自從100多年前，汽油機被發(fā)明出來后，工程師們絞盡腦汁，想盡了各種各樣的方法，試圖提升其性能。100多年過去了，從鑄鐵到鎂鋁合金的材料科學進步，從機械控制到電子控制的控制理論進步，從功率需求到環(huán)保需要的意識進步，充分展現(xiàn)了工程師們獨特的想象力和不懈追求,從燃油的計量、空氣的混合、氣門的開閉，將活塞式汽油機的性能推至前人不敢想象的高度。

　　然而，從汽油機的發(fā)展歷史上，實現(xiàn)技術(shù)上重大飛躍的歷史事件只有一個，那就是電子系統(tǒng)的引入，將以往粗糙的機械控制系統(tǒng)改由精確的電子化控制。然而，另一個里程碑式的技術(shù)正在克服重重困難，來到我們面前，那就是“FSI”燃油直噴技術(shù)。

　　單從技術(shù)出發(fā)點和原理上來講，這一技術(shù)顛覆了100多年來汽油機的燃油供應(yīng)方式，甚至顛覆了之前一直認為過于稀薄的混合氣在氣缸內(nèi)不可能被點燃的理論。
 
　　本文力圖用簡潔的語言，從原理角度去探析，為什么說“FSI”燃油直噴技術(shù)屬于里程碑式技術(shù)。

　　首先，我們要溫故而知新，回憶一下一般汽油發(fā)動機的燃油供應(yīng)。如圖一。左上角綠色部分為燃油噴嘴，在進氣門還沒有打開的時候，就開始往進氣管噴油，與進氣管里的新鮮空氣（圖中表示為藍色部分）混合，待進氣門打開后進入氣缸，經(jīng)過氣缸壓縮后變成成分均勻的混合氣點燃。

 
圖一  (資料圖片)   

　　然而，將燃油在缸外噴射，面臨著永遠無法解決的兩個問題。
 
　　第一個問題稱為“混合氣濃度問題”。我們知道，純空氣或者純汽油，都是不可燃燒的，能夠在氣缸內(nèi)點燃的，是這兩種物質(zhì)的混合體。我們通過一般常識會想到，油太少，氣太多，肯定是點不著的，其實反之亦然。工程師在大量試驗的基礎(chǔ)上得知：以質(zhì)量為計算單位，14.7份的空氣和1份的汽油，能夠充分燃燒，當空氣大于18份或者小于9份時，不好意思，點不著，在這個范圍內(nèi)，混合氣濃度大，發(fā)動機就有勁，其實當你踩下油門的時候，發(fā)動機電腦就是在配這個空氣和油的比例。需要更省油，就要更多的空氣，更少的油，但人家就是不點火，你能怎么著？
 
　　第二個問題就是“壓縮極限問題”。我們知道，汽油隨著新鮮空氣進入氣缸，首先是經(jīng)過活塞的壓縮才點燃的。如果把10份的汽油和空氣混合的氣體壓縮成1份，那么我們就把這臺發(fā)動機的壓縮比稱為10.無論是理論還是實際都證明了，提高發(fā)動機的壓縮比是提高效率的最有效方式。但問題是，隨著壓縮比的提高，氣缸內(nèi)的溫度會過高，混合氣不用火花塞點火就會自燃。請網(wǎng)友想象一下，當活塞還沒有運動到最高點的時候，就有一股強大的力量把活塞往反方向推，這也就形成了一般所說的爆震。隨之而來的還有一系列的排放問題。

　 
　　為了解決這兩個問題，工程師先從理論上嘗試。如果在火花塞附近的混合氣體的濃度是適合燃燒的，而其他地方的混合氣是很稀薄的，通過火花塞附近的混合氣燃燒，加熱膨脹其他空氣，可不可行呢?如果能在發(fā)動機完成了壓縮后在噴油，那么發(fā)動機壓縮的是純空氣，應(yīng)該能把壓縮比再提高吧？答案是令人興奮的。在試驗中，曾經(jīng)將空氣配置到100份去燃燒1份的汽油，發(fā)動機依然能工作，壓縮比也可以提升到12以上。于是，就出現(xiàn)了我們現(xiàn)在常聽說了“稀薄燃燒”和“分層燃燒”概念。

 
        圖二  (資料圖片)    

　　很多人會混淆“燃油直噴技術(shù)” ，“稀薄燃燒”和“分層燃燒”三者。其實，“稀薄燃燒”的意思是指在氣缸內(nèi)汽油遠遠少于空氣的意思，“分層燃燒”是指氣缸內(nèi)的混合氣不是均勻的，有些地方濃，有些地方稀，兩者都是燃燒理論。而因為理論在試驗中得到了驗證，就開發(fā)出了“燃油直噴技術(shù)”，為的就是實現(xiàn)前兩個燃燒理論。留意圖二和圖一的最大不同：圖二的汽油噴嘴是直接伸入氣缸，噴出的燃油是在靠近火花塞位置的。細心的網(wǎng)友可能會發(fā)現(xiàn)這么一個問題：圖二中的發(fā)動機明明是在吸氣，噴油器就已經(jīng)開始噴油了，發(fā)動機在下一步運動中，就要壓縮混合氣體，和前文所述的只壓縮純空氣不相符合啊。這就引出了FSI發(fā)動機的控制復雜性。
 
　　由于汽車發(fā)動機不是勻速運轉(zhuǎn)的，時而怠速，時而加油，時而又要巡航，其實針對不同的工作狀況，發(fā)動機的燃燒控制都不相同。而在FSI中，只有在油門小的情況下才會實現(xiàn)“稀薄燃燒”和“分層燃燒”，在大油門的時候，發(fā)動機依然采用，或者說必須采用傳統(tǒng)的油氣混合方式，以保證功率的輸出。
 
　　其實，F(xiàn)SI燃油直接噴射技術(shù)的復雜性遠遠不止我們今天討論的原理那么簡單，要實現(xiàn)“稀薄燃燒”和“分層燃燒”，就猶如牛頓知道只要速度夠快，就能把物體送上天不會掉下來，直到前蘇聯(lián)宇航員加加林上天遨游，經(jīng)歷的時間是多么漫長。而目前在民用車領(lǐng)域，運用較多的也就是奧迪和凱迪拉克，并且在很大程度上還沒有實現(xiàn)正真意義的“稀薄燃燒”和“分層燃燒”。但是，作為活塞式發(fā)動機已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在這個階段，其他提升性能的手段已經(jīng)用到極致的情況下，改變汽油機混合氣的形成方式，真不乏釜底抽薪的勇氣，對這種不斷進取開拓的工程師精神，是值得我們敬佩的。