說(shuō)到TFSI技術(shù)，最早可追溯到2004年。那年，奧迪公司將2.0T FSI分層直接噴射增壓汽油機推向市場(chǎng)，這是該公司第一次在直噴式汽油機上應用廢氣渦輪增壓技術(shù)。EA888系列的1.8T FSI分層直接噴射增壓汽油機是奧迪公司專(zhuān)為A級車(chē)研發(fā)的高性能發(fā)動(dòng)機, 無(wú)論從技術(shù)水平、動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟性以及環(huán)保等方面都居世界領(lǐng)先地位。該發(fā)動(dòng)機2007年初才裝備到新款奧迪A3上。值得業(yè)內人士關(guān)注的是，這種最新型的直噴式汽油機是在全新設計的發(fā)動(dòng)機結構基礎上應用了升級版的增壓燃油分層直接噴射（T-FSI）燃燒過(guò)程，能夠提供更大的低速扭矩和實(shí)現更低的燃油消耗。同時(shí)，新一代的發(fā)動(dòng)機管理系統和噴油系統高壓部件還能滿(mǎn)足未來(lái)更嚴格的排放法規要求。

發(fā)動(dòng)機的主要尺寸和特性數據

    表1中列出了1.8T FSI發(fā)動(dòng)機主要尺寸和技術(shù)數據，并與速騰、帕薩特上所使用的1.8-5V-T-MPI發(fā)動(dòng)機機進(jìn)行對比。在圖1所示的發(fā)動(dòng)機橫剖圖中，我們可以看出它比老機型明顯緊湊，而且在采用了平衡軸傳動(dòng)機構和高壓噴射系統后，發(fā)動(dòng)機質(zhì)量并沒(méi)有增加。

發(fā)動(dòng)機性能改進(jìn)

    1.8T FSI汽油機的換氣和燃燒過(guò)程是以2004年已批量生產(chǎn)的2.0T FSI汽油機為基礎的，但是許多部件都經(jīng)過(guò)了改進(jìn)，其開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)是改善起步時(shí)低速扭矩，特別是動(dòng)態(tài)扭矩的建立。

    1.8T FSI汽油機繼承了2.0T FSI汽油機的燃燒室形狀，其進(jìn)氣道同樣也是滾流氣道，壓縮比則考慮到按燃用辛烷值為95（研究法）的汽油進(jìn)行設計而降低到
9.5。除了優(yōu)化滾流閥之外，還采取了新的配氣正時(shí)策略，對換氣過(guò)程進(jìn)行了較大的改進(jìn)，并在批量生產(chǎn)中采用多孔噴油器，同時(shí)還應用了新型的多油束和雙次噴射技術(shù)。為了在低轉速時(shí)獲得較高的平均有效壓力，混合氣形成和燃燒過(guò)程必須滿(mǎn)足特殊的技術(shù)要求。

1.燃油噴射

    1.8T FSI汽油機應用了多孔噴油器技術(shù)，以便能夠明顯地改善混合氣的均質(zhì)化。通過(guò)噴孔數目、單個(gè)噴孔幾何形狀、單個(gè)分支油束錐角和方位的選擇，并與噴油壓力相結合，多孔噴油器可以提供多種匹配可能性（圖2）。為此，技術(shù)人員進(jìn)行了廣泛的試驗研究來(lái)驗證眾多的開(kāi)發(fā)目標對噴油系統設計參數的敏感性（圖3）。在噴油器的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，除了進(jìn)行壓力罐試驗和石英玻璃單缸發(fā)動(dòng)機試驗之外，進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)（CFD）計算也是一種非常有價(jià)值的輔助方法。

    試驗結果顯示，在選定的10 MPa噴油壓力下靜態(tài)流量為15 cm3/s時(shí)，采用6個(gè)噴孔和最短噴孔長(cháng)度的噴油嘴結構是最理想的。而選擇最大噴油壓力為15 MPa則使得噴油器能夠實(shí)現最小和最大噴油量之間大的噴油量跨度，并從而獲得對噴油定時(shí)進(jìn)行精細優(yōu)化的空間。這樣就使得發(fā)動(dòng)機低負荷時(shí)最小油量的混合氣形成更加理想，高負荷時(shí)改變噴油參數的可能性也大大增加，特別是全負荷工況的混合氣形成得到了明顯改善，燃油消耗和排放也大大降低。由于混合氣良好的均質(zhì)化，即使在極限條件下也會(huì )避免出現例如提前點(diǎn)火等無(wú)法控制的燃燒出現。同時(shí)，通過(guò)應用雙次噴射使混合氣均質(zhì)化獲得了更多的優(yōu)點(diǎn)。由于將燃油量分配到進(jìn)氣行程和壓縮行程進(jìn)行噴射，從而促使燃油與新鮮空氣可以更加均勻的混合。但是，應用雙次噴射會(huì )受到一定條件的制約：負荷太低時(shí)受到噴油系統最小噴油量的限制；而當發(fā)動(dòng)機在3000r/min時(shí)又受到電控單元輸出功率及再充電時(shí)間的限制。

