动力性与燃油经济性兼备的FSI 燃油直喷发动机

2013-05-09 18:05:57来源: 弗戈工业在线

与传统发动机相比,降低15%的燃油消耗意味着发动机的经济性提高了15%,这是FSI的各项技术不断改进的综合成果。

FSI是Fuel Stratified Injection的词头缩写,意指燃油分层喷射,是直喷式汽油发动机领域的一项创新的革命性技术。奥迪采用的FSI?燃油直喷技术在同等排量下实现了发动机动力性和燃油经济性的完美结合,是当今汽车工业发动机技术中最为成熟、最先进的燃油直喷技术,并引领了汽油发动机的发展趋势。

这一世界领先的发动机技术自问世起就为奥迪赢得了无数荣誉。从2001年6月开始,FSI汽油直喷发动机在世界上几乎最严峻的耐久性测试中就已经展现出超常的潜力。而由FSI发动机驱动的奥迪R8在勒芒大赛中多次夺魁,在ALMS美国勒芒系列赛上更是赢得了无数个冠军,无数次登上了领奖台。

将燃油直接喷射入气缸的FSI发动机相比将燃油喷射至进气歧管的传统发动机,其优点在于:

-动力性显著提高

-输出更高的功率和扭矩

-同时燃油消耗可降低15%

在设计上,FSI发动机与其他传统发动机的区别在于:与歧管喷射原理相反,FSI发动机配备了按需控制的燃油供给系统,每缸四气门,可变进气歧管以及进排气凸轮轴连续可调装置。汽油被直接喷入燃烧室,单活塞高压泵的共轨高压喷射系统负责提供精确的燃料,形成30到100巴之间的工作压力。同时,燃料室的几何设计以及毫秒级精确计算注入汽油量的功能大大提高了其压缩比,这也是高效新款发动机的必要先决条件。在进气道方面,FSI发动机采用可变进气歧管,由电子系统控制所需的空气流量,实现了无节流变质调节,提高了充气效率,从而获得更高的升功率,而发动机的动态响应也变得更为直接。

推动这种进步的主要因素是部分负荷状态下的分层进气原理。直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术,通过一个活塞泵提供所需的 100bar以上的压力,将汽油提供给位于气缸内的电磁喷射器。喷油嘴将喷射时间控制在千分之一秒内,将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室,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,保证了在顺利点火的情况下尽可能的实现稀薄燃烧。这就是分层燃烧的精髓所在。直喷发动机的另一个好处在于隔绝了已燃混合气向气缸壁和气缸盖的散热,从而降低了发动机的热损耗。

直喷式汽油发动机原理的特点是可采用两种不同的注油模式,即分层注油和均匀注油模式。在油门半开状态下,分层注油方式可充分发挥燃料的经济效益,因为这时只在火花塞周围才需要富含汽油可触发的油气混合物。而在燃烧室的其他地方只需注入含高比例空气的油气混合物。在日常驾驶条件下,直喷式汽油发动机技术的节油性能将更加显著,因为驾驶员可不断地来回更换采用分层注油和均匀注油两种模式。直喷式汽油发动机技术之所以能够实现分层注油原理,是因为它可控制燃烧室内的注油过程,并在完成触发之前直接注入燃料。这样就可大幅度减少燃烧所需的燃料—这是实现FSI发动机经济效益最重要的先决条件。

FSI发动机在提供更大的输出功率和扭矩的同时,进一步提高了发动机的燃油经济性并降低排放。与传统发动机相比,相同排量的FSI发动机燃油消耗量要显著降低,在能源日趋紧缺的今天更加凸现优势。

奥迪FSI发动机的新特点来自奥迪工程师们开发的大量关键组件,其中包括:

-为该技术专门设计的、单活塞高压泵的共轨高压喷射系统,负责提供充足的燃料,保证系统达到所需要的压力状态

-全新设计的每气缸配有4气门的新气缸盖,气门由凸轮滚子从动件驱动

-可持续控制进气的燃烧进程

- 排气循环回收系统

-改进的排气控制系统,带有NOx存储型催化式排气净化器和NOx感应器,现在低硫汽油的供应日益普及,发动机全面节油的潜力逐渐得以实现

第一台这种新一代发动机是4气缸2.0发动机,它的发动机组件以及尺寸和现在A4和A6上使用的发动机十分相似。它带有共轨喷射系统和一个单活塞高压泵。这台发动机每气缸配有4个进气阀,而非传统的5个进气阀,这一点与其它将燃油喷射到进气歧管的发动机有所不同。因为要给燃烧室内的喷嘴留出空间,这样的安排是必要的。“第一代汽油直喷汽油发动机还不能满足人们的高期望值”,雷诺发言人托马斯·梅因格勒说道。在他看来,第一代直喷发动机在减少能耗方面虽然已经卓有成效,但是同时价格也偏高。

现在整个汽车行业都将燃油的燃烧方式从增加氧气比重调整为一种更为合理均匀的燃油空气比值,在发动机研究上进行新尝试的时机似乎已经成熟。奥迪 (英戈尔施塔特)工程师克里斯蒂安·埃格尔迈尔期望FSI发动机也能够在市场上大获全胜,就像16年前的TDI柴油发动机一样。在发动机高转速或低转速时,两级进气歧管会调整到自动预设的两个长度。在进气凸轮上所安装的连续调节器,会根据发动机管理系统发出的信号改变进气气门的开启时间。

在发动机排气系统安装有实现有效控制尾气排放的重要组件,即排气再循环系统。新的系统比上一代系统运行效率更高,并能将30%的排放气体再次循环至发动机的燃烧室。

发动机上还安装了两个催化式排气转化器用来控制排放:其中一个多级三向转化器位于排气岐管的排放端,也就是说离发动机很近,而另一个NOx存储型转化器则位于底盘之下。

NOx存储型转化器是为满足燃油直喷发动机而特别设计的,在其排气侧装有一个NOx感应器。传统的三向催化式转化器无法在发动机燃烧不充分阶段将氮氧化物充分分解;因此排气中的成分将含有大量有害的化学物质。含有钡金属涂层的存储型催化式转化器能够高效地完成将大量残留氮氧化物转化为无害氮气的任务。

存储型转化器由设定的运行特性和温度控制。当转化器达到饱和,发动机会在短时间内生成更浓的混合气体。这会使排气的温度升高,这时转化器涂层的钡分子便开始释放氮氧化物。氮氧化物会随之被转化为氮气。净化高浓度混合气体程序的工作频率,由发动机的运行条件所决定,不过平均运行每分钟内,会有几秒钟的时间用来净化尾气。

与传统发动机相比,降低15%的燃油消耗意味着发动机的经济性提高了15%,这是FSI的各项技术不断改进的综合成果。而在西门子公司配件商 VDO(施瓦尔巴赫)董事克劳斯·埃格尔看来,汽油直喷式发动在节省燃油方面还有更大的潜力空间,在未来有望节省燃油20%甚至更多。

关键字:动力性  燃油  经济性  兼备

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2013/0509/article_7112.html
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