動力性與燃油經濟性兼備的ＦＳＩ燃油直噴發動機

汽油發動機再次迎頭趕上。如果說一段時間以來在發動機的比拼中，柴油發動機較之汽油發動機占據了上風，那么現在汽車制造商及零件商則吹響了汽油發動機反擊的號角：運用第二代燃油直噴技術，汽油發動機高能耗的缺點得到了很好的彌補。

當柴油發動機的直噴技術在世界上很多地區已經形成標準的時候，汽油發動機直噴技術的發展還處于很初級的階段。“第一代汽油直噴發動機還不能滿足人們的高期望值”，雷諾發言人托馬斯·梅因格勒說。在他看來，第一代發動機在減少能耗方面雖然已經卓有成效，但是同時價格也偏高。這也解釋了為什么法國人將他們裝配在雷諾梅甘娜和拉古娜車型上的發動機又重新從市場上收回的原因，而這些發動機是歐洲第一批汽油直噴式發動機。

現在整個汽車行業都將燃油的燃燒方式從增加氧氣比重調整為一種更為合理均勻的增大燃油空氣比值，在發動機研究上進行新的嘗試的時機似乎已經成熟。奧迪（英戈爾施塔特）工程師克里斯蒂安·埃格爾邁爾期望所謂的FSI發動機也能夠在市場上大獲全勝，就像16年前的TDI柴油發動機一樣。

榮獲汽車發動機奧斯卡“年度最佳發動機”大獎、裝置在奧迪A4上的2.0T FSI發動機，正是FSI技術和渦輪增壓技術結合的成果。據埃格爾邁爾介紹，這樣的結合能夠完全發揮汽油直噴技術的優勢。“汽油直噴技術可以給發動機帶來更高的效率卻不用更多的能耗；而渦輪增壓則能使發動機在低轉速下保持高扭矩，”這位工程師解釋。也就是說，這樣的發動機可以減少駕駛者換擋的次數并且節省燃油。除此之外，此項技術也為未來減少汽車尾氣排放奠定了基礎，使汽車不用加裝尾氣凈化器就可以符合歐洲5號有害氣體排放標準。

FSI是Fuel Stratified Injection的詞頭縮寫，意指燃油分層噴射，是直噴式汽油發動機領域的一項創新技術。奧迪采用的FSI燃油直噴技術在同等排量下實現了發動機動力性和燃油經濟性的完美結合，是當今汽車工業發動機技術中最成熟、最先進的燃油直噴技術，并引領了汽油發動機的發展趨勢。

這一世界領先的發動機技術，自問世起就為奧迪贏得了無數榮譽。從2001年6月開始，FSI汽油直噴發動機在世界上幾乎最嚴峻的耐久性測試中就已經展現出超常的潛力。而由FSI發動機驅動的奧迪R8在勒芒大賽中多次奪魁，在ALMS美國勒芒系列賽上更是贏得了無數個冠軍，無數次登上領獎臺。

將燃油直接噴射入汽缸的FSI發動機，相比將燃油噴射至進氣歧管的傳統發動機，其優點在于：動力性顯著提高，輸出更高的功率和扭矩，同時燃油消耗可降低15%。

在設計上，FSI發動機與其他傳統發動機的區別在于：與歧管噴射原理相反，FSI發動機配備了按需控制的燃油供給系統，每缸四氣門，可變進氣歧管以及進排氣凸輪軸連續可調裝置。汽油被直接噴入燃燒室，單活塞高壓泵的共軌高壓噴射系統負責提供精確的燃料，形成30-100巴的工作壓力。同時，燃料室的幾何設計以及毫秒級精確計算注入汽油量的功能大大提高了其壓縮比，這也是高效新款發動機的必要先決條件。在進氣道方面，FSI發動機采用可變進氣歧管，由電子系統控制所需的空氣流量，實現了無節流變質調節，提高了充氣效率，從而獲得更高的升功率，而發動機的動態響應也變得更為直接。

推動這種進步的主要因素是部分負荷狀態下的分層進氣原理。直噴式汽油發動機采用類似于柴油發動機的供油技術，通過一個活塞泵提供所需的100巴以上的壓力，將汽油提供給位于汽缸內的電磁噴射器。噴油嘴將噴射時間控制在千分之一秒內，將燃料在最恰當的時間直接注入燃燒室，通過對燃燒室內部形狀的設計，讓混合氣能產生較強的渦流使空氣和汽油充分混合。然后使火花塞周圍區域能有較濃的混合氣，其他周邊區域有較稀的混合氣，保證在順利點火的情況下盡可能實現稀薄燃燒。這就是分層燃燒的精髓所在。直噴發動機的另一個好處在于隔絕了已燃混合氣向汽缸壁和汽缸蓋的散熱，從而降低了發動機的熱損耗。

