1 FSI發動機

5.2升V10 FSI發動機

裝TFSI的奧迪A6

FSI，它所代表的單詞直譯為燃油分層噴射，是大眾集團直噴發動機的標志代碼。FSI發動機的特征之一就是有非凡的效率，排放滿足現今嚴格的標準。與傳統發動機相比，FSI技術能提升動力輸出和動態響應，同時燃油消耗也有所降低。

當裝載FSI發動機的奧迪R8贏得勒芒24小時賽冠軍時，FSI技術綜合了動力和經濟性的特征得到了最佳的發揮。在當時普遍存在的理論是：設計新發動機前首先要考慮偏重動力還是經濟性，各種解決方案之間的差異也不會很大。

FSI發動機朝著工作效率方向前進了一大步，并開拓了點燃式發動機的新思路，其技術進步可以比肩柴油機領域的TDI技術，在綜合動力和經濟性方面達到了新的高度。

把汽油直接噴入氣缸的FSI發動機相對于把汽油噴入進氣歧管的傳統發動機有以下優勢：

1）動態響應更佳。

2）功率和轉矩同時增加。

3）燃油消耗明顯降低。

理論上，FSI發動機有至少兩種燃燒模式：分層燃燒和均質燃燒，有人還把均質燃燒模式細分為均質稀燃模式和均質燃燒模式。從FSI所代表的FuelStratified Injection含義上看，分層燃燒應該是FSI發動機的精髓與特點，不過也可以理解為是它的研發起點和基礎。

1.8升TFSI發動機噴油示意

2.8升FSI發動機噴油示意

奧迪可變氣門升程系統

分層燃燒點火時，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。

在高速大負荷勻質燃燒情況下，進行歧管內的翻板放下，增大進氣量，讓更多空氣參與燃燒。

噴油時刻對分層燃燒混合氣形成有很大影響，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。

分層燃燒的好處在于熱效率高、節流損失少、有限的燃料盡可能多地轉化成工作能量。分層燃燒模式下節氣門不完全打開，保證進氣管內有一定真空度（可以控制廢氣再循環和炭罐等裝置）。這時，發動機的轉矩大小取決于噴油量，與進氣量和點火提前角關系不大。

分層燃燒模式進氣過程中的關鍵是進氣歧管中安置一翻板，翻板向上開啟（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°，噴射時機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?；旌蠚庑纬砂l生在曲軸轉角40°至50°范圍內，如果小于這個范圍，混合氣無法點燃，若大于這個范圍，就變成均質狀態了。分層燃燒的相對空燃比（λ值）一般為1.6～3。

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，減少了缸壁散熱，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范圍內。

分層燃燒時火花塞周圍是易燃的14.7∶1的混合氣，燃燒室其余部分是稀混合氣。在分層模式下，燃油噴射在壓縮行程實現，直接穿透燃燒室內的空氣。在燃燒室內，有節氣門和活塞頂結構之間在進氣過程中形成的氣體渦流。進氣渦流對分層燃燒很有幫助，隨動的油霧形成易燃混合氣圍繞在火花塞的周圍，而這時正對應點火時刻。

在分層燃燒模式下，燃燒室內的整體混合氣的λ值最高可以達到4.0，使得發動機中低轉速情況下燃油消耗量大大下降。分層燃燒的另外一個好處在于隔絕了已燃混合氣向氣缸壁的散熱，降低了發動機的熱損耗，提高了工作效率。

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范圍寬泛，有較好的燃油經濟性。

4.2升V8 FSI發動機燃燒室結構

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么嚴格。均質稀燃的空燃比大于1。

均質燃燒則能充分發揮動態響應好，轉矩和功率高的特點。均質燃燒進氣過程中節氣門位置由加速踏板決定，進氣歧管中的翻板位置視不同情況而定。當中等負荷時，翻板依然是關閉的，有利于形成強烈的進氣旋流，利于混合氣的形成與霧化。當高速大負荷時，翻板打開，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于或等于1。

均質燃燒模式下，燃油噴射與進氣脈沖同步，形成均勻的混合氣。與傳統發動機相比，燃油蒸發效果更好，同時蒸發的吸熱過程降低了混合氣溫度，使得發動機運轉時發生爆燃的可能性減小，因此壓縮比可以相應地增加（有些機型達到11.5∶1），功率大為提高。而即使在均質燃燒模式下，燃油消耗也可保持較低水平，這一點從勒芒拉力賽的勝利可以得到證實，在該賽事中，發動機始終處于均質燃燒模式。

以上三種燃燒狀態是FSI發動機特有的燃燒控制模式，但其中有些方面還停留在理論優勢方面?，F在大眾集團在全球發布的FSI發動機都采用均質燃燒模式，這不是說分層燃燒不可實現，而只是說分層燃燒實施的成本或時機還不成熟。主要表現在分層燃燒用稀混合氣，提高了局部缸內溫度，也增加了氮氧化物這樣的有害排放物。對于稀混合氣，普通的三元催化轉化器很難把氮氧化物轉化干凈，那么需要額外的降低氮氧化物的催化轉化器，無疑加重了空間和成本的負擔。另外，現階段高硫含量的汽油對此催化轉化器損害很大，因此增加了改造煉油設備、提升燃油品質的成本。

沒有了分層燃燒會不會讓FSI發動機的原有優勢蕩然無存？答案是否定的。即使沒有應用分層燃燒，FSI發動機還有能提升壓縮比、降低燃燒殘油量的特點。FSI發動機采用缸內直噴，汽油在缸內蒸發產生內部冷卻效果，從而降低了爆燃的可能性，可適當提升壓縮比。而進氣渦旋與氣門正時的配合能使沒燃燒的殘油得到良好的再利用。因此，FSI發動機仍能在提高動力、降低油耗方面有較大的作為。

4.2升V8 FSI發動機

帶可變氣門系統的缸蓋局部

奧迪R8裝配5.2升FSI發動機