環(huán)保先鋒、動力至尊

TDI、FSI、TFSI究竟在哪些方面具有優(yōu)勢，以至于成為奧迪的看家法寶，就讓我細細為您道來。

據(jù)悉，奧迪會將在近幾年內(nèi)為旗下的所有車型都裝配上TDI、FSI和TFSl發(fā)動機，以期望在節(jié)能環(huán)保的道路上能夠領(lǐng)先其他汽車廠商。這對于國內(nèi)的消費者來說，絕對是一件幸事。看過我們上一期文章的讀者一定不會忘記，這些技術(shù)在節(jié)能減排和動力方面的絕佳統(tǒng)一。不過也有不少的讀者來信詢問，這些技術(shù)為什么能夠坐到兼顧動力性和環(huán)保?下面，就讓我們從技術(shù)的角度來解析一番。

燃油直噴技術(shù)

要想了解TDI、FSI和TFSI發(fā)動機，就先要了解燃油直噴技術(shù)。正是有了這項技術(shù)，才有了隨后的TDI、FSI和TFSI發(fā)動機。我們這里講的燃油直噴技術(shù)，實際上指的是汽油直噴技術(shù)，因為對于柴油來說，直噴技術(shù)一直都是其采用的常規(guī)技術(shù)。

燃油直噴燃技術(shù)的基礎(chǔ)應(yīng)用起源于上個世紀30年代，但隨后一直沒有得以發(fā)展，只是到了上個世紀七八十年代，由于電子技術(shù)和其他系統(tǒng)的性能提高，才使這種概念有所作為。開發(fā)直噴技術(shù)的最初想法是由于在大多數(shù)的情況下，發(fā)動機的空燃比可以調(diào)節(jié)到比用化學(xué)計算法得出的14.7:1更稀薄的狀態(tài)，而不會對發(fā)動機性能造成負面的影響。然而其局限性卻是：稀薄混合氣體很難點燃，而且還會隨之產(chǎn)生相應(yīng)的排放物，其主要成分是氮氧化合物(NO_x)，這對于環(huán)境的影響非常大。

而在采用直噴技術(shù)后，則可以很好地解決上述問題。燃油以細微滴狀的薄霧方式進入汽缸，而不是以蒸汽的方式。這也就意味著當燃油霧滴吸收熱量變?yōu)榭扇颊羝麜r，實際上對發(fā)動機的汽缸起到了冷卻的作用。這種冷卻作用降低了發(fā)動機對辛烷的需要，所以其壓縮比可以有所增加。而且就像柴油一樣，采用較高的壓縮比可以提高燃料的效率，僅采用該技術(shù)一項就能夠?qū)?nèi)燃機的燃料效率提高20％。

采用直噴技術(shù)的另一個優(yōu)點是它能夠加快油氣混合氣體的燃燒速度，這使得燃油直噴發(fā)動機和傳統(tǒng)的發(fā)動機相比，可以很好地適應(yīng)廢氣再循環(huán)工藝。

直噴技術(shù)對發(fā)動機的排放具有很重要的影響。你可以想象得到，當較少的燃料在一個富氧的環(huán)境中燃燒時，HC和CO的產(chǎn)生量肯定會大大減少。當然，這還會產(chǎn)生一個問題，就是氮氧化合物(NO_x)的問題。不過在電子傳感器技術(shù)飛速提高之后，在發(fā)動機系統(tǒng)里設(shè)置傳感器和EGR系統(tǒng)來監(jiān)測和控制氮氧化合物(NO_x)，已經(jīng)成為了眾多公司的常規(guī)做法。這也讓燃油直噴技術(shù)迅速成為了國際發(fā)動機領(lǐng)域內(nèi)的先進應(yīng)用技術(shù)。

TDI發(fā)動機

相對于直噴技術(shù)在汽油機領(lǐng)域內(nèi)的較晚應(yīng)用，在柴油機領(lǐng)域內(nèi)，直噴技術(shù)很早就在使用。這也就是為什么奧迪TDI發(fā)動機要比FSI和TFSl發(fā)動機較早問世的原因。在我們一貫的認識中，柴油發(fā)動機似乎總是擺脫不了動力性差、不環(huán)保的特性。其實，那種老舊的柴油發(fā)動機在歐洲已經(jīng)是罕有蹤跡了。如今奧迪車型所裝配的TDI發(fā)動機，在動力性和環(huán)保型方面所體現(xiàn)出來的完美統(tǒng)一，已經(jīng)是路人皆知。