直噴式汽油發動機原理的特點是可采用兩種不同的注油模式，即分層注油和均勻注油模式。在油門半開狀態下，分層注油方式可充分發揮燃料的經濟效益，因為此時只在火花塞周圍才需要富含汽油可觸發的油氣混合物。而在燃燒室的其他地方，只需注入含高比例空氣的油氣混合物。在日常駕駛條件下，直噴式汽油發動機技術的節油性能更加顯著，因為駕駛員可不斷地來回更換采用分層注油和均勻注油兩種模式。直噴式汽油發動機技術之所以能夠實現分層注油原理，是因為它可控制燃燒室內的注油過程，并在完成觸發之前直接注入燃料。這樣就可大幅度減少燃燒所需的燃料——這是實現FSI發動機經濟效益最重要的先決條件。

FSI發動機在提供更大的輸出功率和扭矩的同時，進一步提高了發動機的燃油經濟性并降低排放。與傳統發動機相比，相同排量的FSI發動機燃油消耗量要顯著降低，在能源日趨緊缺的今天更加凸現優勢。

奧迪FSI發動機的新特點來自奧迪工程師們開發的大量關鍵組件，其中包括：

■ 為該技術專門設計的、單活塞高壓泵的共軌高壓噴射系統，負責提供充足的燃料，保證系統達到所需要的壓力狀態；

■ 全新設計的每汽缸配有4氣門的新汽缸蓋，氣門由凸輪滾子從動件驅動；

■ 可持續控制進氣的燃燒進程；

■ 排氣循環回收系統；

■ 改進的排氣控制系統，帶有NOx存儲型催化式排氣凈化器和NOx感應器，現在低硫汽油的供應日益普及，發動機全面節油的潛力逐漸得以實現。

第一臺新一代發動機是4汽缸2.0發動機，它的發動機組件以及尺寸和現在A4和A6上使用的發動機十分相似。它帶有共軌噴射系統和一個單活塞高壓泵。這臺發動機每汽缸配有4個進氣閥，而非傳統的5個進氣閥，這一點與其他將燃油噴射到進氣歧管的發動機有所不同。因為要給燃燒室內的噴嘴留出空間，這樣的安排是必要的。在發動機高轉速或低轉速時，兩級進氣歧管會調整到自動預設的兩個長度。在進氣凸輪上所安裝的連續調節器，會根據發動機管理系統發出的信號改變進氣氣門的開啟時間。

在發動機排氣系統安裝有實現有效控制尾氣排放的重要組件，即排氣再循環系統。新的系統比上一代系統運行效率更高，并能將30％的排放氣體再次循環至發動機的燃燒室。

發動機上還安裝了兩個催化式排氣轉化器用來控制排放：其中一個多級三向轉化器位于排氣岐管的排放端，離發動機很近；而另一個NOx存儲型轉化器則位于底盤之下。

NOx存儲型轉化器是為滿足燃油直噴發動機而特別設計的，在其排氣側裝有一個NOx感應器。傳統的三向催化式轉化器無法在發動機燃燒不充分時將氮氧化物充分分解，因此排氣中含有大量有害的化學物質。含有鋇金屬涂層的存儲型催化轉化器，能夠高效的完成將大量殘留氮氧化物轉化為無害氮氣的任務。

存儲型轉化器由設定的運行特性和溫度控制。當轉化器達到飽和時，發動機會在短時間內生成更濃的混合氣體。這會使排氣的溫度升高，這時轉化器涂層的鋇分子便開始釋放氮氧化物，氮氧化物會隨之被轉化為氮氣。凈化高濃度混合氣體程序的工作頻率，由發動機的運行條件決定，平均運行每分鐘內會有幾秒鐘的時間用來凈化尾氣。

與傳統發動機相比，降低15%的燃油消耗意味著發動機的經濟性提高了15%，這是FSI的各項技術不斷改進的綜合成果。而在西門子公司配件商VDO（施瓦爾巴赫）董事克勞斯·埃格爾看來，汽油直噴式發動機在節省燃油方面還有更大的潛力空間，在未來有望節省燃油20%甚至更多。“這樣一來汽油發動機與柴油發動機的競爭力就不相上下了，”埃格爾說。而發動機工程師們對于將來汽油發動機在與柴油機的競爭中重新占據上風更是充滿了信心。在談到汽油直噴發動機的市場前景時，來自博世的萊昂哈德表示，“汽油直噴發動機會在市場上取得成功，就像柴油直噴發動機一樣。到了2008年，在歐洲市場上賣出的五分之一的發動機將是汽油直噴式發動機。”

雖然有關于粉塵吸入以及微觀顆粒過濾的議論讓德國人的熱情有所削減，但是根據德國交通管理聯邦局的調查數據顯示，2005年一季度德國所有新上牌的車輛中有44.5%是使用汽油發動機的，同比上年增加了3.5個百分點。

從長遠來看，我們似乎可以這樣總結：兩種不同概念的發動機的競爭在市場上將會不分上下。

（編寫：茹鐵征）