大众汽车 FSI发动机技术解析

本文由：   编辑于：2011-10-19

均质混合气模式的过量空气系数为1。节气门开度按照油门踏板的位置来控制，在发动机负荷较大且转速较高时，进气阀就会完全打开，于是吸入的空气就经过上、下进气道进入气缸。燃油喷射并不是像分层充气模式那样在压缩行程时发生，而是发生在进气行程中，这样燃油和空气就有李更充足的时间来混合，并且可以利用空气的流动旋转的涡流来击碎燃油颗粒，使之混合更加充分。【昆明汽修技术学校】

均质模式的优点在于燃油是直接喷入燃烧室内，而吸入的空气可抽走一部分燃油汽化时所产生的热量。这种内部冷却可以降低爆震趋势，因此可以提高发动机的压缩比和热效率。在高负荷中所进行的均质理论空燃比燃烧中，燃油则是在进气冲程中喷射。理论空燃比的均质混合气易于燃烧，不必借助涡流作用，昆明汽修技术学校 因此，由于进气阻力减少，开关阀打开。而在全负荷以外，进行废气再循环，限制泵吸损失，采用直喷化可使压缩比提高到12:1，即使在均质理论空燃比混合气燃烧中，仍能降低燃油耗。

      燃油系统

      FSI发动机的燃油系统由低压系统和高压燃油系统两部分构成。在低压系统中，电动燃油泵把3-6bar的燃油经滤清器供应给高压泵，从高压燃油泵来的回油直接进入燃油箱。低压系统中，发动机正常工作时的工作压力为3bar左右，起动时达到6bar的压力。FSI发动机一般是以单柱塞高压泵将从低压系统中过来的低压燃油加压到100-150bar(取决于发动机的转速和负荷)，然后送入共轨管，由共轨管再把燃油分配到各个高压喷油器。共轨管设计的足够大，以至于可以补偿在喷油时产生的轻微的压力波动。为了能在较短的时间内喷出大量的燃油，FSI发动机使用高达90V的直流电压来控制高压喷油器。【昆明汽修技术学校】

      排放系统

      缸内直喷技术是伴随着稀燃技术的产生而产生的。由于环保的需要及实现可持续发展的要求，除对NOx，CO、HC这些有害气体尽可能的减少外，尽量减少能形成温室效应的（CO2）二氧化碳和相应的减少能源的浪费已成为当今发动机发展的方向。据试验，在过量空气系数等于3的稀混合气模式下发动机依然可以工作，因此采用FSI技术其节油效果较高可达20%。稀薄燃烧技术的一个障碍是NOx的净化，这是因为在富氧环境中会产生大量的NOx，为了解决此问题，FSI发动机配置了存储式NOx催化转化器。昆明汽修技术学校 FSI发动机的排气系统中可以看出，在靠近发动机一侧安装有常用的三效催化转化器，转化器的前后各有一个氧传感器来监控工作状态。在存储式NOx催化转化器前部的排气温度传感器将测得的排气温度传给发动机控制单元，发动机控制单元用此温度计算存储式NOx催化净化转化器的温度，并将此信息用于下面两种情况。

      1.在分层充气模式时混合气是比较稀的，并且NOx只有在250℃-500℃之间才能存储在存储式NOx催化转化器内。因此发动机控制单元用此信息在监控分层充气模式时的排气温度，在温度达不到存储式NOx催化转化器正常工作要求时，通过发动机控制单元推迟点火时刻和工作模式等方法使之迅速达到催化的工作温度。

      2.存储式NOx催化转化器的结构和三效催化转化器是一样的，转化器的涂层另外用氧化钡处理过，这就可使氮氧化物在温度为250℃-500℃之间时通过形成硝酸盐而存储起来。除了形成硝酸盐外，燃油中所含的硫也会存储起来。存储式NOx催化转化器的存储能力是有限的，其饱和度由NOx传感器来通知发动机控制单元，发动机控制单元会采取一定的措施来对存储式NOx催化转化器进行还原。还原过程分成两种。【昆明汽修技术学校】

 a.氮氧化物的还原。当存储式NOx催化转化器内的氮氧化物的浓度超过发动机控制单元内的规定值时，就会发生氮氧化物的还原过程。发动机控制单元使得发动机从分层充气模式切换到均匀模式，混合气变浓，排放的尾气温度升高，存储式NOx催化转化器内的温度也就升高，此时所形成的硝酸盐变得不稳定，当环境条件符合还原时，硝酸盐就可以分解了。这时氮氧化物就转换成无害的氮气，存储的硝酸盐清空后，该循环又重新开始。

      b.硫的还原。这是个单独的过程，因为产生的硫的化学稳定性很高，这些硫在氮氧化物的还原过程中是不会分解的。硫也会占据存储空间，这会导致在较短的间隔内存储式催化转化器就会饱和。一旦超过了规定值，发动机管理系统就会采取从分层充气模式切换到均质模式工作或者是将点火时刻延迟等措施。昆明汽修技术学校 这就将存储式NOx催化转化器的工作温度提高到650℃左右，产生的硫就发生反应并形成二氧化硫（SO2）。如果燃油中含硫较少，那么除去硫的时间间隔也长，但燃油含硫多，就会经常进行这种还原过程。在大负荷、高转速行车时会自动去硫。

      FSI燃料分层喷射技术代表着传统汽油发动机的一个发展方向。传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮位置以及发动机各相关工况从而控制喷油器将汽油喷入进气歧管。但由于喷油器离燃烧室有一定的距离，汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大，并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上，所以希望喷油器能够直接将燃油喷入气缸。FSI发动机技术就是大众集团开发的用来改善传统汽油发动机供油方式的不足而研制的缸内直接喷射技术。先进的直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个柱塞泵提供所需的100bar以上的压力，将汽油提供给位于气缸内的电磁阀喷油器。

然后通过电脑控制喷油器将燃料在恰当的时间直接注入燃烧室，其控制的度接近毫秒，其关键是考虑喷油器的安装，必须在气缸上部留给其一定的空间。由于气缸顶部布置了火花塞和多个气门，已经相当紧凑，所以将其布置在进气门侧。由于喷油器的加入导致了对设计和制造的要求都相当的高。昆明汽修技术学校 另外FSI发动机对燃油品质的要求也比较高，目前的油品状况可能很难达到FSI发动机的要求，所以部分装配了FSI进口发动机的波罗轿车出现了发动机对油品的不适应，为此上海大众重新改写了波罗发动机控制单元的软件。

此外，FSI技术采用了两种不同的注油模式，即分层注油和均匀注油模式。发动机低速或中速运转时采用分层注油模式。此时节气门为半开状态，空气由进气管进入气缸撞在活塞顶部，由于活塞顶部制作成特殊的形状从而在火花塞附近形成期望中的涡流。当压缩过程接近尾声时，少量的燃油由喷油器喷出，形成可燃气体。

这种分层注油方式可充分提高发动机的经济性，因为在转速较低、负荷较小时除了火花塞周围需要形成浓度较高的油气混合物外，燃烧室的其它地方只需空气含量较高的混合气即可，而FSI使其与理想状态非常接近。当节气门完全开启，发动机高速运转时，大量空气高速进入气缸形成较强涡流并与汽油均匀混合。从而促进燃油充分燃烧，提高发动机的动力输出。电脑不断的根据发动机的工作状况改变注油模式，始终保持较适宜的供油方式。燃油的充分利用不仅提高了燃油的利用效率和发动机的输出而且改善了排放。
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