TDI(Turbo Charged Direct Injection)發(fā)動機翻譯過來就是柴油渦輪增壓直噴式發(fā)動機。早在1976年，奧迪就開始研發(fā)柴油直噴系統(tǒng)，1989年，第一款配備TDI發(fā)動機的奧迪柴油車正式投放市場。

奧迪TDl發(fā)動機與傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機相比較，主要擁有電控缸內(nèi)直噴、渦輪增壓和共軌供油這3項技術(shù)，再加上可變渦輪增壓值以及可變進氣截面積技術(shù)，使其成為十足用技術(shù)武裝起來的柴油發(fā)動機。與以往柴油機相比，TDI機型擁有許多優(yōu)勢

1.TDI技術(shù)使燃油經(jīng)由一個高壓噴射器直接進入汽缸，因為活塞頂?shù)脑煨褪且粋€凹陷式的碗型設(shè)計，燃油就在汽缸內(nèi)形成一股螺旋狀的混合氣，這使空氣和燃油混合得更為充分，燃燒更加理想，因此不但提高了功率輸出，降低了油耗，同時采用氧化型催化反應(yīng)器，大大降低了CO、HC顆粒的排放，其中CO₂排放與同排量汽油車相比可降低30％。另外，采用電子排放控制，包括EGR(廢氣再循環(huán))系統(tǒng)，大大降低了NO_x產(chǎn)生。

2.電控燃油噴射系統(tǒng)帶來更大的功率、更少的碳煙排放、更小的噪音和更佳的經(jīng)濟性。在奧迪的TDl發(fā)動機上，噴油時間和噴油量都由電腦控制。一體式燃燒室比以前的預(yù)燃式燃燒室減少了熱量損失，冷啟動變得更容易。即使在零下10度，新加熱塞設(shè)計能使加熱周期縮短10s。一體式燃燒室允許更低的壓縮比(18.5：1或19.5：1)可以降低發(fā)動機的噪音和震動，進而提升耐久性。

3.TDl系統(tǒng)上的可變截面渦輪增壓器使增壓技術(shù)比舊有型號有更快地響應(yīng)，起效范圍更加寬廣，同時不會造成排氣氣壓過高的問題。在奧迪TDI發(fā)動機中，增壓響應(yīng)被控制在0.25s內(nèi)，駕駛員根本感覺不到增壓時滯的存在。

4.高壓共軌噴射系統(tǒng)，它的概念有點類似于汽油機噴射系統(tǒng)，只不過油軌內(nèi)的壓力提高了1000倍。中央油泵把高壓油送入油軌，在油軌上對應(yīng)每缸有相應(yīng)的電磁閥控制燃油進入噴嘴，高壓噴射壓力值高達2050bar。

奧迪TDI發(fā)動機在環(huán)保節(jié)能方面的優(yōu)勢十分明顯，1989年，一輛改良的奧迪100。TDI以一箱油和平均85.8km/h的速度走完4818km，平均油耗僅為1176L/100km，創(chuàng)造了歐洲紀錄。而在如今，奧迪R10勒芒賽車的5.5L全鋁V12柴油發(fā)動機更是讓人們對于柴油發(fā)動機的動力性感到瞠目結(jié)舌。

FSI合TFSI發(fā)動機

談完了奧迪TDl發(fā)動機，再讓我們看看奧迪的另一項卓越的發(fā)動機技術(shù)——FSI技術(shù)，一項基于汽油直噴技術(shù)的先進發(fā)動機技術(shù)。

