分層燃燒

　　FSI，它所代表的單詞直譯為燃油分層噴射，它是大眾汽車直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)志代碼。那么FSI發(fā)動(dòng)機(jī)有什么好處？裝載它的汽車又能帶給我們?cè)鯓拥捏@喜呢？

　　與那些把汽油噴入進(jìn)氣歧管的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，F(xiàn)SI發(fā)動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)有：動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、功率和扭矩可以同時(shí)提升、燃油消耗降低。

　　理論上，F(xiàn)SI發(fā)動(dòng)機(jī)有至少兩種燃燒模式：分層燃燒和均質(zhì)燃燒，有人還把均質(zhì)燃燒模式細(xì)分為均質(zhì)稀燃模式和均質(zhì)燃燒模式。從FSI所代表的Fuel Stratified Injection含義上看，分層燃燒應(yīng)該是FSI發(fā)動(dòng)機(jī)的精髓與特點(diǎn)，不過也可以理解為它的研發(fā)起點(diǎn)和基礎(chǔ)。

　　分層燃燒的好處在于熱效率高、節(jié)流損失少、有限的燃料盡可能多地轉(zhuǎn)化成工作能量。分層燃燒模式下節(jié)氣門不完全打開，保證進(jìn)氣管內(nèi)有一定真空度（可以控制廢氣再循環(huán)和碳罐等裝置）。這時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩大小取決于噴油量，與進(jìn)氣量和點(diǎn)火提前角關(guān)系不大。

　　分層燃燒模式在進(jìn)氣過程中節(jié)氣門開度相對(duì)較大，減少了一部分節(jié)流損失。進(jìn)氣過程中的關(guān)鍵是進(jìn)氣歧管中安置一翻版，翻版向上開啟（原理性質(zhì)，實(shí)際機(jī)型可能有所不同）封住下進(jìn)氣歧管，讓進(jìn)氣加速通過，與ω形活塞頂配合，相成進(jìn)氣渦旋。

　　分層燃燒時(shí)噴油時(shí)間在上止點(diǎn)前60°至上止點(diǎn)前45°，噴射時(shí)刻對(duì)混合氣的形成有很大影響，燃油被噴射在活塞頂?shù)陌伎觾?nèi)，噴出的燃油與渦旋進(jìn)氣結(jié)合形成混合氣。混合氣形成發(fā)生在曲軸轉(zhuǎn)角40°至50°范圍內(nèi)，如果小于這個(gè)范圍，混合氣無法點(diǎn)燃，若大于，就變成均質(zhì)狀態(tài)了。分層燃燒的空燃比一般在1.6-3之間。

　　點(diǎn)火時(shí)，只有火花塞周圍混合狀態(tài)較好的氣體被點(diǎn)燃，這時(shí)周圍的新鮮空氣以及來自廢氣再循環(huán)的氣體形成了很好的隔熱保護(hù)，減少了缸臂散熱，提升了熱效率。點(diǎn)火時(shí)刻的控制也很重要，它只在壓縮過程終了的一個(gè)很窄的范圍內(nèi)。

　　均質(zhì)稀燃模式混合氣形成時(shí)間長，燃燒均勻，通過精確控制噴油，可以達(dá)到較低的混合氣濃度。均質(zhì)稀燃的點(diǎn)火時(shí)間選擇范圍寬泛，有很好的燃油經(jīng)濟(jì)性。

　　均質(zhì)稀燃與分層燃燒的進(jìn)氣過程相同，油氣混合時(shí)間加長，形成均質(zhì)混合氣。燃燒發(fā)生在整個(gè)燃燒室內(nèi)，對(duì)點(diǎn)火時(shí)間的要求沒分層燃燒那么嚴(yán)格。均質(zhì)稀燃的空燃比大于1。

『FSI發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖』

　　均質(zhì)燃燒則能充分發(fā)揮動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，扭矩和功率高的特點(diǎn)。均質(zhì)燃燒進(jìn)氣過程中節(jié)氣門位置由油門踏板決定，進(jìn)氣歧管中的翻版位置視不同情況而定。當(dāng)中等負(fù)荷時(shí)，翻版依然是關(guān)閉的，有利于形成強(qiáng)烈的進(jìn)氣旋流，利于混合氣的形成與霧化。當(dāng)高速大負(fù)荷時(shí)，翻版打開，增大進(jìn)氣量，讓更多的空氣參與燃燒。均質(zhì)燃燒的噴油、混合氣形成與燃燒和均質(zhì)稀燃模式基本一樣。均質(zhì)燃燒情況下空燃比小于或等于1。

　　以上三種燃燒狀態(tài)是FSI發(fā)動(dòng)機(jī)特有的燃燒控制模式，但其中有些方面還停留在理論優(yōu)勢(shì)方面。現(xiàn)在奧迪在全球發(fā)布的FSI發(fā)動(dòng)機(jī)還都采用均質(zhì)燃燒模式，這不是說分層燃燒不可實(shí)現(xiàn)，而只是說分層燃燒實(shí)施的成本或時(shí)機(jī)還不成熟。主要表現(xiàn)在分層燃燒用稀混合氣，提高了缸內(nèi)溫度也提高了氮氧化物這樣的有害排放物。對(duì)于稀混合氣，普通的三元催化器很難把氮氧化物轉(zhuǎn)換干凈，那么需要額外的降低氮氧化物的催化轉(zhuǎn)換器，無疑加重了空間和成本的負(fù)擔(dān)。另外，現(xiàn)階段高硫含量的汽油對(duì)此催化器損害很大，因此還有改造煉油設(shè)備，提升燃油品質(zhì)的成本。

『奔馳的CGI發(fā)動(dòng)機(jī)也采用了直噴技術(shù)』

　　沒有了分層燃燒會(huì)不會(huì)讓FSI發(fā)動(dòng)機(jī)的原有優(yōu)勢(shì)蕩然無存？答案是否定的。即使沒有應(yīng)用分層燃燒，F(xiàn)SI發(fā)動(dòng)機(jī)還有能提升壓縮比，降低燃燒殘油量的特點(diǎn)。FSI發(fā)動(dòng)機(jī)采用缸內(nèi)直噴，汽油在缸內(nèi)蒸發(fā)產(chǎn)生內(nèi)部冷卻效果，這樣就降低了爆震的可能性，可適當(dāng)提升壓縮比。而進(jìn)氣渦旋與氣門正時(shí)的配合能使沒燃燒的殘油得到良好的再利用。這樣，F(xiàn)SI發(fā)動(dòng)機(jī)仍能在提高動(dòng)力，降低油耗方面有較大的作為。

　　FSI發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的效果可以從奧迪公司公布的發(fā)動(dòng)機(jī)指標(biāo)看出來。以3.2升FSI和4.2升FSI為例，對(duì)比的機(jī)型分別是以前的3.0升和4.2升汽油機(jī)。功率上，3.2升FSI發(fā)動(dòng)機(jī)是257馬力，比原機(jī)型的218馬力提升了39馬力，4.2升FSI發(fā)動(dòng)機(jī)的350馬力比原機(jī)型的335馬力提升了15馬力；在最大扭矩上，是3.2升FSI的330牛米對(duì)原機(jī)型的290牛米，4.2升FSI的440對(duì)原機(jī)型的420牛米。