浅析大众FSI发动机技术.doc
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1、浅析大众 FSI 发动机技术摘 要文章重点介绍了大众 FSI 发动机的组成系统和工作原理,以及与进气管喷射发动机的不同点。 关键词FSI;发动机技术;工作原理 DOI10.13939/ki.zgsc.2015.41.048 1 引 言 汽车使用低污染节能发动机一直是政府和专业人士的目标,世界各国也都在寻找高压缩比、稀燃和快速燃烧的方案。但是高压缩比受到汽油辛烷值和爆震的限制,稀燃受到部分负荷时着火和燃烧稳定性的制约。改善燃烧室内的火焰燃烧过程和采用新型的代用燃料或燃料添加剂则是解决以上问题的常用办法。大众汽车公司在受到柴油机燃油喷射,副燃烧室首先着火(作为火源) ,副燃烧室混合气浓度高以及组织
2、气流运动促进燃烧等思路的启发下,开发了 FSI 这项新技术。 2 FSI 发动机系统组成 2.1 进气系统 大众 FSI 发动机的进气系统包括热膜空气质量流量计、电子节气门(EGAS) 、进气管压力传感器、废气再循环(EGR)阀和进气滚流阀(或涡流阀)等。其中前四种部件与电控进气道喷射汽油机上相同,在此只重点论述缸内直喷式汽油机所应用的进气滚流阀和涡流阀。 大众 FSI 发动机采用进气滚流的进气空气流动。发动机的基本结构对于气体流动方案的选择起着决定性的作用。在四气门汽油机上,若气门夹角较大,则大多采用滚流支持的直喷式燃烧过程比较有利,而气门夹角较小时则采用涡流支持的直喷式燃烧过程。对于两气门
3、汽油机而言,则大多选择涡流支持的直喷式燃烧过程。大众 FSI 汽油机所应用的进气滚流是进气空气通过进气道的导向而在汽缸中形成的绕垂直于汽缸中心线的轴线旋转的充量运动。 2.2 燃油系统 2.2.1 系统组成 低压电动燃油泵、燃油滤清器、高压燃油泵、燃油计量阀、蓄压油管、燃油压力传感器、高压喷油器等。如图 1、图 2 所示。2.2.2 电动燃油泵 低压燃油系统的压力是由燃油箱中的电动燃油泵提供的,装在燃油箱上部的燃油泵控制单元 J538 根据脉宽调制信号,控制电动燃油泵工作,使低压燃油系统压力维持在 0.050.5MPa。在冷热启动时使低压燃油系统的压力达到 0.65MPa 左右,用以保证发动机
4、的正常启动及工作。 2.3 系统构成及工作过程 FSI 燃油系统由低压系统和高压系统两部分构成,低压系统的油压为0.050.6 MPa,高压系统的油压随发动机负荷和转速的不同,在 411 MPa 变化。单活塞高压油泵由凸轮轴驱动,产生高油压。压力限制阀用于保护工作在高压下的零件,它在压力高于 12 MPa 时打开泄压,使高压部分与低压部分连通,当压力降低后立即关闭,这样高压系统中最高压力总是不会超过 12 MPa。燃油压力传感器 G247 检测高压系统中的燃油压力,并反馈给 ECM 形成对油压的闭环控制。燃油压力调节器 N290 由电磁衔铁控制针阀的开闭,针阀打开时泄压,关闭时升压,出于安全考
5、虑,断电时针阀打开,通电时针阀关闭,发动机控制单元 ECM 通过控制针阀开闭的时间比率来控制高压系统的油压。高压汽油通过一个分流轨道(高压共轨)到达电磁喷油器,然后通过电脑控制高压喷油器将燃料在恰当的时间直接注入燃烧室,其控制的精确度接近毫秒。为了能在较短时间内喷出大量的燃油,电脑控制高压喷油器由 90V 的直流电压控制。 2.4 点火系统 FSI 发动机的点火系统普遍采用分缸独立高能点火系统,各缸的高能点火线圈直接与火花塞相连,这与现代先进的进气道喷射汽油机无异,但 FSI 发动机的火花塞具有更高的性能。 2.5 排放系统 由于环保的需要及实现可持续发展的要求,要求除对于如NOX、CO、HC
6、 这些有害气体尽可能地减少外,尽量减少能形成温室效应的CO2 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,在空燃比等 30 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 NOX,为了解决此问题,FSI 发动机配置了NOX 存储式催化净化反应器。从 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元催化反应器,反应器的前后各有一个氧传感器来监控工作状态。在 NOX 存储式催化净化反应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
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