1.缸内直喷技术的特点；
2.缸内直喷技术系统的组成；
3.缸内直喷技术分层燃烧工作模式；
4.燃料分层喷射技术。
2.能够识别缸内直喷技术系统基本组成部件、清楚缸内直喷技术系统的基本工作原理；
3.能够向客户展示缸内直喷技术系统的优点；
4.清楚燃料分层喷射（TSI）的含义，并能对系统进行说明和介绍；
5.树立以客户为中心的理念，增强服务意识；
6.具有与客户沟通交流的能力；
7.具备信息搜集和处理的能力。
目前一些汽油发动机采用了缸内直喷技术，你能向客户解答关于缸内直喷技术的相关咨询吗？你能向客户展示缸内直喷系统的优点吗？通过下面的学习，相信你能做到。
请你针对某一型号装备汽油直喷发动机车辆的参数配置表，向客户解释有关发动机汽油直喷系统的相关参数的含义及对发动机性能的影响；针对某一具体车辆发动机的实物或图片，向客户说明该发动机汽油直喷系统的结构及优点。
缸内直喷又称FSI（Fuel Stratified Injection），即燃料分层喷射技术。FSI发动机像柴油机一样，采用缸内直喷技术，配备了按需控制的燃油供给技术，与进气歧管喷射原理不同的是，汽油被直接喷入燃烧室。以往的汽油发动机，在火花塞点火之前，气缸内的可燃混合气的浓度各处均相等，称为均质混合气。缸内直喷技术代表着传统汽油发动机的一个发展方向。近年来，各汽车厂商采用的发动机科技中，最炙手可热的技术非缸内直喷莫属。这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已经广泛使用在大众的迈腾1.8T、高尔夫1.4T、速腾1.4T车型上，并且得到用户广泛的好评。
一、缸内直喷技术的特点
①燃油消耗低。缸内直喷技术发动机缸内直接喷射形成的高压雾化混合气相对于传统的缸外喷射发动机可减少大约20%燃油消耗，对减少二氧化碳的排放也有很大作用。
②热效率高。由于分层充气模式的燃烧只发生在火花塞附近，所以缸壁上的热损耗是很少的，提高了热效率。
③废气再循环率高。强制分层充气可使废气再循环率高达35%，可有效地对排放进行控制。
④压缩比高。吸入的空气通过燃油在燃烧室直接喷射雾化而冷却下来，降低了爆震的可能性，可提高压缩比。
⑤优化超速切断效果。在变速器转速恢复到低于发动机转速的过程中，气缸壁不会沉积燃油，燃油基本上被完全转化成可用能量，即使在恢复转速较低时，发动机也能稳定运行。
二、缸内直喷技术燃油系统的组成
图4-36所示是奥迪轿车缸内直喷技术燃油系统的组成。
图4-36 缸内直喷技术燃油系统的组成
1—高压共轨；2—凸轮轴位置传感器；3—进气温度传感器；4—进气压力传感器；5—空气流量计；6—废气涡轮；7—预热塞；8—EGR电磁阀；9—压力调节阀；10—真空泵。
1.燃油供给系统
燃油供给系统包括低压油路和高压油路。低压油路主要由电子燃油泵及压力调节装置组成，产生0.Pa压力的燃油供给由发动机驱动的高压油泵；高压油路主要由高压油泵、油轨、压力控制阀等组成，将油压从0.Pa升高到Pa，并使油轨的压力波动最小，向各缸喷油器供油。
2.控制系统
①环境压力，通过一个安装在发动机控制单元内的高度传感器传递。
②所吸入空气的温度，通过一个安装在节气门前的传感器传递。
③节气门的位置。
④进气管中的压力和温度，通过进气管上的双传感器传递。
⑤废气再循环阀的气门位置。
⑦进气凸轮轴的位置。
三、缸内直喷技术分层燃烧工作模式
缸内直喷技术分层燃烧共有分层进气、均质稀薄进气和均质进气三种工作模式。
1.分层进气模式
分层进气模式发生在发动机的中等负荷和转速范围内。进气状态如图4-37所示，通过燃烧室内混合气的分层形成，发动机的过量空气系数可以被控制在1.6～3。燃烧室内火花塞附近区域形成的是易燃的混合气，这些混合气被外层新鲜空气和废气（根据气门正时实现的内部废气再循环）包围着，通过缸壁的热损失小。
图4-37 分层进气模式
（1）进气过程
在分层进气模式下，节气门的开度要尽可能大，这样可以使节气门处的节流损失降到最小，进气歧管转换翻板封住下进气道，这样就加速了空气运动的速率。同时，空气在经过上进气道以后，就会以旋转状进入气缸。
节气门不可能被完全打开，因为还必须要为活性炭罐系统和废气再循环系统提供一部分真空。在气缸里，由于活塞顶的特殊形状，气流的旋转运动得到了进一步加强。
（2）喷射周期
燃油在压缩行程进行到最后1/3时被喷入气缸中，整个喷油过程在点火上止点TDC前曲轴转角60°左右开始，大约在TDC前曲轴转角45°时结束。喷油时刻对混合气的形成质量有很大影响。燃油被直接喷到活塞顶的燃油凹坑上，活塞结构如图4-38所示，同时，喷油器的几何形状也是经过特殊的优化设计，以便达到更佳的燃油雾化效果。
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图4-38 特殊的活塞形状
在活塞顶处经过特殊设计的燃油凹坑和活塞的向上运动的共同作用下，燃油被带到火花塞附近区域。同时，空气的旋转运动也加强了运动效果。在向火花塞附近区域运动的过程中，燃油与空气可以充分地混合。
（3）混合气的形成过程
