混合气,其他周边区域有较稀的混合气。这样才能在保证在顺利点火的情况下尽可能的实现稀薄燃烧。而这种在不同区域拥有不同混合气浓度的燃烧技术叫做分层燃烧技术。VAG的FSI就是应用了分层燃烧技术的一个典范。
如图的黄色区域,为汽油喷射区域。颜色越深代表浓度越大。由于活塞顶部设计了一个利于成涡流的凹坑,汽油喷射入活塞坑以后,可以向上运动到火花塞附近,在火花塞附近形成一个较浓的区域,有利于点火。当中心区域点燃以后,放出的热量要大大高于火花塞点火能量,因此就很容易引燃周边汽油浓度较小的区域实现稀薄燃烧。这就是VAG的分层燃烧技术。
燃油供应过程可以从上图看出,该系统在一个运转周期内使用了两次喷射。{dy}次喷射是在吸气行程的时候喷入部分汽油,让汽油跟空气能有充分的时间混合;第二次喷射,是在压缩终了时活塞接近上止点的时候喷入部分汽油,让火花塞周围形成较浓的区域,利于点火。而在整个压缩过程中,活塞顶部都在形成强烈的涡流,这样空气跟汽油就能混合得更均匀,燃烧更充分。
稀薄燃烧除了可以节省燃油,还有一个显著的特点就是可以使用高压缩比。普通发动机混合气浓度较大,如果压缩比过高就容易产生自燃。由于有了稀燃技术,混合气自燃的机率减低,那么压缩比也可以随之提高了。压缩比提高以后,带来的直接好处就是让汽油的燃烧效率更高。因为在高压状态下汽油燃烧所释放的能量比在低压状态下要多。而且在高压状态下汽油燃烧也更充分,有害物质的排放也更低。
了解了这么多FSI的工作特性,我们再来看看他对硬件方面比普通的电喷发动机有哪些额外的要求。
首先,FIS与普通发动机显著的区别就是它的喷油器安装在燃烧室上的,汽油直接喷注到汽缸当中去。而它的第二次喷射,是在压缩终了时进行的。此时汽缸内的压力非常高,油路必须具备比缸内更高的压力才能把汽油有效的喷注到汽缸当中去。这就对整个燃油供给系统提出了更高的要求。首先要使用高压汽油泵,燃油管道内的压力提高以后,管道的各个接头的密封处的强度也要随之提高,这样才能保证在正常使用时不会发生燃油泄露。这样,对喷油器的设计和制造工艺也提出了更高的要求。由于喷油器是直接安装在燃烧室上的,那么必须需要喷油器有耐高温的能力,而且供油压力提高以后对喷油嘴的精度也提出了更高的要求,因为喷油嘴要在高温高压的状态下保证良好的密封性能。
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