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不懂就看 深度解析FSI/TFSI/TSI引擎  

2008-10-07 23:57:50|  分类: 汽车技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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   油价飚升,用车成本增加,一时间如何节油成为最为热门的话题。其实节油的方式有多种,而归纳下来无非有两种即良好的驾驶方式和车子的硬件。在有了良好的驾驶方式之外,那么剩下的就全交给硬件了。车子流线性、车重、发动机和变速器的匹配是否恰当等都会直接影响油耗。而硬件当中,关键之关键就在于“心脏”即发动机了,那么一滴油如何压榨出更为出色的动力呢,日系车始终是自然吸气追崇者,而德系却将增压器发挥的如火如荼。

     其实思维缜密将机械发挥到极至的德国人不仅仅在研究“Turbo”,大众在运用增压的同时还引入了缸内直喷、分层燃烧等等技术。随着大众TIGUAN引进,其主达的1.4TSI引擎将率先引入国内,代替速腾的1.8T车型。又一款TSI来了,这些让人看车眼晕代表发动机的字母再此出现在眼前,TSI到底是什么,又与FSI、TFI有何区别与联系呢?好文不敢独享,发上来以飨读者:

     FSI:Fuel Stratified Injection即分层燃烧+缸内直喷

     FSI引擎优点:引擎采用缸内直喷+分层燃烧技术,不需要节气门,于同排量的发动机相比可节约15%的燃油经济性。

               劣势:对发动机硬件、制造工艺和油品要求较高

     标榜的FSI引擎实质上只剩下了FI,取消了分层燃烧。

     现在常用的电喷汽油发动机是通过电脑采集凸轮位置以及发动机各相关工况数据,控制喷油嘴将汽油喷入进气歧管与空气形成混合气,然后进入到汽缸中燃烧。空气跟汽油的最佳混合比是14.7:1(也叫理论空燃比),只有达到理论空燃比才能获得较好的动力性和经济性。但由于喷油嘴离燃烧室还有一定的距离,汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大,一些微小的燃油颗粒会吸附在进气管道壁上,这就使得进入燃烧室的混合气很难达到理论空燃比,这是电喷发动机无法解决的一个问题。

『奥迪FSI引擎』

     要想解决这一难题,就必须把燃油直接喷射到汽缸中去,这就是奥迪的FSI燃油直喷发动机可以做到的。直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术,通过一个活塞泵将燃油加压到100bar以上,提供给位于汽缸内的电磁喷射器,然后通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室形成混合气,通过对燃烧室内部形状的设计,让混合气能产生较强的涡流使空气和汽油充分混合,这点可以保证在燃烧室内的混合气达到理论空燃比。但是,汽油与柴油的燃烧特性相差很大,如果机油机像柴油机那样采用高压自燃方式,那就会产生剧烈的爆震,甚至是不可控制的燃烧,所以,汽油机的直喷需要先喷射形成混合气,然后再用火花塞点火燃烧。

『缸内直喷/分层燃烧 (1)』

     直喷技术可以在理论上持续提供理论空燃比,可是,工程师们还考虑到一个问题,在整个混合气燃烧的过程中,涡流气团的中心,即点火点最先燃烧,这里的汽油有充足的燃烧时间,会烧得比较干净,而在边缘的汽油燃烧时间就短一些,可能还没有充分燃烧,排气门就已经打开了。正在燃烧着的汽油被排到排气歧管中进行最后的燃烧,这既浪费了燃油,又造成污染,还对发动机性能造成负面影响。所以,工程师们提出了一个新的燃烧理论,让混合气的涡流气团在中心区域燃油量较大,在边缘燃油较少,中心的燃料有充分时间完全燃烧,然后逐步将火焰传递给边缘的燃料。这就是所谓的分层燃烧技术,也称为稀燃技术。

    分层燃烧技术形成的涡流气团中心的混合气浓度较高,混合比达到 12:1左右,而边缘的混合比只有25:1以上,这种浓度按照常规是无法点燃的。中心的混合气被点燃后,火焰通过缸内空气的运动,自中心向外漫延式燃烧。要实现这种方式,需要对燃油的喷射量、涡流的形成状态进行精确的控制。FSI正是同时具备了汽油直接喷射和分层燃烧技术的发动机,它能够优化进气混合效率,增加15%的燃油经济性,而且不再需要节气门,从而降低了发动机的热损失。

