直噴式汽油發動機的構造和原理？

真噴技術比較普遍，求科普一下了。

我只是個搬運工，多圖預警。

FSI發動機構造與原理

FSI發動機

FSI技術概述

FSI（Fuel Stratified Injection），翻譯為燃油分層噴射，也可以說是缸內直接噴射。該技

術的優勢為：動態響應好、功率和扭矩可以同時提升、燃油消耗降低。

傳統的汽油發動機是通過電腦採集凸輪軸位置以及發動機各相關數據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，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，這就的理論空 燃比很難達到，這是傳統發動機很難解決的一個技術問題。

　　把燃油直接噴射到汽缸中就可以解決這一難題。直噴式汽油發動機採用類似於柴油發
動機的供油技術，通過一個高壓油泵泵提供所需的100bar以上的壓力，將汽油提供給位於汽缸內的電磁燃油噴嘴。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。

FSI技術原理

1分層燃燒系統

均質稀燃模式

均質燃燒模式

2均勻混合燃燒系統

分層燃燒模式在進氣過程中節氣門開度相對較大，減少了一部分節流損失。進氣過程中的關鍵是進氣歧管中安置一翻版，翻版向上開啟（原理性質，實際機型可能有所不同）封住下進氣歧管，讓進氣加速通過，與ω形活塞頂配合，相成進氣渦旋。

分層燃燒時噴油時間在上止點前60°至上止點前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的凹坑內，噴出的燃油與渦旋進氣結合形成混合氣。混合氣形成發生在曲軸轉角40°至50°範圍內，如果小於這個範圍，混合氣無法點燃，若大於，就變成均質狀態了。分層燃燒的空燃比一般在1.6-3之間。

點火時，只有火花塞周圍混合狀態較好的氣體被點燃，這時周圍的新鮮空氣以及來自廢氣再循環的氣體形成了很好的隔熱保護，減少了缸臂散熱，提升了熱效率。點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範圍內。

均質稀燃模式混合氣形成時間長，燃燒均勻，通過精確控制噴油，可以達到較低的混合氣濃度。均質稀燃的點火時間選擇範圍寬泛，有很好的燃油經濟性。

均質稀燃與分層燃燒的進氣過程相同，油氣混合時間加長，形成均質混合氣。燃燒發生在整個燃燒室內，對點火時間的要求沒分層燃燒那麼嚴格。均質稀燃的空燃比大於1。

均質燃燒則能充分發揮動態響應好，扭矩和功率高的特點。均質燃燒進氣過程中節氣門位置由油門踏板決定，進氣歧管中的翻版位置視不同情況而定。當中等負荷時，翻版依然是關閉的，有利於形成強烈的進氣旋流，利於混合氣的形成與霧化。當高速大負荷時，翻版打開，增大進氣量，讓更多的空氣參與燃燒。均質燃燒的噴油、混合氣形成與燃燒和均質稀燃模式基本一樣。均質燃燒情況下空燃比小於或等於1。

FSI發動機結構

高壓噴油系統可以說是直噴發動機最關鍵的系統，與以前油氣在進氣歧管內混合，然後被負壓吸入發動機不同，直噴發動機是用高壓噴油嘴將燃油噴入汽缸，由於汽缸內壓力已經很大，因此需要噴油系統具備更大的壓力。

高壓油泵

噴油嘴

高壓油軌

發動機控制模塊（ECM）

組成高壓噴油系統的四個主要部分

高壓噴油系統主要可以分為發動機控制模塊（ECM）、高壓油軌、高壓油泵和噴油嘴四部分，其中ECM主要採集發動機數據，按照預定程序控制噴油時機和噴油量，從而實現最高燃燒效率；而高壓油泵則主要負責燃油的加壓，高壓油軌主要起均衡各噴油嘴噴射壓力的作用，而最終的噴油任務則由噴油嘴來執行。此外，還有多個感測器提供燃油壓力等信息，確保整個系統的高效率。

高壓噴油嘴結構示意圖：①高分子密封圈 ②噴嘴針閥 ③銜鐵 ④電磁線圈 ⑤細濾器

除開噴油系統之外，其他發動機部件也要為直噴做出相應的設計，才能確保發動機的高效，尤其是活塞頂部的設計非常關鍵。按照可燃混合氣形成的控制方式，缸內直噴方式又可分為油束控制燃燒、壁面控制燃燒和氣流控制燃燒三類。

活塞頂部的凹坑主要起導向汽缸內氣流的作用

在油束控制燃燒系統中，噴油器安置在燃燒室中央，火花塞安置在噴油器附近，油束控制對空氣的利用率依靠油束的貫穿深度保證，而後者則受噴油器的噴油壓力控制。這種方式可以在低負荷的分層燃燒實現良好的燃油經濟性，而當發動機處於中高負荷工況時，ECM調節高壓油泵壓力，使油束貫穿深度增大，從而實現均質加濃燃燒。

活塞頂部曲面形成的渦流可以幫助混合氣更為均勻充分地燃燒

在壁面控制燃燒系統中，噴油器和火花塞相隔較遠，噴油器把燃油噴入活塞凹坑中，然後依靠進氣流的慣性將油氣混合送往火花塞。為了避免噴油器的溫度過高，一般安置在進氣門側，活塞凹坑開口對向進氣門側，油氣混合後直接流向火花塞。這種類型形成混合氣的時間較長，易於形成較大區域的可燃混合氣。

在氣流控制燃燒系統中，利用輪廓特殊的活塞表面形狀形成的缸內氣流和油束相互作用。此種系統不是把油霧朝活塞的凹坑噴射，而是朝火花塞噴，特殊形狀的進氣道與噴油器呈一定的夾角，給混合氣在汽缸內一定的迴旋力，汽缸內形成的氣流使油氣不是直接噴向火花塞，而是在汽缸內形成渦流圍繞火花塞旋轉。這樣就使大部分工況都能實行恰當的混合氣充量分層和均質化。

由於直噴發動機的工作溫度更高，因此對缸體強度和冷卻系的要求也更高一些。在保證強度的前提下，更多的新型直噴發動機採用了散熱更好的鋁合金缸體，同時還採用了強化的冷卻系統，保證發動機更高的熱效率。