什麼是分層燃燒?

1.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動機的標志代碼。那麼FSI發動機有什麼好處?裝載它的汽車又能帶給我們怎樣的驚喜呢?

與那些把汽油噴入進氣歧管的發動機相比,FSI發動機的主要優勢有:動態響應好、功率和扭矩可以同時提升、燃油消耗降低。

理論上,FSI發動機有至少兩種燃燒模式:分層燃燒和均質燃燒,有人還把均質燃燒模式細分為均質稀燃模式和均質燃燒模式。從FSI所代表的Fuel Stratified Injection含義上看,分層燃燒應該是FSI發動機的精髓與特點,不過也可以理解為它的研發起點和基礎。

分層燃燒的好處在於熱效率高、節流損失少、有限的燃料盡可能多地轉化成工作能量。分層燃燒模式下節氣門不完全打開,保證進氣管內有一定真空度(可以控制廢氣再循環和碳罐等裝置)。這時,發動機的扭矩大小取決於噴油量,與進氣量和點火提前角關系不大。

分層燃燒模式在進氣過程中節氣門開度相對較大,減少瞭一部分節流損失。進氣過程中的關鍵是進氣歧管中安置一翻版,翻版向上開啟(原理性質,實際機型可能有所不同)封住下進氣歧管,讓進氣加速通過,與omega;形活塞頂配合,相成進氣渦旋。

分層燃燒時噴油時間在上止點前60deg;至上止點前45deg;,噴射時刻對混合氣的形成有很大影響,燃油被噴射在活塞頂的凹坑內,噴出的燃油與渦旋進氣結合形成混合氣。混合氣形成發生在曲軸轉角40deg;至50deg;范圍內,如果小於這個范圍,混合氣無法點燃,若大於,就變成均質狀態瞭。分層燃燒的空燃比一般在1.6-3之間。

點火時,隻有火花塞周圍混合狀態較好的氣體被點燃,這時周圍的新鮮空氣以及來自廢氣再循環的氣體形成瞭很好的隔熱保護,減少瞭缸臂散熱,提升瞭熱效率。點火時刻的控制也很重要,它隻在壓縮過程終瞭的一個很窄的范圍內。

均質稀燃模式混合氣形成時間長,燃燒均勻,通過精確控制噴油,可以達到較低的混合氣濃度。均質稀燃的點火時間選擇范圍寬泛,有很好的燃油經濟性。

均質稀燃與分層燃燒的進氣過程相同,油氣混合時間加長,形成均質混合氣。燃燒發生在整個燃燒室內,對點火時間的要求沒分層燃燒那麼嚴格。均質稀燃的空燃比大於1。

均質燃燒則能充分發揮動態響應好,扭矩和功率高的特點。均質燃燒進氣過程中節氣門位置由油門踏板決定,進氣歧管中的翻版位置視不同情況而定。當中等負荷時,翻版依然是關閉的,有利於形成強烈的進氣旋流,利於混合氣的形成與霧化。當高速大負荷時,翻版打開,增大進氣量,讓更多的空氣參與燃燒。均質燃燒的噴油、混合氣形成與燃燒和均質稀燃模式基本一樣。均質燃燒情況下空燃比小於或等於1。

以上三種燃燒狀態是FSI發動機特有的燃燒控制模式,但其中有些方面還停留在理論優勢方面。現在奧迪在全球發佈的FSI發動機還都采用均質燃燒模式,這不是說分層燃燒不可實現,而隻是說分層燃燒實施的成本或時機還不成熟。主要表現在分層燃燒用稀混合氣,提高瞭缸內溫度也提高瞭氮氧化物這樣的有害排放物。對於稀混合氣,普通的三元催化器很難把氮氧化物轉換幹凈,那麼需要額外的降低氮氧化物的催化轉換器,無疑加重瞭空間和成本的負擔。另外,現階段高硫含量的汽油對此催化器損害很大,因此還有改造煉油設備,提升燃油品質的成本。

沒有瞭分層燃燒會不會讓FSI發動機的原有優勢蕩然無存?答案是否定的。即使沒有應用分層燃燒,FSI發動機還有能提升壓縮比,降低燃燒殘油量的特點。FSI發動機采用缸內直噴,汽油在缸內蒸發產生內部冷卻效果,這樣就降低瞭爆震的可能性,可適當提升壓縮比。而進氣渦旋與氣門正時的配合能使沒燃燒的殘油得到良好的再利用。這樣,FSI發動機仍能在提高動力,降低油耗方面有較大的作為。

FSI發動機產生的效果可以從奧迪公司公佈的發動機指標看出來。以3.2升FSI和4.2升FSI為例,對比的機型分別是以前的3.0升和4.2升汽油機。功率上,3.2升FSI發動機是257馬力,比原機型的218馬力提升瞭39馬力,4.2升FSI發動機的350馬力比原機型的335馬力提升瞭15馬力;在最大扭矩上,是3.2升FSI的330牛米對原機型的290牛米,4.2升FSI的440對原機型的420牛米。

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