理論上,fsi發(fā)動機(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
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,發(fā)動機(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。
分層燃燒時噴油時間在上止點(diǎn)前60°至上止點(diǎn)前45°,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?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,只有火花塞周圍混合狀態(tài)較好的氣體被點(diǎn)燃,這時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)火時刻的控制也很重要,它只在壓縮過程終了的一個很窄的范圍內(nèi)。
均質(zhì)稀燃
均質(zhì)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(dá)到較低的混合氣濃度。均質(zhì)稀燃的點(diǎn)火時間選擇范圍寬泛,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,油氣混合時間加長,形成均質(zhì)混合氣。燃燒發(fā)生在整個燃燒室內(nèi),對點(diǎn)火時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。
均質(zhì)燃燒
均質(zhì)燃燒則能充分發(fā)揮動態(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,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,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。
小結(jié)
以上三種燃燒狀態(tài)是fsi發(fā)動機(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)勢方面。奧迪在全球發(fā)布的fsi發(fā)動機(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。
沒有了分層燃燒會不會讓fsi發(fā)動機(jī)的原有優(yōu)勢蕩然無存?答案是否定的。即使沒有應(yīng)用分層燃燒,fsi發(fā)動機(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)氣渦旋與氣門正時的配合能使沒燃燒的殘油得到良好的再利用。這樣,fsi發(fā)動機(jī)仍能在提高動力,降低油耗方面有較大的作為。