节能减排是现代乘用车发动机发展的永恒主题和不懈追求的目标。12年来，大众公司在EA111系列1.4L汽油机平台的基础上，运用汽油缸内分层直接喷射和增压等现代新技术，开发出了1.4L-FSI自然吸气机型和1.4L-TSI废气涡轮与机械式复合增压机型。2012年，又应用统一的标准部件实现模块化结构型式，开发出新一代EA211汽油机系列1.4L-TSI涡轮增压直喷式汽油机，大大降低了大批量生产和用户维修保养的成本。本文以翔实的资料系统地介绍了大众公司1.4L汽油机全系列各机型的结构和性能，旨在使读者了解世界著名跨国公司的现代新技术、新工艺、新材料及其创新思路，并以节能减排为主线，展示乘用车汽油机系列机型的演变过程，作为相关乘用车发动机使用、维修与保养的借鉴。

一、现代汽油发动机的发展

随着全球生态环境日益恶化，欧盟议会要求到2012年，各汽车公司所生产的汽车平均CO2排放量应低于90g/km，也就是汽油车燃油耗低于3.8L/100km，柴油车燃油耗低于3.4L/100km(见图1)。随着技术的发展，直喷式柴油机的普遍推广与应用，特别是汽油缸内直接喷射技术的逐渐成熟，使汽油车的燃油耗和CO2的排放量也大幅降低，越来越接近柴油机的水平(见图2)。但是，欧洲汽车制造商联合会只能承诺到2012年，汽油车平均CO2排放量达到120g/km,也就是汽油车燃油耗低于5.1L/100km，柴油车燃油耗低于4.5L/100km，与欧盟议会的要求还有相当大的差距，有待于继续挖掘直喷式汽油机的节油潜力。

图3示出了现代汽油发动机各种技术措施节油潜力的比较。图中可以清楚地看出，单一措施的汽油缸内直接喷射蕴含着最大的节油(即降低CO2排放量)潜力。这种效果一方面是因为发动机的无节流运行降低了换气损失，另一方面由于充量分层运行，燃烧在燃烧室中央进行，周围有隔热的空气层，减小了壁面的热损失。此外，全负荷时，爆震倾向降低，所以发动机能够以较高的压缩比运行。这些措施在发动机整个特性曲线场范围内，对燃油耗起到了有利的作用。而燃烧室内经过优化的充量运动，也使得混合汽在以化学计量比运转的范围内具有较高的EGR兼容性，因此在该运转范围内，也能获得节油效果。所以，无论从节能减排的角度，还是从提高汽油发动机动力性能的角度，现代缸内直喷式汽油机都在进气道喷射技术的基础上，又将汽油发动机技术向前推进了一大步。

图3示出的汽油发动机的各种节油技术措施对缸内直喷式汽油机的节能减排均具有显著效果，已成为缸内直喷式汽油机发展不可分割的部分，其中发动机小型化是现代缸内直喷式汽油机的主要发展方向，电控汽油缸内直接喷射技术、废气涡轮增压技术和可变气门控制技术构成了现代缸内直喷式汽油机小型化的三大核心技术。据预测，采用这些技术的缸内直喷式汽油机的市场份额将不断增长，至2020年，这些汽油机将占轿车发动机市场近一半的份额(见图4)。

二、1.4L-F SI自然吸气燃油分层喷射汽油机

汽油缸内直接喷射蕴含着最大的节油潜力，为了充分发挥其潜力，要求发动机在尽可能宽广的工况范围内，以燃油分层喷射(FSI，Fuel Stratified Injection)的方式运行。2000年，大众公司路波(Lupo)轿车装用的1.4L-FSI汽油机是欧洲市场上的第一台FSI直喷式汽油机，77kW/130Nm，最高车速达200km/h,燃油耗仅4.9L/100km，并达到当时最严格的欧Ⅳ排放标准，是优异的燃油耗、卓越的行驶动力和最严格的排放标准的完美结合。

Lupo-FSI汽油机是大众公司燃油分层喷射技术的平台，为了使读者能更好地理解FSI汽油机的设计理念，下文将简要介绍FSI的燃油喷射、混合汽形成及其燃烧过程。

1.FSI燃烧系统

图5是FSI燃烧系统的原理图。这种燃烧系统在先期开发阶段，经过一系列试验从多种燃烧系统方案中优选出来，除了考虑燃油耗和排放等整机性能因素外，喷油器的热负荷也是必须着重考虑的重要方面。喷油器布置在双联进气道的下方，其喷束锥角为70°，根据进气道与汽缸盖所形成的空间结构，喷油器的喷束轴线必须相对于活塞顶倾斜20°，以适应与燃烧室几何形状的相对关系。

由图5可以清楚地看出，铸入进气道内的滚流板将进气道分成上下两半，前置的滚流阀可根据发动机的运转工况关闭进气道的下半部，使进气道上半部的气流产生加速，流经进气门颈部上方进入燃烧室，从而诱导出强烈的空气滚流运动。活塞顶面有两个特殊造型的导向凹坑，是为了确保在FSI燃烧过程中获得所期望的燃油壁面导向和空气气流导向组合效应。燃油导向凹坑造型在广泛

试验研究中，获得了最佳的导向效果，即尽可能好地将燃油喷束引导到火花塞附近。

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