FSI發動機是Fuel Stratified Injection，意思是燃油分層噴射，是基於GDI（缸內直噴式發動機）的一種技術。與常規的氣道噴射點燃式發動機相比，FSI將燃油直接噴入燃燒室，由於噴霧的氣化冷卻作用，它最佳化了充氣效率，由於實現了汽油機的質調節，不再需要節氣門，大大降低了進氣損失，分層燃燒減少了發動機的傳熱損失，從而增大了滿負荷的輸出功率並降低了部分負荷的燃油消耗。
基本介紹
- 中文名：燃料分層噴射技術發動機
- 外文名：Fuel Stratified Injection
- 簡稱：FSI
- 類型：發動機稀燃技術
簡介,技術精髓,運作模式,發展趨勢,FSI特點,綜合描述,
簡介
FSI是Fuel Stratified Injection的字母簡寫，中文意思是燃料分層噴射技術，它代表著今後引擎的一個發展方向。 燃油分層噴射技術是發動機稀燃技術的一種。什麼叫稀燃？顧名思義就是發動機混合氣中的汽油含量低，汽油與空氣之比可達1：25以上。
大眾FSI發動機利用一個高壓泵，使汽油通過一個分流軌道（共軌）到達電磁控制的高壓噴射氣門。它的特點是在進氣道中已經產生可變渦流，使進氣流形成最佳的渦流形態進入燃燒室內，以分層填充的方式推動，使混合氣體集中在位於燃燒室中央的火花塞周圍。如果稀燃技術的混合比達到25：1以上，按照常規是無法點燃的，因此必須採用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內空氣的運動在火花塞周圍形成易於點火的濃混合氣，混合比達到12：1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點燃後，燃燒迅速波及外層。
技術精髓
是通過電腦採集凸輪位置和曲軸位置以及發動機各相關工況從而控制噴油嘴將汽油噴入進氣歧管。汽油在歧管內開始混合，然後再進入到汽缸中燃燒。空氣跟汽油的最佳混合比是14.7/1（也叫理論空燃比），傳統發動機由於汽油跟空氣是在進氣歧管內混合，那么他們只能均勻的混合在一起，所以必須達到理論空燃比才能獲得較好的動力性和經濟性，但由於噴油嘴離燃燒室有一定的距離，汽油同空氣的混合情況受進氣氣流和氣門開關的影響較大，並且微小的油顆粒會吸附在管道壁上，這就使理論空燃比很難達到，這是傳統發動機無法解決的一個問題。
要想解決這一難題，就必須把燃油直接噴射到汽缸中去，這就是奧迪的FSI燃油直噴發動機可以做到的。直噴式汽油發動機採用類似於柴油發動機的供油技術，通過一個活塞泵提供所需的100bar以上的壓力，將汽油提供給位於汽缸內的電磁噴射器，然後通過電腦控制噴射器將燃料在最恰當的時間直接注入燃燒室，通過對燃燒室內部形狀的設計，讓混合氣能產生較強的渦流使空氣和汽油充分混合。然後使火花塞周圍區域能有較濃的混合氣，其他周邊區域有較稀的混合氣，保證了在順利點火的情況下儘可能的實現稀薄燃燒。這就是分層燃燒的精髓所在。
運作模式
分層注油和均勻注油模式。在發動機低速或中速運轉時採用分層注油模式，此時節氣門為半開狀態，空氣由進氣管進入汽缸撞在活塞頂部，由於活塞頂部製作成特殊的形狀從而在火花塞附近形成期望中的渦流。當壓縮過程接近尾聲時，少量的燃油由噴射器噴出，形成可燃氣體。這種分層注油方式可充分提高發動機的經濟性，因為在轉速較低、負荷較小時除了火花塞周圍需要形成濃度較高的油氣混合物外，燃燒室的其它地方只需空氣含量較高的混合氣即可，而FSI使其與理想狀態非常接近。當節氣門完全開啟，發動機高速運轉時，大量空氣高速進入汽缸形成較強渦流並與汽油均勻混合。從而促進燃油充分燃燒，提高發動機的動力輸出。電腦不斷的根據發動機的工作狀況改變注油模式，始終保持最適宜的供油方式。燃油的充分利用不僅提高了燃油的利用效率和發動機的輸出而且改善了排放。