2.充量運動(dòng)

    在受爆震制約的特性曲線(xiàn)場(chǎng)范圍內，低轉速和高平均有效壓力工況必須具有很高的燃燒穩定性，其中滾流閥的控制作用十分重要。通過(guò)關(guān)閉滾流閥，進(jìn)氣充量產(chǎn)生的高強度滾流運動(dòng)可以明顯改善混合氣的形成。如圖4所示為有/無(wú)充量滾流運動(dòng)汽缸內部流動(dòng)模擬計算結果比較。當滾流閥完全打開(kāi)，與進(jìn)氣同步噴射時(shí)，充量流動(dòng)使燃油束向活塞運動(dòng)，并且液態(tài)燃油滴碰到活塞頂面；而當滾流閥關(guān)閉的時(shí)候，強烈的充量滾流運動(dòng)將燃油束包裹起來(lái)，燃油很少呈液態(tài)，到點(diǎn)火時(shí)已形成了非常有利的均勻的油霧分布。

    在從怠速到3000 r/min的特性曲線(xiàn)場(chǎng)范圍內，滾流閥是始終關(guān)閉的，以確保形成良好的混合氣和穩定的燃燒狀態(tài)，從而能夠在部分負荷時(shí)應用較高的殘余廢氣穩定運行，并保持理想的燃燒效率。發(fā)動(dòng)機在高負荷時(shí)，由于強烈的充量運動(dòng)使燃油獲得良好的均質(zhì)化，燃燒速度提高，從而使50%能量轉換點(diǎn)出現在較早的相位，Pmi的標準偏差也明顯減小。這樣，發(fā)動(dòng)機在保持低噪聲運行的同時(shí)達到了較高的平均有效壓力。

3.穩態(tài)全負荷特性

    1.8T FSI發(fā)動(dòng)機采取上述優(yōu)化措施后其效果反映在全負荷特性曲線(xiàn)上（圖5），在1000r/min轉速時(shí)的扭矩就已經(jīng)達到了165N·m，而在1500～4200r/min范圍內始終保持著(zhù)最大扭矩250N·m，并在5000～6200r/min的轉速范圍內達到最大功率118kW，因此能夠匹配低燃油耗的變速器傳動(dòng)設計，并具有運動(dòng)特性。

    從圖6上可以清楚地看到，發(fā)動(dòng)機排量修改后在平均有效壓力方面的提高是非常明顯的。由于在2.0T FSI汽油機上應用了汽油直接噴射，與采用進(jìn)氣道噴射的增壓汽油機相比，低轉速時(shí)的平均有效壓力得到了非常明顯的改善。新型1.8T FSI汽油機的開(kāi)發(fā)是通過(guò)優(yōu)化缸內充量運動(dòng)使起步扭矩得到了進(jìn)一步提高，特別是在動(dòng)態(tài)扭矩建立方面的改善更加顯著(zhù)，這對提高汽車(chē)加速性能是非常重要的。

4.動(dòng)態(tài)加速性能

    1.8T FSI汽油機2000 r/min轉速時(shí)負荷突變如圖7所示，它達到全負荷的時(shí)間縮短到了1.2 s，而在以前的1.8T-MPI進(jìn)氣道噴射增壓汽油機則需要1.6s。若要對比達到1.5 MPa平均有效壓力所需要的時(shí)間間隔來(lái)看，當1.8T-MPI汽油機換為新型的1.8T FSI汽油機，可縮短1s的時(shí)間。因此這種新型汽油機在改善動(dòng)態(tài)性能方面取得了很大的進(jìn)步，這對車(chē)輛的加速性能是非常重要的。

    由于1.8T FSI汽油機的穩態(tài)和動(dòng)態(tài)扭矩建立較快，從而獲得良好的行駛動(dòng)力性。以裝備該發(fā)動(dòng)機的奧迪A3為例（圖8），當該車(chē)在最高的兩個(gè)檔位時(shí)，新歐洲行駛循環(huán)（NEFZ）燃油消耗和機動(dòng)性，并將2.0T FSI汽油機和1.8T-MPI進(jìn)氣道噴射汽油機進(jìn)行比較。與1.8T-MPI汽油機相比，1.8T FSI汽油機的行駛動(dòng)力性稍有改善，但是其燃油消耗量卻降低了0.8 L/100km，這相當于在舒適性明顯提高和駕駛機動(dòng)性得到改善的同時(shí)燃油消耗卻降低了9%。

    1.8T FSI汽油機是2004年首次推出2.0T FSI汽油機以后大眾公司在汽油機戰略中的一個(gè)里程碑，其再次顯示出增壓直接噴射汽油機技術(shù)未來(lái)所具有的潛力。