2D03年大众公司在1.8L-5V-92kw进气道喷射汽油机的基础上为第二代奥迪A3和A4轿车开发了一种采用齿形皮带传动的新型横置式自然吸气2.0L-4V-FSI分层直接喷射汽油机，其内部型号为EA113汽油机系列。2004年在此平台基础上开发的世界上第一台涡轮增压缸内直接喷射2.0L-TFSI汽油机批量投入生产。而2006年新开发的呆用链传动的1.8L-TFSI汽油机则是在全新设计的基础发动机上应用了升级版的增压燃油分层直接喷射（TFSI）燃烧过程。不断创新的TFSI技术为这种最新的机型提供了更大的低速扭矩和更低的燃油消耗，同时新一代发动机管理系统和喷油系统高压部件还能用于满足特超低排放汽车（SULEV）废气法规要求的2.0L-TFSI增压分层直喷式汽油机。这些新机型在大众公司内部被命名为EA888汽油机系列。

EA888系列汽油机从一开始就是按照用于大众公司所有型号和汽车平台的“全球发动机”和全世界所有市场应用的要求来设计的。大众公司于2007年春成功推出了这种全新汽油机系列的第一代机型，随后又在此基础上成功开发了特超低排放汽车用的2.0L-TFSI机型；在2009年度的第二代机型上又进行了多处摩擦优化，并同时推出了奥迪可变气门定时和升程机构（Avs）；2011年又推出了经进一步广泛优化并装备Avs机构的第三代1.8L-TFSI-AVs机型。从2005年以来，这种EA888直列4缸TFSI汽油机系列10次荣获著名的“年度国际发动机”和“十佳发动机”奖。本文将详细介绍第一代和第三代机型的结构和性能。

（接上期）

4 汽缸盖

这种最新一代汽油机系列首次为增压直喷式汽油机采用了集成在汽缸盖中的整体式废气冷却和按点火次序各缸分开配置的排气歧管（图28）。采用这种整体水冷式排气歧管几乎能完全放弃为降低零部件温度的全负荷加浓，这样就能在正常的用户使用范围内，特别是在运动型行驶模式下，明显地降低燃油消耗。此外，这种整体式废气冷却还有助于加速冷却液加温，因而是热管理的重要组成部分。另一个优点源于各缸排气歧管仍在汽缸盖中汇聚，这样就能得到相对较紧凑和简单的涡轮增压器模块，因此若将汽缸盖和涡轮增压器合起来计算的话，总的质量能减轻1.5kg。

在这种汽缸盖的开发中，废气通道和整体式废气冷却通道在热力学和热机械负荷方面的最佳组合是一个特别重大的挑战，特别是还面临着工业化生产的要求和大量生产的可铸造性。这种汽缸盖对铸造方法提出了极高的要求，在具有12个砂芯的金属模中采用底部浇注法铸造。为了达到高的热力学要求，这种最新一代汽油机在排气侧使用了奥迪气门可变升程系统和排气凸轮轴相位调节器，并且进气道经过加工。为了优化控制发动机预热性能和较好地监测汽缸盖中的温度，发动机出口的冷却液温度测量点改为设置在汽缸盖冷却液的进口范围内。试验和实际使用均证实，无论是在稳态还是动态负荷交变运行状态，这种整体式废气冷却的汽缸盖的冷却效果及其热机械负荷都达到了与第二代机型相当的水平，说明其开发设计是非常成功的。

5 热管理系统

无论是从发动机内部还是汽车方面来考虑，这种最新一代机型在开发中将整个冷却液循环回路设计成创新的热管理系统，以便使发动机能迅速地预热，以及需要时使汽车车厢内部空间能快速地加温。前面已介绍过的整体式废气冷却以及用于全电动冷却液调节的旋转滑阀模块是热管理系统中的两个重要部件，此外整个冷却液循环回路还设置了几只转换阀，以便能够有针对性地接通或者关闭暖风设备和变速器油热交换器的流量（图29）。

（1）全电动冷却液调节

用于全电动冷却液调节和热管理的核心执行机构是用塑料制成的旋转滑阀模块（图30），在其内部有两个机械联结的旋转滑阀用来调节冷却液流量。电动机通过具有大减速比的蜗轮蜗杆传动机构转动旋转滑阀1，它再通过一套滚柱齿啮合机构与旋转滑阀2联结。旋转滑阀1替代传统的石蜡节温器，能够根据要求非常快速而全可变地将冷却液温度调节在85～107℃之间。此外，旋转滑阀1还接通发动机机油冷却器的冷却液回流。

（2）预热策略

在暖机运转时，首先关闭旋转滑阀2，冷却液进口完全禁止冷却液流入发动机，并且所有外部阀门完全关闭，整个发动机中的冷却液停止流动。若此时用户需要暖风的话，静止的冷却液不得不局部流动，由专门配备的辅助水泵形成自给自足的暖风水循环回路，用来自整体式废气冷却汽缸盖的余热为车厢内部供暖，而流入汽缸体曲轴箱的冷却液因旋转滑阀2关闭着而仍然保持不流动，使得汽缸套的快速加温继续正常进行，从而降低了摩擦。因此，通过这种局部加温能够顾及用户对舒适性的高要求，同时优化的预热策略又能使摩擦降低到最小程度。