『缸内直喷/分层燃烧 (2)』

     FSI直喷发动机既然有如此多的技术优势,相应地对发动机硬件和油品的要求必然也很高。首先,汽油要直接喷注到汽缸当中去,油路必须具备比缸内更高的压力才能把汽油喷注到汽缸当中去。燃油管道内的压力提高以后,管道内各个接头的密封处的强度也要随之提高,这样,对喷油器的设计和制造工艺也提出了更高的要求。而且由于喷油器是直接安装在燃烧室上的,需要喷油器有耐高温高压的能力。其次,FSI直喷发动机的压缩比很高,达到了惊人的11.5 ,在这种情况下对油的标号和油质要求就很严格。就目前中国的情况来说,必须使用98号的高清洁度汽油,这也是当初为什么奥迪A6L 2.8FSI上市的时候,将分层燃烧技术去掉,实际留给大家的只是一个FI的缘故了。

     TFSI:Turbo Fuel Svtratified Injection即涡轮增压+分层燃烧+缸内直喷

     TFSI引擎优点:涡轮增压+引擎采用缸内直喷+分层燃烧技术,取得更大功率的同时,燃油更经济。

                 劣势:对油品要求高,涡轮的反映会有滞后现象,发动机低转速下提速迟滞。

     在这里标榜的TFSI实质上也只剩下了取消了燃油分层的TFI技术。

     TFSI比FSI多了一个T字,这个T字代表的则是涡轮增压技术——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。涡轮增压系统提高了进气密度,同时增大喷油量,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输出功率。

『斯柯达TFSI引擎』

     不过,涡轮增压有个天生的缺陷:在低转速,即排气压力较低时不能启动,只有发动机转速足够高时(通常在1500rpm以上)涡轮增压器才开始工作,因此在低速时不能感受到增压带来的效果。同时,涡轮是被废气推动,然后传递给进气涡轮增压的,因此存在迟滞现象。

     目前国内采用TFSI技术的有国产的奥迪A4、迈腾、明锐等车型。在这里需要注意的是,迈腾、明锐都有命名为1.8TSI的产品,却实际上使用的是TFSI 。这个TSI与今年5月即将进入中国市场的速腾1.4TSI,这是不是一样的东西?少了一个F的玄机何在?让我们接着看下面。

    TSI是Twincharger Fuel Stratified Injection即双涡轮+分层燃烧+缸内直喷技术

     TSI引擎的优点:双涡轮增压+引擎采用缸内直喷+分层燃烧技术,达到同排量引擎的效率的极至。

                  劣势:对油品要求高,工艺更复杂。

     TSI是Twincharger Fuel Stratified Injection的缩写,这里的 T代表的是机械增压+涡轮增压,也就是说,它与TFSI最大的区别就是,它采用了双涡轮增压模式。

     TSI发动机的设计非常巧妙,它实际上是把一个涡轮增压器Turbochdrqer和机械增压器Superchdrqer一起装到一台发动机上。机械增压器则是由发动机曲轴直接带动的,能够随着发动机转速的变化而线性地改变进气涡轮的转速,这就彻底解决了迟滞现象,而且在低转速状态下也可以启动增压。只是,机械增压器被曲轴带动,本身就要消耗一部分发动机的功率,因此它提高功主的效果不如涡轮增压。

『大众TSI引擎』

     机械增压和涡轮增压的结合完美地解决了两种增压各自的缺陷,不过造价比较高。因此,在大众的技术命名序列中,TFSI和TSI看上去只有一个F的差别,实际上,相差的是整整一个机械增压机构,这是不能鱼目混珠的。

     把涡轮增压和机械增压结合起来倒并不是一个很新奇的想法, 1985 年的 Lancid DeltaS4 拉力赛车就开始采用了这样的技术;还有二战时期就有飞机采用了这样的发动机,一些快艇的动力系统也采用了这种技术。

     TSI发动机已配备于大众汽车的运动型高尔夫GT和途安车型中,并分两种性能等级实现量产。运动型高尔夫GT配备的1.4TSI发动机功率为125kw,百公里油耗仅为7.2L。在优良路况中,这个发动机的油耗可降至5.9L/100km。另一款装载在途安上的103Kw的TSI 发动机,油耗7.5L/10Okm在优良路况中油耗为6.2L/10Okm。

『缸内直喷/分层燃烧 (3)』

     从已经公布的技术参数来看,1.4TSI发动机的性能相当于2.3L自然吸气发动机,超过了大多数国产2.0L排量车型,同时,其百公里平均油耗只有7.2L左右,对于提倡节能消费观念也有着相当的吸引力。

     以上是笔者摘自《当代汽车》上的的解析。但对于原文章的开篇与结尾的论点不敢苟同,固然在命名上颇有“忽悠”消费者之意,但取消分层燃烧也的确是考虑到国内油品的质量,而保留的直喷技术的引擎与同排量引擎相比经济性还是稍有优势的!车型可以贴牌生产,换名销售,可以拿到国内来做加长处理,那么引擎换命固然不厚道,但我们不妨认为它也是为适应国情而作出的处理吧!

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