FSI直噴發動機既然有如此多的技術優勢，相應的其對發動機硬體或者油品的要求必然也很高。首先，它的噴油器安裝在燃燒室上的，汽油直接噴注到汽缸當中去，油路必須具備比缸內更高的壓力才能把汽油有效的噴注到汽缸當中去。燃油管道內的壓力提高以後，管道的各個接頭的密封處的強度也要隨之提高。這樣，對噴油器的設計和製造工藝也提出了更高的要求。而且由於噴油器是直接安裝在燃燒室上的，那么必須需要噴油器有耐高溫的能力。其次，FSI直噴發動機的壓縮比很高，達到了驚人的11.5，在這種情況下對油的標號和油質要求就很嚴格。就中國的情況來說，必須使用98號的高清潔度汽油。
發展趨勢
FSI缸內直噴發動機非常適合油價容易上漲的市場需要。作為奧迪公司和競爭對手抗衡的一張王牌，這款發動機有它自身強大的生命力，必然會引領發動機的發展趨勢。
FSI特點
能夠降低泵吸損失，在低負荷時確保低油耗，但需要增加特殊催化轉換器以有效淨化處理排放氣體。下面分別詳細闡述：
FSI發動機按照發動機負荷工況，基本上可以自動選擇2種運行模式。在低負荷時為分層稀薄燃燒，在高負荷時則為均質理論空燃比（14.6-14.7）燃燒。在這兩種運行模式中，燃料的噴射時間有所不同，真空作動的開關閥進行開啟/關閉。在高負荷中所進行的均質理論空燃比燃燒中，燃油則是在進氣衝程中噴射。理論空燃比的均質混合氣易於燃燒，不必藉助渦流作用，因此，由於進氣阻力減少，開關閥打開。而在全負荷以外，進行廢氣再循環，限制泵吸損失，由於直噴化而使壓縮比提高到12.1，即使在均質理論空燃燒比混合氣燃燒中，仍能降低燃油耗。進一步說，在FSI發動機中，在低負荷與高負荷之間，作為第三運行模式而設定均質稀薄燃燒，在這種運行模式中，燃油在進氣衝程噴射，並且由於產生加速稀薄混合氣燃燒的縱渦流，開關閥被關閉。這時，阻礙燃燒的廢氣再循環（EGR）暫不進行。與均質理論空燃比燃燒不同的是，吸入空氣量超過燃油的噴射量。
綜合描述
如上所述，根據FSI發動機運轉狀態，在分層稀薄燃燒到均質理論空燃比燃燒過程中，空燃比連續變化。因此，三效催化轉化器不能夠淨化排放氣體中的NOx。這是因為三效催化轉化器要利用排氣中的HC或CO進行NOx還原反應的緣故。在稀薄燃燒中，在排放氣體中殘留很多氧氣，不能進行NOx還原反應。為了使NOx吸儲型催化劑獲得高效功能，其溫度必須保持在250-500℃範圍內。當超過這一溫度範圍發動機會自動轉換到均質理論空燃比燃燒，並通過三效催化轉化器進行廢氣處理。然而這又與燃油經濟性下降相關，為此，必須增加廢氣冷卻裝置。利用這種冷卻裝置，排放氣體通過NOx吸儲型催化轉化而被冷卻，由於稀薄燃燒的範圍寬，催化轉化器的壽命也延長。然而，NOx吸儲型催化轉化器會受到硫侵蝕而中毒，所以必須把汽油中的含硫量儘量降低到最少。但是，如前所述，含硫低的汽油不是到處能供應的。大眾汽車公司採取的措施是，把催化劑反應溫度提高到650°以上，從而把附著在催化劑上的硫通過燃燒而加以消除。
在高速行駛時，能夠保持這樣高的催化劑溫度，但是，在城市內行駛時則催化劑溫度下降，就不能燒除附著在催化劑的硫。為此，通過NOx感測器監視硫附著在催化劑上的程度，根據監測情況提高排放氣體的溫度。作為其措施，一般採用點火正時延遲，儘管這樣做會引起燃油經濟性惡化，但是為了淨化處理NOx，這是不得已而為之。
