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十多年前，购车者不太考虑发动机以及技术方面的事情，各种各样的先进技术也只是厂商标榜自己的一种宣传手段而已，并不能真正打动消费者。再看看现在，消费者越来越关心科技与技术含量的问题了，那个厂家哪款车型采用了先进的技术也会第一时间出现在媒体的头条，人们也开始用技术的先进与否来评定一款车的好坏了。在发动机的技术研发方面，德国大众与旗下的奥迪一直处于领先地位。这次，我们就来了解一下让他们引以为豪的FSI燃油分层喷射技术。
● FSI燃油分层喷射概念
FSI是Fuel Stratified Injection的词头缩写，意指燃油分层喷射。燃油分层喷射技术是发动机稀薄燃烧技术的一种。什么叫稀薄燃烧？顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：25以上。
大众FSI发动机利用一个高压泵，使汽油通过一个分流轨道（共轨）到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。如果稀燃技术的混合比达到25：1以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到12：1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。
FSI特点是：能够降低泵吸损失，在低负荷时确保低油耗，但需要增加特殊催化转换器以有效净化处理排放气体。
奥迪R8采用的就是V8 FSI发动机
也许有人会把TSI和FSI的定义混淆，其实这两种发动机形式很容易区分。TSI是以双增压为其最主要的特点，字母TSI则是Turbo-charging（涡轮增压）、Super-charging（机械增压）和Injection（燃油直喷）三个关键特色的首字母缩写。国内的多数媒体也把其称之为：双增压技术。
另外介绍一种最新的TFSI发动机，它可以说是FSI发动机和TSI发动机的结合。它的T和TSI中的T一样，表示采用涡轮技术，其中的S与FSI中的S一样，表示“分层次的”，而不是TSI中表示增压的意思。TFSI发动机既有涡轮，又有分层燃烧，可以说是集合了FSI发动机和TSI发动机的优点。
两款不同的TSI标示
也许，细心的读者可能已经注意到了：迈腾2.0TSI和进口EOS 2.0 TSI两款车型的尾部TSI的标识是不同的，分别是TSI和TSI。经过我们向大众厂家人员的求证，这样的颜色变化代表了两款发动机在不同地方做出的一些调整，这些调整可能在ECU、动力输出等部分，是一种技术的更新变化。
● FSI燃油分层喷射工作原理
上面说过了，稀薄燃烧的目的是为了省油，而省油说起来会很简单，少喷油不就行了嘛！但是少到什么程度才合适，才能在保障动力性能不受太大影响的前提下，实现燃烧效率的最优化呢？我们知道燃油和空气的混合比是14.7：1，当混合气体的浓度比超过理论空然比，我们假设达到了25：1，这时油的浓度很低，会很难点燃，光靠提高点火能量还是不够的。
FSI发动机工作示意图
如果此时在火花塞附近的燃油浓度较高，能达到理论空燃比的燃油浓度，那么此时这团较浓的混合气是很容易被点燃的。而如果用这个较浓的混合气去点燃其他的混合气，显然也是很容易的，这就是分层燃烧。如果采用分层燃烧，就可以实现在很低的燃油浓度下，实现发动机的正常运转。而从上面的分析我们可以看出，实现分层燃烧的前提就是气缸内的混合气体不均匀化，只在靠近火花塞的区域内达到或超过理论空燃比值。
汽缸进气过程
汽缸排气过程
可能这样说会有点难理解，那么我们打个比方。在一个玻璃杯中装满水，假设杯子是气缸，水就是被吸入的空气，如果这时滴入几滴墨水到水里，我们可以很清楚的看到，墨水还没来得及被水稀释，杯口处的水已经慢慢变色，但杯底部却还是没有受到影响，依然清澈。发动机的分层燃烧，其实就和这很相似。杯中的清水是在进气行程中吸入的新鲜口空气，墨水就是燃油。
