燃油分层喷射论文.docx
《燃油分层喷射论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《燃油分层喷射论文.docx（11页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
燃油分层喷射论文
阜新高等专科学校
毕业设计（论文）
汽油直喷技术
姓名:
苏函
系部:
工程系
专业:
汽车检测与维修
班级:
汽修08-
指导教师:
史向峰
完成日期2010年12月28日
摘要
在能源不断稀缺的今天，发动机被人们称为汽车的心脏，谁能让这个心脏减少耗能的同时又发挥更强的动力，谁也就能赢得未来更大的市场。
FSI是FuelStratifiedInjection的词头缩写，意指燃油分层喷射，该技术的运用使FSI发动机与传统发动机相比拥有更强劲的动力、更低的油耗、更大的输出功率和扭矩。
FSI发动机采用缸内直喷，汽油在缸内蒸发产生内部冷却效果，这样就降低了爆震的可能性，可适当提升压缩比。
而进气涡旋与气门正时的配合能使没燃烧的残油得到良好的再利用。
这样，FSI发动机仍能在提高动力，降低油耗方面有较大的作为。
FSI汽油直喷技术在同等排量下实现了发动机动力性和燃油经济性的完美结合，是当今汽车工业发动机技术中最为成熟、最先进的燃油直喷技术，并引领了汽油发动机的发展趋势
于FSI汽油直喷技术，有很多人都比较陌生。
为了让大家有个清楚的认识，本人收集了有关FSI汽油直喷技术的一些介绍供大家参考
关键词：
FSI燃油直喷降低油耗减少排放
目录
摘要1
目录2
绪论3
1.FSI技术的工作原理介绍4
1.1.充气系统4
1.1.1.分层充气模式4
1.1.2.均质稀混合气模式5
1.1.3.均质混合气模式5
1.2.燃油系统6
1.3.排放系统6
2.FSI技术的发展7
2.1.TFSI7
2.2.TSI7
3.各车型应用FSI技术实例8
3.1.奥迪A6L应用FSI技术对比8
3.2.大众速腾应用FSI技术对比9
3.3.大众途锐应用FSI技术对比10
总结11
致谢12
参考文献13
绪论
FSI是FuelStratifiedInjection的英文缩写，意指燃油分层喷射。
燃油分层喷射技术是电喷发动机利用电子芯片经过计算分析精确控制喷射量进入气缸燃烧，以提高使发动机混和燃油比例，进而提高发动机效率的一种技术。
与传统技术把燃油喷入进气歧管的发动机相比，FSI发动机的主要优势有：
动态响应好、功率和扭矩可以同时提升、燃油消耗降低，减少有害物质的排放量。
在科技飞速发展的今天，如何节能减排已经成为一个世界性的问题。
FSI技术的诞生是一个必然，FSI技术的发展，普及同样也是必然，何为FSI汽油直喷技术，为何FSI技术有着节能减排的能力，就是本论文所探讨的问题
1.FSI技术的工作原理介绍
FSI作为大众集团与本田的VTEC、丰田的VVT-I等相抗衡的发动机新技术，是近几年脱颖而出的世界上新型汽油发动机技术FSI系统使发动机的污染更小、燃油经济性更好、而且使发动机输出更加强劲。
日趋成熟起来的FSI技术，在大众集团内已经普遍采用。
FSI特点是能够降低泵吸损失，在低负荷时确保低油耗，但需要增加特殊催化转化器以有效净化处理排放气体。
FSI发动机是利用一个高压泵，使汽油通过一个共轨管到达电磁控制的高压喷油器。
它的特点是在进气道中产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态以分层填充的方式进入到燃烧室内，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。
混合气的空燃比达到25:
1，以上，根据燃烧理论这种稀薄混合气是无法点燃的，因此需要采用由浓至稀的分层燃烧方式。
通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，空燃比达到12:
1左右，外层逐渐稀薄。
浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。
FSI发动机与传统的燃油喷射系统在工作原理上有一定的差异。
主要表现在充气系统、燃油系统和排放系统等方面。
1.1.充气系统
FSI发动机采用的是类似柴油机工作方式将高压汽油直接喷入气缸爆发燃烧以获得动力。
相对于传统的汽油发动机而言，采用这种工作方式后由于汽油直接喷入每一个气缸，结合稀薄燃烧技术，使汽油直喷发动机在部分负荷范围内采用专门的充气模式来工作成为了现实。
现在的FSI发动机具有三种工作方式：
分层充气模式、均质稀混合气模式、均质混合气模式。
在不同的工况下采用不同的过量空气系数。
FSI发动机按照发动机负荷工况，基本上可以自动选择在低负荷时为分层稀薄燃烧，在高负荷时则为均质理论空燃比（14.6-14.7）燃烧。
在中间负荷状态时，采用均质稀混合气模式。
在三种运行模式中，燃料的喷射时间有所不同，真空作用的开关阀进行开启/关闭来控制进气气流的形态。
1.1.1.分层充气模式
在这种工作模式中过量空气系数为1.6-3。
过量空气系数大于1为稀混合气，过量空气系数等于1为均质混合力，过量空气系数小于1为浓混合气。
在分层充气模式下，空气经过接近全开的节气门（节气门不能完全打开，因为要保持一定的真空用于活性炭罐装置和废气再循环装置）引入燃烧室。
此时，进气歧管阀会将下部进气道完全关闭，这样吸入的空气在上部进气道流动的速度就加快了，于是空气会呈旋涡状流入气缸内。
活塞上的凹坑会增强这种涡旋流动效果，与此同时，节气门会进一步打开，以便尽量减小节流损失。
在压缩行程上止点前约60°时，高压燃油以100-150bar的压力喷入到火花塞附近。
燃油的喷射时刻对混合气的形成有很大的影响，混合气形成只发生在40°-50°曲轴转角之间，如果曲轴转角小于这个范围就无法点燃混合气，如果曲轴转角大干这个范围混合气就变成均质充气了，如此稀薄的均质混合气是无法点燃的。
由于燃油喷射角非常小，所以燃油雾气实际并不与活塞顶接触，即称之为所谓的“空气引入”方式。
并且只在火花塞附近聚集了具有良好点火性能的混合气，这些混合气在压缩行程中被点燃。
另外在燃烧后，被点燃的混合气与气缸壁之间会出现一个隔离用的空气层，它的作用是降低通过发动机缸体散发掉的热量，提高了热效率。
分层充气模式并不是在整个特性曲线范围内都能实现的。
特性曲线范围受到限制，这是因为当负荷增大时，需要使用较浓的混合气，燃油消耗方面的优势也就随之下降了
1.1.2.均质稀混合气模式
这种工作模式的过量空气系数为左右，这种工作模式下也和分层充气一样节气门开度大，进气歧管关闭。
只不过在点火上止点前300°左右时喷入燃油，形成混合气的时间比较长，有利于形成均匀的稀混合气，此种工作模式称为均质稀混合气模式。
均质稀混合气模式是一种特殊的工作模式，像分层充气一样也只能在一定转速范围内工作，并且还需要满足以下条件：
a.没有与排放系统有关的故障。
b.冷却液温度必须超过50°C。
c.氮氧化物催化剂的温度为250~500°C范围内。
d.进气阀必须保持关闭状态。
均质稀释燃烧，在这种运动模式中，燃油在进气冲程喷射，并且由于产生加速稀释混合空气的纵涡流，开关阀被关闭。
这是，阻碍燃烧的废弃再循环EGR暂不进行。
与均质理论空燃比不同的是，吸入空气量超过燃油喷射量燃烧的需要，此时过量空气系数大于1。
1.1.3.均质混合气模式
均质混合气模式的过量空气系数为1.节气门开度按照油门踏板的位置来控制，在发动机负荷较大转速较高时，进气阀就会完全打开，于是吸入的空气就经过上、下进气道进入气缸。
燃油喷射并不是像分层充气模式那样在压缩行程时发生，而是发生在进气行程中，这样燃油和空气就有李更充足的时间来混合，并且可以利用空气的流动旋转的涡流来击碎燃油颗粒，使之混合更加充分。
均质模式的优点在于燃油是直接喷入燃烧室内，而吸入的空气可抽走一部分燃油汽化时所产生的热量。
这种内部冷却可以降低爆震趋势，因此可以提高发动机的压缩比和热效率。
在高负荷中所进行的均质理论空燃比燃烧中，燃油则是在进气冲程中喷射。
