作者：程冠華

發展沿革概述

近代的商業性質工程製品，絕對是奠基於先前的成果，逐步修改、逐次演進而成的。廣告經常出現的"全新開發"都是只值一笑的行銷花招。連數位製品這類相對結構單純的製品都是如此，更遑論複雜程度遠高於個人電腦CPU的汽車引擎如果真的從頭研發，成本一定會高漲到比競爭對手高，風險也會大到無法承擔的程度。

號稱全新的2.0FSI/2.0T-FSI的缸內直噴引擎當然也是如此；它的前身是同樣四氣缸，排氣量2.0升的每缸五氣門引擎。承襲了主要的力學與熱流架構，最大的演進之處除了缸內直噴系統之外，周邊的附屬裝置也作了大幅度的修改，以至於外觀跟前身相比有很大的不同。

以下將針對該引擎各個重要部位逐步講解，2.0FSI與有增壓器的2.0T-FSI在部分設計會有不同之處，敬請注意文中對於本引擎的稱謂有無T/增壓器。

氣缸部分

2.0FSI沿用每缸五氣門2.0引擎(引擎代號ALT)的氣缸本體、平衡軸、曲軸、連桿。如右圖下所示，活塞部分為了因應缸內直噴的獨特燃燒特性，因而有了全新的設計。

2.0T-FSI則稍有不同，它的氣缸本體多了一道液態噴砂的加工程序；可消除之前製程所留下的微小表面缺陷，以及金屬微小凸出顆粒，如此一來氣缸壁的平整度可獲提升，新車磨合期可因而降低，機油消耗量也可降低。此外，為了因應來自連桿較高的爆炸壓力，2.0T-FSI的曲軸尺寸稍微加大一些，以增加整體強度。

氣缸蓋部分

在氣門的驅動機構方面，VAG車系慣用的設計已不復見；凸輪軸置於最上方，推動下方的油壓舉桿，再由油壓舉桿推動氣門，這是VAG車系常見的設計。2.0FSI/2.0T-FSI採用的是：凸輪軸推動滾動搖臂，滾動搖臂再藉由槓桿作用推動氣門。

要讓燃油直接噴入氣缸，噴油嘴勢必安裝於燃燒室上方，為了讓出空間，2.0FSI/2.0TFSI遂改為每氣缸四氣門，而不是前身的每氣缸五氣門。

2.0FSI與2.0T-FSI的缸蓋結構看似相同，實際上相異處並不少；右圖下方2.0T-FSI的斷面圖，與2.0FSI不同之處則以黃色標示。以下是兩者相異處的說明：

1. 2.0TFSI有彈性更高的氣門彈簧，這是因為高馬力引擎需要更快的氣門回復時間。
2. 2.0TFSI為了因應較高的氣門彈簧回復力量，氣門座採鑲裝加工，以增加其強度。
3. 同樣是為了因應較高的彈簧力量，滾動搖臂上的滾動轉子經過修改以降低接觸壓力。
4. 2.0T-FSI的進氣不需要分流進氣(Straified Charge Operation，下面會詳細說明)，所以需要的進氣特性也不一樣。修改重點在於降低爆震的發生機會，以及進氣的流暢程度。
5. 增壓引擎的排氣溫度較高，為了增加耐用度，2.0TFSI的排氣氣門採鈉填充設計。

FSI的進氣道

為了滿足缸內直噴引擎對於進氣空氣流動規律性較高的要求，2.0FSI/2.0T-FSI兩者皆有每氣缸單獨的節流閥。兩者也都有現代引擎必備的可變進氣管，以及可變進氣正時。

FSI的燃燒模式

為了發揮缸內直噴系統的最大燃燒效益，2.0FS具有分層進氣(Straified Charge Mode)以及均流進氣 (Homogenous Mode)兩種燃燒模式；如右圖上所示，它是藉由進氣閘門的關閉與否來營造不同的空氣流動方式，進而形成兩種燃燒模式。

