缸內(nèi)直噴
在對(duì)能源和環(huán)保要求日趨嚴(yán)格的今天，即使是多點(diǎn)燃油噴射這樣的技術(shù)也不能滿(mǎn)足人們的要求了，于是更為精確的燃油噴射技術(shù)誕生，那就是缸內(nèi)直噴技術(shù)。
缸內(nèi)直噴就是將燃油噴嘴安裝于氣缸內(nèi)，直接將燃油噴入氣缸內(nèi)與進(jìn)氣混合。噴射壓力也進(jìn)一步提高，使燃油霧化更加細(xì)致，真正實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)地按比例控制噴油并與進(jìn)氣混合，并且消除了缸外噴射的缺點(diǎn)。同時(shí)，噴嘴位置、噴霧形狀、進(jìn)氣氣流控制，以及活塞頂形狀等特別的設(shè)計(jì)，使油氣能夠在整個(gè)氣缸內(nèi)充分、均勻的混合，從而使燃油充分燃燒，能量轉(zhuǎn)化效率更高。
但是缸內(nèi)直噴科技也并非無(wú)敵，因?yàn)閺慕?jīng)濟(jì)層面來(lái)看，采用缸內(nèi)直噴的供油系統(tǒng)除了在研發(fā)過(guò)程必須花費(fèi)更大成本，在部品構(gòu)成復(fù)雜且精密的情況下，零組件的價(jià)格也比起傳統(tǒng)供油系統(tǒng)來(lái)得昂貴，因此這些也都是未來(lái)缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)尚待克服的要素。
在國(guó)外大眾的1.4T發(fā)動(dòng)機(jī)上以及進(jìn)口尚酷1.4T，TSI代表的是Twincharger Fuel Stratified Injection這幾個(gè)單詞首字母的縮寫(xiě)，通過(guò)字母表面意思可以理解為雙增壓+分層燃燒+噴射的意思。TSI發(fā)動(dòng)機(jī)是在FSI技術(shù)的基礎(chǔ)之上,安裝了一個(gè)渦輪增壓器和一個(gè)機(jī)械增壓器,鑒于渦輪增壓和機(jī)械增壓的特性，機(jī)械增壓可以從怠速開(kāi)始就能為發(fā)動(dòng)機(jī)提供增壓效果,彌補(bǔ)了渦輪增壓系統(tǒng)的延時(shí)缺點(diǎn),所以TSI是一種極高效率的發(fā)動(dòng)機(jī)形式,會(huì)是動(dòng)力性與燃油燃油經(jīng)濟(jì)性的完美統(tǒng)一。
不過(guò)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的1.4T發(fā)動(dòng)機(jī)則閹割了機(jī)械增壓和分層燃燒，僅保留了渦輪增壓和缸內(nèi)直噴。
而大眾1.8/2.0TSI中的“TSI”則代表著Turbo Fuel Stratified Injection,通過(guò)字母表面意思可以理解為渦輪增壓+分層燃燒+缸內(nèi)直噴的意思，不過(guò)國(guó)內(nèi)則省掉了分層燃燒。
TFSI
FSI是大眾/奧迪的汽油缸內(nèi)直噴技術(shù)，F(xiàn)SI可將燃油直接噴入燃燒室，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱損失，從而增大了輸出功率并降低了燃油消耗，對(duì)于燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性都有幫助。
TFSI就是帶渦輪增壓(T)的FSI發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)TFSI，一般奧迪系列車(chē)型會(huì)這么稱(chēng)呼，大眾系列直噴且?guī)г鰤旱陌l(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén)SI。
不過(guò)由于國(guó)內(nèi)油品的問(wèn)題，國(guó)產(chǎn)奧迪TFSI并沒(méi)有使用分層燃燒技術(shù)。
FSI
FSI，它所代表的單詞直譯為燃油分層噴射，它是大眾汽車(chē)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(chē)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(guò)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(mén)不完全打開(kāi)，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(guò)程中節(jié)氣門(mén)開(kāi)度相對(duì)較大，減少了一部分節(jié)流損失。進(jìn)氣過(guò)程中的關(guān)鍵是進(jìn)氣歧管中安置一翻版，翻版向上開(kāi)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(guò)，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(wú)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?chē)旌蠣顟B(tài)較好的氣體被點(diǎn)燃，這時(shí)周?chē)男迈r空氣以及來(lái)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(guò)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(zhǎng)，燃燒均勻，通過(guò)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(guò)程相同，油氣混合時(shí)間加長(zhǎng)，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(méi)分層燃燒那么嚴(yán)格。均質(zhì)稀燃的空燃比大于1。
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(guò)程中節(jié)氣門(mén)位置由油門(mén)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(kāi)，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(shuō)分層燃燒不可實(shí)現(xiàn)，而只是說(shuō)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(wú)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。
沒(méi)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(wú)存?答案是否定的。即使沒(méi)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(mén)正時(shí)的配合能使沒(méi)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(lái)。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。
SIDI
通用將燃油直噴技術(shù)的代號(hào)為SIDI，SIDI是Spark Ignition Direct Injection的縮寫(xiě)，直譯為火花點(diǎn)燃直接噴射技術(shù)。
其實(shí)現(xiàn)的原理和一般的直噴發(fā)動(dòng)機(jī)并無(wú)二致：凸輪軸驅(qū)動(dòng)的燃油泵為供油系統(tǒng)提供高壓燃油，共軌噴油嘴將高壓燃油直接注入汽缸，點(diǎn)火時(shí)間就可以得到精確的控制，而且高壓噴射和極細(xì)的噴嘴設(shè)計(jì)則保證了噴油量的精確計(jì)算。缸內(nèi)直噴技術(shù)代替了傳統(tǒng)MPFI(多點(diǎn)電噴)技術(shù)之后，發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速下燃燒效率被進(jìn)一步提升。
另外，通用的SIDI技術(shù)依靠的是缸內(nèi)均質(zhì)燃燒來(lái)提升效率，并沒(méi)有使用稀薄分層燃燒技術(shù)。由于國(guó)內(nèi)油品的限制，引入國(guó)內(nèi)的直噴發(fā)動(dòng)機(jī)均不使用分層燃燒，通用的SIDI也沒(méi)有例外。不過(guò)沒(méi)有使用分層燃燒也是SIDI發(fā)動(dòng)機(jī)擁有不挑食的優(yōu)勢(shì)，官方產(chǎn)品手冊(cè)上也并沒(méi)有對(duì)SIDI發(fā)動(dòng)機(jī)做出任何特殊的養(yǎng)護(hù)要求，這也是它相比大眾系直噴發(fā)動(dòng)機(jī)最大的優(yōu)勢(shì)所在。