在分层进气模式下，混合气的形成只有40°～50°的曲轴转角，这是决定形成的混合气的易燃性的关键因素。如果喷油点和点火点的时间间隔变短，由于没有充足的准备时间，形成的混合气的可燃性就很差。因此，一个长的时间间隔可以在燃烧室里形成更加均匀的可燃混合气。这就是能在燃烧室内靠近火花塞的中心区域形成易燃性很高的混合气的原因。而这些混合气又被新鲜空气和通过废气再循环进来的废气所形成的理想的气体层包围着。
（4）燃烧过程
在火花塞附近区域形成良好的可燃混合气以后，燃烧周期也就开始了。点火时刻如图4-39所示。在可燃混合气燃烧的同时，燃烧室内的其余气体就会把它们给包裹起来，这样可以减少通过缸壁损失的热量，从而提高了热效率。由于喷油器关闭的迟缓，同时也为了保证压缩行程终了时能形成充分混合的可燃气体，点火区间被设定在一个很窄的曲轴转角范围内。这种进气模式下，发动机主要通过控制喷油量来决定扭矩的输出，进气量和点火提前角的影响很小。
图4-39 分层充气点火时刻
2.均质稀薄进气模式
在分层进气模式和均质进气模式的过渡转化区域，发动机以均质稀薄进气模式运行，形成过程如4-40所示。稀混合气被均匀地分布在整个燃烧室，过量空气系数α大约是1.55。
在缸内直喷技术进气特性曲线图中，分层进气和均质进气模式中间的区域便是均质稀薄进气模式。其进气模式和分层进气模式相类似，在燃烧室中形成的混合气的比例λ=1.55。
（1）进气过程
进气过程和分层进气模式的情况一样，节气门开度依旧是尽可能地开到最大，这样首先可以减少节流阻力的损失，其次还可以增加摄入气缸中的进气量。
图4-40 均质稀混合气形成过程
（2）喷油周期
燃油是在进气行程中上止点TDC前大约300°被喷入气缸中，发动机管理系统精确地控制喷油量，从而将过量空气系数α控制到1.55。
（3）混合气的形成
由于喷油时间提前了，那么就有足够的时间在燃烧室内形成良好的可燃混合气。
（4）燃烧过程
同均质进气模式类似，点火时刻可以根据空气/燃油的比例自由选择，燃烧过程遍布整个燃烧室。
3.均质进气模式
在高负载和转速下，发动机以均质进气模式工作。均质混合气形成过程如图4-41所示，此工况下的过量空气系数α=1。
图4-41 均质混合气形成过程
当缸内直喷技术发动机以均质进气模式运行时，该发动机类似于进气歧管燃油喷射模式的发动机，两者最本质的区别在于缸内直喷技术发动机在均质进气模式下燃油是直接被喷射到发动机的气缸中的，发动机通过控制点火提前角（短期）和进气量（长期）来控制发动机扭矩的输出，根据进气量计算合适的喷油量来满足过量空气系数α=1。
（1）进气过程
节气门的开度根据加速踏板的位置信号来动作。进气歧管转换翻板的开/闭则根据实际的运行工况决定：在中等的发动机转速和负荷下，进气歧管是关闭的，这样气流就是旋转着进入气缸中，从而可以更充分地混合气体。随着发动机转速和负荷的增加，仅仅通过上部进气道已经无法满足进气需求，这时转换翻板就会打开，下部进气道也进气。
（2）喷油周期
燃油在进气行程中上止点TDC前大约300°曲轴转角时被喷入气缸中。在燃油雾化蒸发的过程中需要吸收热量，这样就会冷却吸入的空气，从而可以得到比同样工况下的进气管喷射的发动机更高的压缩比。
（3）混合气的形成
由于在进气形成中就把燃油喷射到气缸中，从而为燃油与空气的混合提供了十分充足的时间，所以在燃烧室内就形成了混合均匀的雾化燃油与空气的可燃混合气体。燃烧室内的过量空气系数α=1。
（4）燃烧过程
在均质进气模式下，点火时刻是影响发动机扭矩输出、燃油消耗和尾气排放的主要因素。
图4-42所示是发动机不同工况对应的混合气模式。
图4-42 发动机不同工况对应的混合气模式
四、燃料分层喷射技术
缸内直喷技术是带有分层充气的直接喷射技术。燃料分层喷射是增压发动机的直接喷射技术，在涡轮增压的发动机上保留了FSI这个缩写，但放弃了分层充气工作模式。一方面取消了分层模式和氮氧化物传感器；另一方面则致力于较高功率和转速所带来的驾驶乐趣。
图4-43所示为大众1.8TSI发动机燃油供给系统，主要由以下几个部分组成：低压油泵、高压油泵、高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器。
图4-43 大众1.8TSI燃油供给系统
图4-44表示了这个系统的燃油供给路线，供油泵从油箱将燃油泵入高压油泵的进油口，由发动机凸轮轴驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨腔内，再由电磁阀控制各缸喷油器在相应时刻喷油。
图4-44 大众1.8TSI高压燃油系统油路
随堂测试
1.带有分层充气的直接喷射技术缩写是________，增压发动机的直接喷射技术缩写是________。
2.缸内直喷技术发动机像柴油机一样，采用________技术，配备了按需控制的燃油供给技术。与进气歧管喷射原理不同的是，汽油被直接喷入燃烧室。
3.缸内直喷技术分层燃烧共有________、________和________三种工作模式。
4.大众1.8TSI发动机燃油供给系统主要由低压油泵、__________、高压油管、________、电控单元、________和执行器几个部分组成。
任务实施
任务工单
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