早在柴油發(fā)動機的直噴技術(shù)在世界上很多地區(qū)已經(jīng)形成標準的時候，汽油發(fā)動機直噴技術(shù)的發(fā)展還處于很初級的階段。由于共軌高壓噴射柴油系統(tǒng)的發(fā)明，令柴油發(fā)動機在與汽油發(fā)動機的較量中一度明顯處于領(lǐng)先地位，受此啟發(fā)，汽油直噴技術(shù)也開始得到業(yè)界真正的重視。而以奧迪為代表的廠家則吹響了汽油發(fā)動機反擊的號角 采用第二代燃油直噴技術(shù)，汽油發(fā)動機高能耗的缺點得到了很好的改善，大大縮小了與柴油機的差距。其實，汽油直噴的概念是由三菱汽車公司最早提出的，不過技術(shù)最成熟，應(yīng)用最普遍的，當然還是奧迪。

所謂FSl，是Fuel Stratified lniection的詞頭縮寫，意指燃油分層噴射是直噴式汽油發(fā)動機領(lǐng)域的一項革命性技術(shù)。其特點是可采用兩種不同的注油模式，即分層注油和均勻注油模式。在部分負荷(油門半開)的情況下，形成所謂的稀薄燃燒，節(jié)約燃料，而在滿負荷(油門全開)情況下，發(fā)動機采用所謂的均勻燃燒，滿足動力需要。

不過要想讓汽油在過稀的環(huán)境中燃燒可不是一件容易的事情。因為我們知道從化油器時代的發(fā)動機到現(xiàn)在電噴時代的發(fā)動機，在混合汽油和空氣的時候都有一個14.7：1的理論空燃比。之所以叫做理論空燃比，意思就是說在理論上這樣比率的汽油和空氣混合物能夠剛好充分燃燒，濃度大于這個比率則汽油過量，燃燒不充分，如果低于這個比率則火花塞的點火能量很難點燃混合氣。

不過，這只是理論上的數(shù)據(jù)，事實上無論是化油器發(fā)動機還是缸外噴射發(fā)動機都無法讓氣缸里面的混合氣均勻達到這個比例。因為電腦只能根據(jù)進氣量計量所需燃油，然后被噴入進氣管內(nèi)以后只有短暫時間跟空氣混合，這樣的混合是不可能做到100％均勻的。這就意味著，氣缸內(nèi)某些部位的混合氣過濃，某些部位的混合氣過稀。過濃部位的混合氣自然就會由于汽油燃燒的不完全，而產(chǎn)生一氧化碳和碳氫化合物。

所以，要解決這個問題必須使混合氣體偏稀，也就是說空燃比需要高于14.7：1的理論值，這樣即能降低廢氣排放，又能節(jié)省燃油。不過前面我們說過，如果空燃比高于14.71那么火花塞的點火能量有限，會導(dǎo)致混合氣體不易引燃。FSI技術(shù)是怎么解決這一問題的呢?

FSI技術(shù)是通過把汽油直接噴注到氣缸內(nèi)完成混合過程的，那么，這樣的噴射有什么好處呢?其實，好處是非常明顯的。首先，把汽油直接噴注到氣缸內(nèi)的供油方式是分層燃燒的前提。為了獲得更高的空燃比(更稀的混合氣)，而且還要保證混合氣能輕松被點燃，奧迪提出了分層燃燒的概念。

汽油被噴射進氣缸以后，在噴油器周圍形成了汽油濃度的分層。離噴油器近的地方濃度高，離噴油器遠的地方濃度低。再配合活塞頂部的特殊形狀，能夠把濃度較高區(qū)域引向火花塞的電極附近，這樣火花塞能夠比較容易地引燃這片區(qū)域的混合氣，待這片區(qū)域的混合氣燃燒放熱后，利用這個能量去引燃空燃比較大的區(qū)域的混合氣。由于氣缸內(nèi)的混合氣濃度不平均，而且能夠在火花塞周圍形成極易點燃的高濃度區(qū)域，所以遠離火花塞的地方空燃比可以控制得很高。這樣總體空燃比可以提高很多，也就是說，總體混合氣濃度可以變得很稀并且不會影響點火性能。