如果是采用缸外喷射的发动机，燃油喷射在进气歧管里，我们看看会是怎样的情况。我们知道喷油和进气是同在吸气行程内完成的，在进气门打开活塞向下运动时，缸内会形成一个很大的负压，油气混合物这时被吸进来后会在缸内形成很多涡流，这些涡流会使燃油和空气得到充分的混合，也就是说进入气缸的混合气已经经过了较充分的混合，点燃这种已经充分混合的稀薄混合气就会变得非常困难，因为它们无法实现分层，自然也有无所谓分层燃烧了。继续用上面打的那个比方，就等于我们已经将墨水滴入自来水管中，这样杯子接到的水就已经是被均匀染色的了。所以我们现在知道，只有缸内喷射，才能实现分层燃烧。
关于FSI燃油分层喷射技术编辑也在网上所及了一些网友提出的疑问，主要归结为三点第一、FSI的为什么能省油？第二、FSI是如何实现的？第三、FSI为何到国内会缩水？接下来我们就意义为您解答。
奥迪R8的V8 FSI发动机构造图
☆ FSI的为什么能省油？
1、发动机在低负荷运转和高负荷运转的时候，对供油量的要求是不同的，较少的供油就可以维持低负荷运转，如果能尽量减少低负荷时的供油，就可以达到省油的目的。
2、但供油减少到一定的时候，虽然燃烧后产生的能量能够维持发动机运转，但由于汽油的浓度太低了，普通方式下火花塞是无法将混合气点燃的。
3、分层燃烧解决了这个问题，它的原理就是让缸内汽油浓度不是保持一致，而是在火花塞附近的混合气浓度较大，能够被点燃，进而再点燃其余浓度较低的混合气。
4、具体能省多少油，看看空燃比就可以知道大概了，普通发动机的空燃比是14.7:1，大众的FSI可以做到65:1，当然，这些都是在低负荷时采用的方式，在高负荷的时候仍让是均匀燃烧，和普通发动机一样。
5、对于经常在城市里开车的来说，省油还是比较明显的，据大众的宣传，可以省油10%。
☆ FSI燃油分层喷射是如何实现的？
1、在活塞的顶面有设计有凹槽，使得活塞在上下运动的时候，能使缸内产生涡流。
2、喷油嘴二次喷油，在整个活塞行程中并不是只喷射一次，在进气行程中先进行第一次喷射，使汽缸内充满燃油混合物，再在压缩行程即将终了，但是却在即将点火之前时进行第二次喷射，此时的喷射就是为燃油分层而进行的。
3、提高压缩比，这样有助于形成强势涡流，并且缸内温度也随之提高，有助于稀燃。
在大众FSI的这种分层技术中，喷油嘴的位置，汽缸的压缩比以及活塞顶部凹槽的形状都是经过多次实验进行匹配的，才能在一定的行驶工况下产生适量的涡流，既而进行适当的分层。
☆ FSI为何到国内会缩水？
除了大众与奥迪系列车型之外，使用分层燃烧技术的还有三菱他们的GDI发动机的车型，到现在还没有一款在国内正式销售。为什么这些现今的技术无法运用在国内车型上呢？原因何在？
再者，由于中国的油品中含硫量高，需要催化转化装置来处理油品中较高含量的硫，从而导致NOx也就是氮氧化物排放很大，NOx氮氧化物对臭氧层和森林植被的破坏性很大而且还是酸雨的始作俑者。所以这也是厂商方面迟迟不推行FSI发动机的主要原因。
对于一台汽油发动机来说，将汽油送入汽缸，并与空气混合，再使油气混合物充分燃烧才能获得强大的动力，因此油气混合技术也是发动机的关键之一。在经历了化油器、单点电喷、多点电喷技术阶段之后，油气混合技术终于进入了直喷时代，越来越多的车型开始采用直喷发动机，那么直喷发动机的技术关键点都有哪些呢？下面就为大家逐一解析。
高压喷油系统主要可以分为发动机控制模块（ECM）、高压油轨、高压油泵和喷油嘴四部分，其中ECM主要采集发动机数据，按照预定程序控制喷油时机和喷油量，从而实现最高燃烧效率；而高压油泵则主要负责燃油的加压，高压油轨主要起均衡各喷油嘴喷射压力的作用，而最终的喷油任务则由喷油嘴来执行。此外，还有多个传感器提供燃油压力等信息，确保整个系统的高效率。
组成高压喷油系统的四个主要部分
ECM（或称ECU）不仅是直喷发动机的关键部分，也是所有技术较新的内燃机的重要组成部分，这个部分涉及到芯片、执行器、软件等多个环节，其中任何一个环节缺失都无法实现量产装车。目前ECM技术还是为国外企业所把持，在技术上已经比较成熟。部分自主品牌虽然也初步具备了ECM的制造能力，但是在软件的匹配、执行器的可靠性等环节还有不少问题尚待解决，不过就跟变速器技术一样，这样的关键技术一旦取得突破，自主品牌厂商将受益匪浅。
