5.2升V10 FSI发动机

装TFSI的奥迪A6

FSI，它所代表的单词直译为燃油分层喷射，是大众集团直喷发动机的标志代码。FSI发动机的特征之一就是有非凡的效率，排放满足现今严格的标准。与传统发动机相比，FSI技术能提升动力输出和动态响应，同时燃油消耗也有所降低。

当装载FSI发动机的奥迪R8赢得勒芒24小时赛冠军时，FSI技术综合了动力和经济性的特征得到了最佳的发挥。在当时普遍存在的理论是：设计新发动机前首先要考虑偏重动力还是经济性，各种解决方案之间的差异也不会很大。

FSI发动机朝着工作效率方向前进了一大步，并开拓了点燃式发动机的新思路，其技术进步可以比肩柴油机领域的TDI技术，在综合动力和经济性方面达到了新的高度。

把汽油直接喷入气缸的FSI发动机相对于把汽油喷入进气歧管的传统发动机有以下优势：

1）动态响应更佳。

2）功率和转矩同时增加。

3）燃油消耗明显降低。

理论上，FSI发动机有至少两种燃烧模式：分层燃烧和均质燃烧，有人还把均质燃烧模式细分为均质稀燃模式和均质燃烧模式。从FSI所代表的FuelStratified Injection含义上看，分层燃烧应该是FSI发动机的精髓与特点，不过也可以理解为是它的研发起点和基础。

1.8升TFSI发动机喷油示意

2.8升FSI发动机喷油示意

奥迪可变气门升程系统

分层燃烧点火时，只有火花塞周围混合状态较好的气体被点燃，这时周围的新鲜空气以及来自废气再循环的气体形成了很好的隔热保护。

在高速大负荷匀质燃烧情况下，进行歧管内的翻板放下，增大进气量，让更多空气参与燃烧。

喷油时刻对分层燃烧混合气形成有很大影响，燃油被喷射在活塞顶的凹坑内，喷出的燃油与涡旋进气结合形成混合气。

分层燃烧的好处在于热效率高、节流损失少、有限的燃料尽可能多地转化成工作能量。分层燃烧模式下节气门不完全打开，保证进气管内有一定真空度（可以控制废气再循环和炭罐等装置）。这时，发动机的转矩大小取决于喷油量，与进气量和点火提前角关系不大。(www.daowen.com)

分层燃烧模式进气过程中的关键是进气歧管中安置一翻板，翻板向上开启（原理性质、实际机型可能有所不同）封住下进气歧管，让进气加速通过，与ω形活塞顶配合，相成进气涡旋。

分层燃烧时喷油时间在上止点前60°至上止点前45°，喷射时机对混合气的形成有很大影响。燃油被喷射在活塞顶的凹坑内，喷出的燃油与涡旋进气结合形成混合气。混合气形成发生在曲轴转角40°至50°范围内，如果小于这个范围，混合气无法点燃，若大于这个范围，就变成均质状态了。分层燃烧的相对空燃比（λ值）一般为1.6～3。

点火时，只有火花塞周围混合状态较好的气体被点燃，这时周围的新鲜空气以及来自废气再循环的气体形成了很好的隔热保护，减少了缸壁散热，提升了热效率。点火时刻的控制也很重要，它只在压缩过程终了的一个很窄的范围内。

分层燃烧时火花塞周围是易燃的14.7∶1的混合气，燃烧室其余部分是稀混合气。在分层模式下，燃油喷射在压缩行程实现，直接穿透燃烧室内的空气。在燃烧室内，有节气门和活塞顶结构之间在进气过程中形成的气体涡流。进气涡流对分层燃烧很有帮助，随动的油雾形成易燃混合气围绕在火花塞的周围，而这时正对应点火时刻。

在分层燃烧模式下，燃烧室内的整体混合气的λ值最高可以达到4.0，使得发动机中低转速情况下燃油消耗量大大下降。分层燃烧的另外一个好处在于隔绝了已燃混合气向气缸壁的散热，降低了发动机的热损耗，提高了工作效率。

均质稀燃模式混合气形成时间长，燃烧均匀，通过精确控制喷油，可以达到较低的混合气浓度。均质稀燃的点火时间选择范围宽泛，有较好的燃油经济性。

4.2升V8 FSI发动机燃烧室结构

均质稀燃与分层燃烧的进气过程相同，油气混合时间加长，形成均质混合气。燃烧发生在整个燃烧室内，对点火时间的要求没分层燃烧那么严格。均质稀燃的空燃比大于1。

均质燃烧则能充分发挥动态响应好，转矩和功率高的特点。均质燃烧进气过程中节气门位置由加速踏板决定，进气歧管中的翻板位置视不同情况而定。当中等负荷时，翻板依然是关闭的，有利于形成强烈的进气旋流，利于混合气的形成与雾化。当高速大负荷时，翻板打开，增大进气量，让更多的空气参与燃烧。均质燃烧的喷油、混合气形成与燃烧和均质稀燃模式基本一样。均质燃烧情况下空燃比小于或等于1。

均质燃烧模式下，燃油喷射与进气脉冲同步，形成均匀的混合气。与传统发动机相比，燃油蒸发效果更好，同时蒸发的吸热过程降低了混合气温度，使得发动机运转时发生爆燃的可能性减小，因此压缩比可以相应地增加（有些机型达到11.5∶1），功率大为提高。而即使在均质燃烧模式下，燃油消耗也可保持较低水平，这一点从勒芒拉力赛的胜利可以得到证实，在该赛事中，发动机始终处于均质燃烧模式。

以上三种燃烧状态是FSI发动机特有的燃烧控制模式，但其中有些方面还停留在理论优势方面。现在大众集团在全球发布的FSI发动机都采用均质燃烧模式，这不是说分层燃烧不可实现，而只是说分层燃烧实施的成本或时机还不成熟。主要表现在分层燃烧用稀混合气，提高了局部缸内温度，也增加了氮氧化物这样的有害排放物。对于稀混合气，普通的三元催化转化器很难把氮氧化物转化干净，那么需要额外的降低氮氧化物的催化转化器，无疑加重了空间和成本的负担。另外，现阶段高硫含量的汽油对此催化转化器损害很大，因此增加了改造炼油设备、提升燃油品质的成本。

没有了分层燃烧会不会让FSI发动机的原有优势荡然无存？答案是否定的。即使没有应用分层燃烧，FSI发动机还有能提升压缩比、降低燃烧残油量的特点。FSI发动机采用缸内直喷，汽油在缸内蒸发产生内部冷却效果，从而降低了爆燃的可能性，可适当提升压缩比。而进气涡旋与气门正时的配合能使没燃烧的残油得到良好的再利用。因此，FSI发动机仍能在提高动力、降低油耗方面有较大的作为。

4.2升V8 FSI发动机

带可变气门系统的缸盖局部

奥迪R8装配5.2升FSI发动机