事實上，F(xiàn)SI發(fā)動機在整個發(fā)動機的一個工作循環(huán)當中是分兩次噴射的。第一次噴射是在活塞向下運動也就是進氣形成的時候進行的，這與普通缸外噴射發(fā)動機一樣，不過區(qū)別在于這次噴射并沒有把氣缸“喂飽”，而是供給的一個比較稀的混合濃度。當活塞處于壓縮行程接近上止點時，噴油器會進行第二次噴射。這次噴射出來的燃油順著活塞頂部特殊形狀的凹槽形成強大的渦流，并且在火花塞附近形成一個較濃的區(qū)域，壓縮終了以后迅速點火完成做功。這就是整個FSI技術(shù)供給燃油的全過程。

有了更稀的混合氣，隨之而來的當然是經(jīng)濟性的提高和廢氣排放的減少。由于混合氣濃度稀，汽油得以充分燃燒，所以在排量相同的情況下FSI發(fā)動機功率更大，油耗更低，而且更環(huán)保。不過FSI在環(huán)保方面的貢獻只能夠減少一氧化碳和碳氫化合物的含量，并且一定程度上減少氮氧化物的含量。

之所以不能完全消滅氮氧化物，是因為氮氧化物的形成并不是因為汽油不完全燃燒造成的，而是由于在氣缸高溫高壓的環(huán)境內(nèi)空氣中的氧氣與氮氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的。所以氮氧化物的解決還得依靠EGR廢氣再循環(huán)閥來控制，不過過量的氮氧化物可以通過三元催化反應(yīng)器得以處理，最后排氣中有害氣體的含量就很少了，絕大部分都是二氧化碳和水蒸氣。

看到這里，我想你應(yīng)該可以了解FSI技術(shù)的工作原理和巨大優(yōu)勢了吧。下面，我們就簡單地說一說TFSI發(fā)動機。

TFSI發(fā)動機是奧迪在FSI發(fā)動機的基礎(chǔ)上，研發(fā)的更為技術(shù)領(lǐng)先、節(jié)能環(huán)保的發(fā)動機。與傳統(tǒng)汽油發(fā)動機相比，TFSI發(fā)動機擁有更緊湊的結(jié)構(gòu)，更低的油耗及排放，更強勁的動力輸出。

TFSI發(fā)動機的渦輪增壓系統(tǒng)能夠讓更多的空氣進入汽缸，汽油經(jīng)新型高壓燃油泵和6孔噴油器直接噴入汽缸內(nèi)與壓縮空氣混合，帶來更理想的油氣混合及更高的壓縮比，使燃燒過程更充分，動力輸出更強勁。

另外，TFSI發(fā)動機也采用新一代可變截面技術(shù)，使渦輪增壓器起效更早、響應(yīng)更靈敏，扭矩輸出平臺范圍更寬泛。此外，由于渦輪增壓器的能量完全來自發(fā)動機排氣，使得TFSI發(fā)動機較非增壓發(fā)動機及其他增壓方式發(fā)動機效率更高，在動力性能明顯改善的同時，它的燃油消耗亦有較大幅度下降，而且車輛動態(tài)響應(yīng)更迅速，中速加速性能更強。當然，它的先進設(shè)計還優(yōu)化了發(fā)動機的振動及噪聲，使乘坐者的舒適性得到大幅提高。

TFSI發(fā)動機的高效動力輸出和低污染排放，為低排量發(fā)動機帶來了極大的發(fā)展?jié)撃堋＠绮患友b凈化器即可滿足歐V標準，榮獲了Ward's“年度最佳發(fā)動機”大獎和“中國心”2006年度十佳發(fā)動機大獎的奧迪2.0 TFSI發(fā)動機正是FSI技術(shù)和渦輪增壓結(jié)合的成果。據(jù)奧迪的工程師介紹，這樣的結(jié)合能夠完全發(fā)揮汽油直噴技術(shù)的優(yōu)勢，“汽油直噴技術(shù)可以給發(fā)動機帶來更高的效率卻不用更多的能耗；而渦輪增壓則能使發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速下保持高扭矩。”這位工程師解釋道。也就是說，這樣的發(fā)動機可以減少駕駛者換擋的次數(shù)并且節(jié)省燃油。除此之外，此項技術(shù)也為未來減少汽車尾氣排放方面奠定了基礎(chǔ)，使得汽車不用加裝尾氣凈化器就可以符合歐洲V號有害氣體排放標準。