動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性兼?zhèn)涞腇SI 燃油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)

　　這一世界領(lǐng)先的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)自問(wèn)世起就為奧迪贏得了無(wú)數(shù)榮譽(yù)。從2001年6月開(kāi)始，F(xiàn)SI汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)在世界上幾乎最嚴(yán)峻的耐久性測(cè)試中就已經(jīng)展現(xiàn)出超常的潛力。而由FSI發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的奧迪R8在勒芒大賽中多次奪魁，在ALMS美國(guó)勒芒系列賽上更是贏得了無(wú)數(shù)個(gè)冠軍，無(wú)數(shù)次登上了領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)。

　　將燃油直接噴射入氣缸的FSI發(fā)動(dòng)機(jī)相比將燃油噴射至進(jìn)氣歧管的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)在于：

　　-動(dòng)力性顯著提高

　　-輸出更高的功率和扭矩

　　-同時(shí)燃油消耗可降低15%

　　在設(shè)計(jì)上，F(xiàn)SI發(fā)動(dòng)機(jī)與其他傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別在于：與歧管噴射原理相反，F(xiàn)SI發(fā)動(dòng)機(jī)配備了按需控制的燃油供給系統(tǒng)，每缸四氣門，可變進(jìn)氣歧管以及進(jìn)排氣凸輪軸連續(xù)可調(diào)裝置。汽油被直接噴入燃燒室，單活塞高壓泵的共軌高壓噴射系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供精確的燃料，形成30到100巴之間的工作壓力。同時(shí)，燃料室的幾何設(shè)計(jì)以及毫秒級(jí)精確計(jì)算注入汽油量的功能大大提高了其壓縮比，這也是高效新款發(fā)動(dòng)機(jī)的必要先決條件。在進(jìn)氣道方面，F(xiàn)SI發(fā)動(dòng)機(jī)采用可變進(jìn)氣歧管，由電子系統(tǒng)控制所需的空氣流量，實(shí)現(xiàn)了無(wú)節(jié)流變質(zhì)調(diào)節(jié)，提高了充氣效率，從而獲得更高的升功率，而發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)也變得更為直接。

　　推動(dòng)這種進(jìn)步的主要因素是部分負(fù)荷狀態(tài)下的分層進(jìn)氣原理。直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)采用類似于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的供油技術(shù)，通過(guò)一個(gè)活塞泵提供所需的100bar以上的壓力，將汽油提供給位于氣缸內(nèi)的電磁噴射器。噴油嘴將噴射時(shí)間控制在千分之一秒內(nèi)，將燃料在最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間直接注入燃燒室，通過(guò)對(duì)燃燒室內(nèi)部形狀的設(shè)計(jì)，讓混合氣能產(chǎn)生較強(qiáng)的渦流使空氣和汽油充分混合。然后使火花塞周圍區(qū)域能有較濃的混合氣，其他周邊區(qū)域有較稀的混合氣，保證了在順利點(diǎn)火的情況下盡可能的實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒。這就是分層燃燒的精髓所在。直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的另一個(gè)好處在于隔絕了已燃混合氣向氣缸壁和氣缸蓋的散熱，從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱損耗。

　　直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)原理的特點(diǎn)是可采用兩種不同的注油模式，即分層注油和均勻注油模式。在油門半開(kāi)狀態(tài)下，分層注油方式可充分發(fā)揮燃料的經(jīng)濟(jì)效益，因?yàn)檫@時(shí)只在火花塞周圍才需要富含汽油可觸發(fā)的油氣混合物。而在燃燒室的其他地方只需注入含高比例空氣的油氣混合物。在日常駕駛條件下，直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的節(jié)油性能將更加顯著，因?yàn)轳{駛員可不斷地來(lái)回更換采用分層注油和均勻注油兩種模式。直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)分層注油原理，是因?yàn)樗�可控制燃燒室�?nèi)的注油過(guò)程，并在完成觸發(fā)之前直接注入燃料。這樣就可大幅度減少燃燒所需的燃料—這是實(shí)現(xiàn)FSI發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)效益最重要的先決條件。

　　FSI發(fā)動(dòng)機(jī)在提供更大的輸出功率和扭矩的同時(shí)，進(jìn)一步提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性并降低排放。與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，相同排量的FSI發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量要顯著降低，在能源日趨緊缺的今天更加凸現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。

　　奧迪FSI發(fā)動(dòng)機(jī)的新特點(diǎn)來(lái)自?shī)W迪工程師們開(kāi)發(fā)的大量關(guān)鍵組件,其中包括：

　　-為該技術(shù)專門設(shè)計(jì)的、單活塞高壓泵的共軌高壓噴射系統(tǒng)，負(fù)責(zé)提供充足的燃料，保證系統(tǒng)達(dá)到所需要的壓力狀態(tài)

　　-全新設(shè)計(jì)的每氣缸配有4氣門的新氣缸蓋，氣門由凸輪滾子從動(dòng)件驅(qū)動(dòng)