一汽展示的动力总成上的ECM（右侧）
高压油泵则是燃油加压的关键环节，在低压油泵将燃油送到高压油泵之后，高压油泵可以将汽油加压到十余兆帕的压力（这是普通汽油泵压力的三四十倍），并将其送入油轨。高压油泵通常是由凸轮轴带动，内部则有双头或者三头凸轮加压（如福特ECOBOOST系列发动机的“9号凸轮”）。在高压油泵上还集成了电子油轨压力调节器（FRP），它是一个由ECM控制的电磁阀，ECM以脉冲宽度调制的方式控制油压调节器，油压调节器控制着高压燃油泵的进口阀，从而控制燃油压力，当驱动线路失效时，高压油泵进入低压模式，发动机仍可应急运行。
通用Ecotec系列2.0直喷发动机上所用的高压油泵，制造商为博世
高压油泵和油轨这样的部件对工作环境和制造精度要求很高，一些传统的柴油高压设备制造商如博世在这方面具有丰富的经验，因此即便是通用的直喷发动机，其高压油泵也是由博世提供，而作为自主品牌推向市场的第一款直喷汽油机，瑞麒G5上的2.0TGDI发动机同样使用了博世的高压油泵。
瑞麒G5采用的2.0TGDI发动机同样使用博世的高压油泵
经过油泵加压之后，汽油进入高压油轨，在高压油轨稳定压力后，由于油轨和燃烧室之间存在压力差，高压油泵动作之后汽油即喷入汽缸内。喷嘴内部还有电磁阀，可以实现对喷油量和时机的控制，其控制精度要求很高，同时由于喷嘴的位置从进气歧管移到了汽缸内，工作环境和温度都发生了很大变化，对其可靠性的要求也大大提高。
高压油轨基本结构图
通用Ecotec系列2.0直喷发动机上所用的高压油轨和喷嘴
高压喷油嘴结构示意图：①高分子密封圈；②喷嘴针阀；③衔铁；④电磁线圈；⑤细滤器
除开喷油系统之外，其他发动机部件也要为直喷做出相应的设计，才能确保发动机的高效，尤其是活塞顶部的设计非常关键。按照可燃混合气形成的控制方式，缸内直喷方式又可分为油束控制燃烧、壁面控制燃烧和气流控制燃烧三类。在油束控制燃烧系统中，喷油器安置在燃烧室中央，火花塞安置在喷油器附近，油束控制对空气的利用率依靠油束的贯穿深度保证，而后者则受喷油器的喷油压力控制。这种方式可以在低负荷的分层燃烧实现良好的燃油经济性，而当发动机处于中高负荷工况时，ECM调节高压油泵压力，使油束贯穿深度增大，从而实现均质加浓燃烧。
活塞顶部的凹坑主要起导向汽缸内气流的作用
活塞顶部曲面形成的涡流可以帮助混合气更为均匀充分地燃烧
在壁面控制燃烧系统中，喷油器和火花塞相隔较远，喷油器把燃油喷入活塞凹坑中，然后依靠进气流的惯性将油气混合送往火花塞。为了避免喷油器的温度过高，一般安置在进气门侧，活塞凹坑开口对向进气门侧，油气混合后直接流向火花塞。这种类型形成混合气的时间较长，易于形成较大区域的可燃混合气。在气流控制燃烧系统中，利用轮廓特殊的活塞表面形状形成的缸内气流和油束相互作用。此种系统不是把油雾朝活塞的凹坑喷射，而是朝火花塞喷，特殊形状的进气道与喷油器呈一定的夹角，给混合气在汽缸内一定的回旋力，汽缸内形成的气流使油气不是直接喷向火花塞，而是在汽缸内形成涡流围绕火花塞旋转。这样就使大部分工况都能实行恰当的混合气充量分层和均质化。
铝合金缸体的散热效果更佳，也更容易实现轻量化
位于气缸下部的机油喷头可以在活塞下降到下止点时对活塞进行冷却
由于直喷发动机的工作温度更高，因此对缸体强度和冷却系的要求也更高一些。在保证强度的前提下，更多的新型直喷发动机采用了散热更好的铝合金缸体，同时还采用了强化的冷却系统，保证发动机更高的热效率。虽然直喷汽油机的优势明显，但是它也受到制造技术和油品质量的限制，因此短期内得到普及还不现实，不过凭借更为高效、经济的特点，它依然是未来内燃机技术的发展趋势，我们也有望见到更多性能出色、燃油经济性高的直喷发动机面世。
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