理论空燃比的均质混合气易于燃烧，不必借助涡流作用，因此，由于进气阻力减少，开关阀打开。
而在全负荷以外，进行废气再循环，限制泵吸损失，采用直喷化可使压缩比提高到12:
1，即使在均质理论空燃比混合气燃烧中，仍能降低燃油耗。
1.2.燃油系统
FSI发动机的燃油系统由低压系统和高压燃油系统两部分构成。
在低压系统中，电动燃油泵把3-6bar的燃油经滤清器供应给高压泵，从高压燃油泵来的回油直接进入燃油箱。
低压系统中，发动机正常工作时的工作压力为3bar左右，起动时达到6bar的压力。
FSI发动机一般是以单柱塞高压泵将从低压系统中过来的低压燃油加压到100-150bar（取决于发动机的转速和负荷），然后送入共轨管，由共轨管再把燃油分配到各个高压喷油器。
共轨管设计的足够大，以至于可以补偿在喷油时产生的轻微的压力波动。
为了能在较短的时间内喷出大量的燃油，FSI发动机使用高达90V的直流电压来控制高压喷油器。
1.3.排放系统
缸内直喷技术是伴随着稀燃技术的产生而产生的。
由于环保的需要及实现可持续发展的要求，除对NOx，CO、HC这些有害气体尽可能的减少外，尽量减少能形成温室效应的（CO2）二氧化碳和相应的减少能源的浪费已成为当今发动机发展的方向。
据试验，在过量空气系数等于3的稀混合气模式下发动机依然可以工作，因此采用FSI技术其节油效果最高可达20%。
稀薄燃烧技术的一个障碍是NOx的净化，这是因为在富氧环境中会产生大量的NOx，为了解决此问题，FSI发动机配置了存储式NOx催化转化器。
FSI发动机的排气系统中可以看出，在靠近发动机一侧安装有常用的三效催化转化器，转化器的前后各有一个氧传感器来监控工作状态。
在存储式NOx催化转化器前部的排气温度传感器将测得的排气温度传给发动机控制单元，发动机控制单元用此温度计算存储式NOx催化净化转化器的温度，并将此信息用于下面两种情况。
1.在分层充气模式时混合气是比较稀的，并且NOx只有在250℃-500℃之间才能存储在存储式NOx催化转化器内。
因此发动机控制单元用此信息在监控分层充气模式时的排气温度，在温度达不到存储式NOx催化转化器正常工作要求时，通过发动机控制单元推迟点火时刻和工作模式等方法使之迅速达到催化的工作温度。
2.存储式NOx催化转化器的结构和三效催化转化器是一样的，转化器的涂层另外用氧化钡处理过，这就可使氮氧化物在温度为250℃-500℃之间时通过形成硝酸盐而存储起来。
除了形成硝酸盐外，燃油中所含的硫也会存储起来。
存储式NOx催化转化器的存储能力是有限的，其饱和度由NOx传感器来通知发动机控制单元，发动机控制单元会采取一定的措施来对存储式NOx催化转化器进行还原
2.FSI技术的发展
FSI是给发动机的喷射方式带来了革命，它让一款普通发动机的各种性能都得到了提升，而FSI再往上发展就变得更加容易了。
TFSI是在FSI基础上加入了涡轮增压技术;而TSI技术与FSI并没有什么相关性。
2.1.TFSI
TFSI（涡轮增压燃油分层喷射发动机），这个比FSI多出来的T字代表的则是涡轮增压（Turbocharger），而发动机本身也的确是在FSI发动机的基础上增加了一个涡轮增压器。
涡轮增压是利用排气的高温高压推动废气涡轮高速转动，在带动进气涡轮压缩进气，提高空气密度，同时电脑控制增大喷油量，配合高密度的进气，因此可以在排量不变的条件下提高发动机工作效率。
2.2.TSI
TSI（涡轮机械增压燃油分层喷射发动机）的设计非常巧妙，它实际上是把一个涡轮增压器（Turbocharger）和机械增压器（Supercharger）一起装到一台发动机里面。
TSI中的T不是指Turbocharger而是Twincharger（双增压）的意思。
上文我们讲到涡轮增压发动机在较低和较高转速时都有一个动力的空挡，为了进一步提高发动机的效率，增加一个机械增压装置，并让它在低转速时加大进气压力。
而涡轮增压器的尺寸可以再大一些，去弥补高转速时的动力空挡，从而达到一个从低到高转速的全段优异动力表现。
3.各车型应用FSI技术实例