当发动机普遍升温后，旋转滑阀2被缓慢打开，将冷却液调节到所必需的最小体积流量，以确保零件足够的冷却。由于冷却液加温非常快，因此进一步降低了预热运转阶段的摩擦。然后，从某个特定的冷却液温度起，通过旋转滑阀1适当地接通发动机机油冷却器，使得发动机机油能获得附带的加温。待发动机充分热透后，最后才能打开通往变速器油冷却器的手动转换阀，以便用多余的热量再来加温变速器油。通往汽车主散热器的流量代表了对外的热损失，因而就节油效果而言，冷却液应尽可能到最晚时刻再通往汽车主散热器进行冷却。因此，如图31a所示，与第二代机型相比，整体式废气冷却和全电动冷却液调节明显缩短了发动机的预热运转阶段，并加速了汽车车厢内部空间的加温。

（3）温度调节

创新的热管理策略能够在整个特性曲线场内进行最佳的冷却液温度调节，从而获得了最小的摩擦和最高的热力学效率。如图31b所示，在低速低负荷时，为使发动机摩擦最小，冷却液的温度被调节到105～107℃，随着负荷和转速的提高，冷却液温度直至被降低到85℃，这样在降低摩擦与效率最佳的点火或最小的爆燃倾向之间获得了最好的折中，因此能确保发动机获得最佳的总效率。旋转滑阀模块的高调节速度及其由此所获得的冷却液高动态调节，使得在突变至高负荷时能够非常快速地降低冷却液温度，从而避免零件的温度骤升。创新的热管理策略若与一种在发动机停机后发挥作用的独特后运转功能相配套将会变得更加完善，那么电动暖风水泵（即前面提到的辅助水泵）和旋转滑阀模块的后运转调节功能就能使合适的冷却液流量流经汽缸盖和涡轮增压器这些对冷却液沸腾敏感的部件，并通过汽车主散热器进行冷却，这样就能够将储存在这些部件中的热量迅速地带走。在进行后运转调节期间，冷却液不流经汽缸体曲轴箱，以免汽缸套产生不必要的冷却。通过这种功能能够明显缩短发动机停机后的后运转时间，不会产生过多的热量损失。这种创新的热管理在新欧洲行驶循环中能获得2.5g/kmCO₂ 的燃油消耗优势，即使在用户实际使用中也显现出明显的节油效果。此外，因汽车车厢内部空间能快速地加温，用户也能享受到较高的舒适性。

6 混合汽形成

该机型的汽油缸内高压直接喷射系统根据最高系统压力（从150bar提高到200bar，1bar=10P⁵a）、噪声和单套成本等方面的要求进行了全新的改进。同时，为了达到欧VI废气排放标准所规定的颗粒质量和颗粒数的排放限值，并具备进一步开辟降低CO₂排放的潜力，除了缸内直接喷射系统之外，还附加配备了一套进气道喷射系统（图32）。

MPI喷油器是由高压燃油泵通过一个输油接头供油的，因而在发动机以MPI运转时能保证高压燃油泵得到内部冷却。燃油共轨将燃油输送到MPI喷油器。为了将高压燃油泵输入到MPI共轨中的燃油压力波动减小到最低程度，在输油接头中装有一个节流阀；为了调节喷油压力，在共轨上配备了一个低压传感器。MPI喷油器被集成在可变滚流装置（VTS）法兰上，并且其喷射油束的方向与汽缸盖中的滚流阀隔板相匹配。由于系统压力已提高到200bar，必须选配合适的高压燃油泵和高压喷油器，并且用一个钢弹簧垫圈将高压喷油器与汽缸盖隔开以降低噪声。这种最新一代机型在部分负荷范围内采用MPI喷油器运转，而在较高负荷和发动机起动时则采用高压喷油器运转。高压共轨脱离进气管而用螺钉直接紧固在汽缸盖上，它将燃油输送到高压喷油器中。高压系统通过一个量程合适的压力传感器来调节高压系统的压力。

新开发的喷油系统为发动机的运行开辟了新的自由度：能够运用高压喷油器进行单次、双次和三次缸内直接喷射，而在发动机特性曲线场的部分负荷范围内运用MPI喷油器形成混合汽，从而进一步加强了燃油消耗的优势，同时确保较低的颗粒排放，因此这种最新一代汽油机目前就已能满足未来欧VI废气排放标准的要求。此外，为了调节不同的喷油模式，提出了以下评价标准：①效率，抗爆燃性能；②排放，特别是颗粒质量和颗粒数；③燃油湿润壁面和稀释发动机机油；④运转平稳性。

在发动机冷起动时温度极低的情况下，以及热机运转时负荷较高的情况下采用3次缸内直接喷射能够确保燃油对发动机机油的稀释最少和最低的废气排放，特别是较低的颗粒排放。在发动机起动和催化转化器加热时，运用2次缸内直接喷射形成混合汽。此时，运转平稳性、燃油品质变动时的耐久性以及最低的排放是最重要的优化指标。在高负荷下也运用2次缸内直接喷射。采用这样的喷油策略能够确保在爆燃倾向、颗粒排放和机油稀释程度等方面获得最佳的效果。

由于增压压力提高了，集成在进气管中的可变滚流装置（VTS）已经完全重新设计，其中曲柄状的整体式不锈钢转轴确保进气道中的椭圆形滚流阀板具有最大的抗扭刚度，而滚流阀板的位置由一个非接触式转角传感器来识别。椭圆形滚流阀板在完全打开的状态下紧贴在进气管壁上，这样进气空气流对其冲击最小。发动机电控单元借助于一个真空膜盒以气电方式操纵滚流阀板的开关操纵位置。（未完待续