2003年大众公司在1.8L-5V-92kW进气道喷射汽油机的基础上为第2代奥迪（Audi）A3和A4轿车开发了一种新型横置式2.0L-4V-FSI分层直接喷射汽油机，除了将发动机功率由92kW增加到110kW使汽车的动力性得到了显著提高外，还使汽车燃油耗降低了大约1L/100km，同时更加舒适，并达到了当时欧洲实施的欧IV废气排放标准。

    这种采用汽油分层直接喷射（FSI）技术的直列4缸4气门汽油机成功地解决了传统汽车在功率、舒适性和燃油耗之间的目标冲突，表明汽油分层直接喷射技术始终是提高汽油机燃烧效率潜力最大的一种技术措施。

2004年，大众公司在这种EA113汽油机系列平台基础上又开发出了世界上第一台涡轮增压缸内直接喷射2.0L-TFSI汽油机，功率为195kW，扭矩为350Nm。

    2010年，为了给奥迪运动型轿车配备动力性能更好的汽油发动机，又将上述涡轮增压2.0L-TFSI燃油分层直喷式汽油机的燃油过程移植到奥迪直列5缸自然吸气2.5L-MPI多点气门口喷射汽油机上，成功地开发出了功率250kW，扭矩450Nm的2.5L-TFSi增压燃油分层直喷式汽油机。本文将详细介绍4缸自然吸气2.0L-TFSI燃油分层直喷式汽油机和5缸涡轮增压2.5L-TFSi燃油分层直喷式汽油机。

一、自然吸气2.0L-FSI燃油分层直喷式汽油机

    2.0L-4V-FSI分层直接喷射汽油机是在1.8L-5V-M PI进气道喷射汽油机（D=81mm,S=86.4mm）的基础上加大缸径和行程重新开发而成的，使行程与缸径之比从1.067加大到1.125。

    在对5气门（5V）汽缸盖进行详细试验研究后，经过方案的仔细比较，并对几种不同的燃烧方法进行分析，最终专门为空气引导的分层直接喷射燃烧过程设计了一种新的4气门（4V）汽缸盖，可以应用于横置式和纵置式的自然吸气、增压的直列式和V形汽油机上，并能在全球进行低成本、大批量生产。

    为了平衡直列4缸发动机产生振动的二阶惯性力，并避免曲柄连杆机构的振动，在油底壳中集成了一套平衡轴传动机构，从而减轻了这种直列4缸发动机结构型式所固有的振动缺陷，使汽车的舒适性得到了明显的改善。
    表1列出了这种2.0L-FSI燃油分层直喷式汽油机最重要的尺寸和技术数据。该机的曲柄连杆机构是以久经考验的EA113系列汽油机为基础重新进行设计的。为了满足汽油直接喷射的要求，开发了全新的4气门滚轮式摇臂汽缸盖，它是今后大众公司设计新一代轿车直喷式汽油机系列的基础。

 
   为方便对比，表1中同时列出了2.0L-TFSi增压机型的数据。

1．汽缸盖及其配气传动机构
    这种双顶置凸轮轴汽油机像所有大众直列式汽油机一样，将配气传动机构设计成前端用齿形皮带直接驱动排气凸轮轴，再由排气凸轮轴后端（变速器端）的链轮通过一条9.5mm宽的套筒链条传动进气凸轮轴。齿形皮带采用一个机械式高阻尼涨紧装置来涨紧，同时由于与5气门汽缸盖相比4气门汽缸盖承受着更大的交变扭矩，并且进气凸轮轴后端还带有驱动高压燃油泵（HDP）的凸轮传动机构，因此要求齿形皮带传动具有更高的动态性能。但是，在功能相同的情况下，与液压涨紧装置相比，机械式涨紧装置的成本较低。

    安装在排气凸轮轴后端的叶轮式凸轮轴相位调节器通过一根短链条可连续改变进气凸轮的配气相位多达42。曲轴转角。进气凸轮轴后端通过凸轮和杯状挺柱来驱动高压燃油泵，这些部件都装配在一个模块化壳体中，而该壳体则安装在汽缸盖后端（变速器端），其中还装有控制凸轮轴相位调节器的机油控制阀。在横置式发动机上，高压燃油泵安装在进气凸轮轴后端，有利于避免受到排气歧管和催化转化器的热损害。

    在空气引导的汽油分层直接喷射燃烧过程中，汽缸盖中的燃烧室、气门夹角、中央布置的火花塞位置和喷油器的位置都起着决定性的作用（见图1、图2）。由于考虑到尚无成熟的汽缸盖生产线，因此该机的汽缸盖可以从里到外进行全新的优化设计。

    燃烧室设计的目标在于：一方面要使进排气门具有较大的直径以实现有效地换气，另一方面要为高压喷油器的布置留有足够的空间和自由度，并能获得适合空气引导燃烧过程的燃油束。

[1] [2] [3]  下一页