　　-可持續(xù)控制進(jìn)氣的燃燒進(jìn)程

　　- 排氣循環(huán)回收系統(tǒng)

　　-改進(jìn)的排氣控制系統(tǒng)，帶有NOx存儲(chǔ)型催化式排氣凈化器和NOx感應(yīng)器，現(xiàn)在低硫汽油的供應(yīng)日益普及，發(fā)動(dòng)機(jī)全面節(jié)油的潛力逐漸得以實(shí)現(xiàn)

　　第一臺(tái)這種新一代發(fā)動(dòng)機(jī)是4氣缸2.0發(fā)動(dòng)機(jī)，它的發(fā)動(dòng)機(jī)組件以及尺寸和現(xiàn)在A4和A6上使用的發(fā)動(dòng)機(jī)十分相似。它帶有共軌噴射系統(tǒng)和一個(gè)單活塞高壓泵。這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)每氣缸配有4個(gè)進(jìn)氣閥，而非傳統(tǒng)的5個(gè)進(jìn)氣閥，這一點(diǎn)與其它將燃油噴射到進(jìn)氣歧管的發(fā)動(dòng)機(jī)有所不同。因?yàn)橐�給燃燒室內(nèi)的噴嘴留出空間，這樣的安排是必要的。“第一代汽油直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)還不能滿足人們的高期望值”，雷諾發(fā)言人托馬斯·梅因格勒說(shuō)道。在他看來(lái)，第一代直噴發(fā)動(dòng)機(jī)在減少能耗方面雖然已經(jīng)卓有成效，但是同時(shí)價(jià)格也偏高。

　　現(xiàn)在整個(gè) 汽車行業(yè)都將燃油的燃燒方式從增加氧氣比重調(diào)整為一種更為合理均勻的燃油空氣比值，在發(fā)動(dòng)機(jī)研究上進(jìn)行新嘗試的時(shí)機(jī)似乎已經(jīng)成熟。奧迪(英戈?duì)柺┧��?工程師克里斯蒂安·埃格爾邁爾期望FSI發(fā)動(dòng)機(jī)也能夠在市場(chǎng)上大獲全勝，就像16年前的TDI柴油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣。在發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速或低轉(zhuǎn)速時(shí)，兩級(jí)進(jìn)氣歧管會(huì)調(diào)整到自動(dòng)預(yù)設(shè)的兩個(gè)長(zhǎng)度。在進(jìn)氣凸輪上所安裝的連續(xù)調(diào)節(jié)器，會(huì)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)改變進(jìn)氣氣門的開(kāi)啟時(shí)間。

　　在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)安裝有實(shí)現(xiàn)有效控制尾氣排放的重要組件，即排氣再循環(huán)系統(tǒng)。新的系統(tǒng)比上一代系統(tǒng)運(yùn)行效率更高，并能將30%的排放氣體再次循環(huán)至發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)上還安裝了兩個(gè)催化式排氣轉(zhuǎn)化器用來(lái)控制排放：其中一個(gè)多級(jí)三向轉(zhuǎn)化器位于排氣岐管的排放端，也就是說(shuō)離發(fā)動(dòng)機(jī)很近，而另一個(gè)NOx存儲(chǔ)型轉(zhuǎn)化器則位于底盤之下。

　　NOx存儲(chǔ)型轉(zhuǎn)化器是為滿足燃油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)而特別設(shè)計(jì)的，在其排氣側(cè)裝有一個(gè)NOx感應(yīng)器。傳統(tǒng)的三向催化式轉(zhuǎn)化器無(wú)法在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不充分階段將氮氧化物充分分解；因此排氣中的成分將含有大量有害的化學(xué)物質(zhì)。含有鋇金屬涂層的存儲(chǔ)型催化式轉(zhuǎn)化器能夠高效地完成將大量殘留氮氧化物轉(zhuǎn)化為無(wú)害氮?dú)獾娜蝿?wù)。

　　存儲(chǔ)型轉(zhuǎn)化器由設(shè)定的運(yùn)行特性和溫度控制。當(dāng)轉(zhuǎn)化器達(dá)到飽和，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)生成更濃的混合氣體。這會(huì)使排氣的溫度升高，這時(shí)轉(zhuǎn)化器涂層的鋇分子便開(kāi)始釋放氮氧化物。氮氧化物會(huì)隨之被轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻�凈化高濃度混合氣體程序的工作頻率，由發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件所決定，不過(guò)平均運(yùn)行每分鐘內(nèi)，會(huì)有幾秒鐘的時(shí)間用來(lái)凈化尾氣。

　　與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，降低15%的燃油消耗意味著發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性提高了15%，這是FSI的各項(xiàng)技術(shù)不斷改進(jìn)的綜合成果。而在西門子公司配件商VDO(施瓦爾巴赫)董事克勞斯·埃格爾看來(lái)，汽油直噴式發(fā)動(dòng)在節(jié)省燃油方面還有更大的潛力空間，在未來(lái)有望節(jié)省燃油20%甚至更多。