3.1.奥迪A6L应用FSI技术对比
车型名称
奥迪A6L4.2FSIquattro至尊旗舰型
奥迪A6L4.2quattro至尊旗舰型
上市时间
2006-01
2005-01
发动机技术
4.2升/V型8缸/4气阀技术/燃油直接喷射式汽油机
V型8缸/5气阀技术/电控多点燃油喷射/双顶置凸轮轴/可变相位/2级可变长度进气歧管
变速箱型号
6档手自一体
6档手自一体
排量
4163cc
4163cc
最大功率
257/6800KW/rpm
246/6600KW/rpm
0-100km/h加速时间
6.4秒
6.5秒
最高时速
265.0km/h
250.0km/h
厂商油耗
8.7L/100km
9.2L/100km
供油方式
电子喷射
电子喷射
排放标准
欧Ⅳ标准
欧Ⅳ标准
3.2.大众速腾应用FSI技术对比
车型名称
速腾1.8TSI自动冠军版
速腾1.8T自动舒适型
上市时间
2010-05
2007-01
发动机技术
直列四缸，16气阀，电控燃油缸内直接喷射涡轮增压发动机
四冲程直列四缸/水冷20气阀/顶置气门带中冷器的涡轮增压/电子电控燃油多点喷射汽油发动机
变速箱型号
6档手自一体
6档手自一体
排量
1798cc
1781cc
最大功率
118/5000-6200KW/rpm
110/5800KW/rpm
0-100km/h加速时间
9.9秒
10.2秒
最高时速
210.0km/h
203.0km/h
厂商油耗
6.3L/100km
7.6L/100km
供油方式
多点电子喷射
电子喷射
排放标准
国IV标准
欧Ⅲ标准
\
3.3.大众途锐应用FSI技术对比
车型名称
途锐4.2FSI舒适型
途锐4.2V8顶级版
上市时间
2007-01
2006-01
发动机技术
V型8缸FSI汽油直喷发动机
V型8缸汽油机
变速箱型号
6档手自一体
6档手自一体
排量
4163cc
4172cc
最大功率
257/6800KW/rpm
228/6200KW/rpm
0-100km/h加速时间
7.5秒
8.1秒
最高时速
244.0km/h
225.0km/h
厂商油耗
9.2L/100km
14.8L/100km
供油方式
电子喷射
电子喷射
排放标准
欧Ⅳ标准
欧Ⅲ标准
综上所述，奥迪A6L最大功率提升4.5%，最高时速提高6.25%，百公里油耗减少5.56%。
大众速腾最大功率提升8.2%，最高时速提高3.7%，百公里油耗减少5.9%。
大众途锐功率提升12.6%，最高时速提高8.5%，百公里油耗减少37.8%。
综合最大功率提升8.6%，综合最高时速提高6.1%，综合油耗减少16.4%。
速腾和途锐的排放标准均有一个级别的提升
总结
FSI汽油直喷技术在同等排量下实现了发动机动力性和燃油经济性的完美结合，是当今汽车工业发动机技术中最为成熟、最先进的燃油直喷技术，并引领了汽油发动机的发展趋势。
FSI技术的应用对于提升发动机功率，减少油耗，降低排放标准有十分显著的作用。
因此，FSI汽油直喷技术的发展十分有利于环境的改善，能源的节省，值得大家去了解，去研究，去应用。
致谢
三年的时光转瞬即逝，在高专三年的学习生活中，我努力过，追求过，幻想过，茫然过，失败过也成功过。
我所获得的不仅仅是老师教导我的知识，更多的是学会了高专教给我的坚强，执着。
正如校训所说的修德励能，我今后也会以此为人生的标准，无论今后的道路是平坦还是坎坷，努力汲取知识，厚积薄发，相信总有成功的一天。
感谢我的班主任王健老师对我的关爱，照顾。
感谢孟宪臣老师，王丹老师。
纪莲老师，史向峰老师，翟锁森老师，无私的教导。
感谢我的母校阜新高专，因为你我才走入大学的殿堂。
在此祝愿各位老师身体健康，工作顺利。
祝愿母校阜新高专辉煌腾达，桃李天下。
参考文献
[1]孟宪臣，汽车发动机控制电脑结构原理与维修技术，阜新高等专科学校内部教材，第二版
[2]陈丙辰，汽车传感器使用与检修，金盾出版社，2002
[3]张西振，汽车发动机构造与维修，机械工业出版社，2005
[4]《汽车与配件》网络杂志，2008-22
升级会员 