2.0T-FSI則因著重於性能發揮，捨棄了油耗及馬力均會降低的分層進氣模式。以下將就兩種燃燒模式說明。

分層進氣模式時如右圖A所示，進氣閘(請不要和控制引擎進氣量的節氣門搞混了)會關閉起來，讓進入引擎的空氣經由分離板的上方流動。

如B所示：吸進氣缸的空氣遇到活塞的阻擋，行成渦捲氣流。請注意此時進氣門已關閉。

如C所示在活塞往上推升的壓縮行程中，噴油嘴開始噴油，為了因應汽缸的高溫高壓環境，噴油壓力高達40~60大氣壓力。渦捲氣流會將噴入的油氣帶到火星塞附近。

請注意D之中代表混合油氣的黃色區域，由於噴油嘴的角度頗為扁平，混合油氣並不會與活塞頂部接觸，這種

隨著壓縮行程即將結束，火星塞點燃混合氣，由於混合氣被不參與爆燃的空氣(如右圖藍色區域所示)所環繞，可降低傳遞到汽缸的熱量，可提升燃燒效率。

在均流進氣模式中，進氣閘門不會完全關閉，它的開啟角度由控制電腦視燃燒狀況決定。

如B所示，與分層進氣模式不同，均流進氣模式，在吸入空氣的過程，燃油便會被噴入氣缸中，這是為了要讓燃油與空氣有充足的時間混合，注意C的油/氣混合狀態。

接著是D的火星塞引爆，產生下推得動力行程。均流進氣模式與傳統四行程類似，差別在於缸內直接噴油的方式，與傳統噴入進氣歧管的方式相比，好處有：

1. 噴油量以及空氣的流動模式可控制得更精確
2. 汽油霧化的程度較高
3. 汽缸的溫度可因汽油霧化而降低，可提升燃燒效率並降低爆震發生機會。

右圖是引擎控制電腦程式在決定燃燒模式時所憑據的對照圖。代表引擎負荷的氣缸平均壓力與引擎轉速越高，燃油經濟模式會逐漸取消。

由右圖可知，2.0FSI在2500RMP下在不上坡，以定速的狀態行駛，燃燒效率最佳、油耗最省。

FSI的供油

FSI的噴油嘴暴露於燃燒室的高溫與高壓，為了讓燃油順利住注入燃燒室內，燃油必須有足夠壓力。燃油加壓的動力來源有引擎及馬達；引擎部分是與凸輪軸同軸的三個凸輪，也就是說凸輪軸轉一圈可獲得3次加壓行程。靠供電加壓的幫浦用於補足機械加壓的不足部分。

2.0T-FSI的正時皮帶驅動機構

2.0T-FSI的正時皮帶負擔較2.0FSI高一些，諸如：上文提到的彈性係數較高的氣門彈簧、更高的燃油壓力需求(3凸輪推動的燃油幫浦)、可變氣門正時機構的動力需求。

為了減輕正時皮帶的負擔，帶動正時皮帶的曲軸齒輪如右圖所示為橢圓設計，其用意是：重負荷行程時以直徑較小的d1帶動，扭矩可因而提升(皮帶速度會降低)，可稍微舒緩正時皮帶的拉力。

2.0FSI的排氣管

經常處於稀薄燃燒狀態的2.0FSI，會產生大量的有毒氣體:氮氧化合物，所以2.0FSI的排氣管構造與傳統引擎有相當的差異。(排氣管和消音器其實是不一樣的，前者沒有消除噪音的功能，多半指的是引擎到消音器之間的部分，消音器多半位於排氣管中段之後，體積較大無工作溫度的問題)

為了增加低轉速扭力，從引擎接出來的頭段排氣管分為兩段，並分別有獨立的觸媒轉換器。位於觸媒轉換器之前的多功能感應器，以及之後的含氧感應器係用來偵測觸媒轉換器的運作效能。

位於氮氧化合物儲存/轉換器之後的氮氧化合物感應器用於感應排放廢氣中氮氧化合物的含量；如果太高，控制電腦會加熱氮氧化合物感應器 ，對儲存/轉換器形成再生行程，以降低氮氧化合物存量。

2.0T-FSI的排氣管

2.0T-FSI是以最高輸出為設計重點，沒有稀薄燃燒產生過量氮氧化合物的問題所以不需監測/處理氮氧化合物的排器設備 。

右圖是2.0T-FSI的排氣管頭段部分，渦輪增壓器和排氣管頭段結合為一體的設計，是為了節省空間，如此一來不管是裝置於橫置安放的福斯車系或直置安放的奧迪車系，都不必做更動，此外這也有助於快速維修。缺點是整體的價格會高於渦輪增壓器單獨的價格。

從汽缸蓋到增壓器這段排氣管，每個汽缸有獨立的管路，而且長度一樣，這種是成本較高的講究作法，可確保各氣缸的排氣不彼此干擾，增壓器的承受壓力較為平均，輸出壓力因而較為平順。

增壓器在增壓時，遇到節氣門忽然關閉的時候(例如換檔、減速)，增壓器內無力無處宣洩的空氣會使渦輪葉片忽然停止，這對於增壓器壽命是一大傷害。為了避免這種情形發生，傳統的方法是用氣壓控制閥(一般增壓車油門突然放開，會有"啾"的聲音，即是此裝置在做動)，2.0T-FSI使用的是伺服馬達做動的循環開關。

當引擎控制電腦偵測到增壓壓力即將過高時，如右圖上所示，就會打開循環閥，讓加壓空氣回流。由於係電腦在壓力高漲前就主動洩壓，比起傳統方式的壓力過高才被動洩壓，更能夠保護渦輪增壓器。

結論
要因應各國政府對於節能/低汙染越來越嚴苛的要求，缸內直噴是四行程汽油引擎必然的演進方向。就如同當年的燃油系統由化油器演進為噴射供油油一般，隨著成本因大量生產而降低，還有法令的逐漸緊縮，FSI終將變成不需特別註記在車尾的一般配備(在化油器當道的年代，配置噴射供油的車尾經常有Injection的銘牌字樣，以標顯其特殊)。