(接上期)

　　2004年奥迪公司将2.0L-T-FSl分层直接喷射增压汽油机推向市场，这是该公司第一次在直喷式汽油机上应用废气涡轮增压，而最新的1.8L-T-FSI直喷式汽油机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(T-FSI)燃烧过程。不断创新的T-FSl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耗，同时新一代的发动机管理系统和喷油系统还能满足未来特超低排放汽车(SULEV)废气排放法规的要求。

　　奥迪公司认为，对4缸汽油机而言，缸内直接喷射与废气涡轮增压是解决下列汽车和发动机开发目标冲突的最佳组合：

　　①更高的行驶功率、更好的动力性能和更多的驾驶乐趣；

　　②更低的燃油耗、更好的舒适性和更高的安全性；

　　⑧降低排放，并满足更严厉的汽车废气排放法规要求。

　　奥迪公司在2004年推出的2.0L-T-FSI机型的基础上，已开发出了一种新的基础发动机，在排量较小的1.8L汽油机上应用了高压喷射系统和废气涡轮增压。

　　作为新一代直喷式汽油机的第一种机型，1.8L-T-FSI直喷式汽油机除了成本低、品质好、重量轻和合适的横向和纵向安装尺寸以及在发动机低转速范围内具有较高的升扭矩之外，还具备以下特点：

　　①舒适性和噪声明显改善；

　　②通过发动机部件和结构组合件的功能集成，结构比老机型更紧凑；

　　⑧基础发动机具有非常宽广的功率型谱(升功率大于100kW／L)；

　　④能够燃用辛烷值(研究法)95／91的燃油；

　　⑤可以在全球大众跨国集团内组织生产；

　　⑥可以改用代用燃料；

　　⑦适合于世界市场应用；

　　⑧在降低用户实际使用燃油耗的同时，重点提高了动态扭矩提升速度，使整车具有更好的加速性。

　　表12中列出了1.8L-T-FSI增压直喷式汽油机的主要尺寸和技术数据，并与老型1.8L-5V-T-MPI五气门增压进气道喷射汽油机进行对比。图155和图156分别示出了新的1.8L-T-FSl增压直喷式汽油机总成的立体图及其横剖视图，从中可以看出它比老机型明显紧凑，而且即使采用了平衡轴传动机构和高压喷射系统，发动机重量并没有增加。

　　12.基础发动机简介

　　12.1集成在汽缸体曲轴箱中的平衡轴装置

　　为了减小二阶惯性力及其相对于发动机纵轴的交变惯性力矩，奥迪公司首次应用了集成在汽缸体曲轴箱中的平衡轴装置(图155～157)。平衡轴是通过配气传动机构罩壳一侧的齿形链条由曲轴传动的，而两根平衡轴的反向旋转则是在进气侧通过一对啮合的斜齿轮来实现的(图157)。与以往众所周知的附加在主轴承座下方的平衡轴装置相比，集成在汽缸体曲轴箱中的平衡轴装置在成本、重量和汽缸体曲轴箱刚度等方面具有明显的优点(见“2.8降低发动机噪声的措施”一节)。由于平衡轴装置的位置从油底壳转移到了汽缸体曲轴箱侧壁上的隧道式轴承中，从而减少了因不平衡质量旋转搅动所引起的机油起泡乳化。平衡轴的三道轴承在汽缸体曲轴箱第1和第2道主轴承座高度上直接做成属于平衡轴装置的压铸铝轴套，而在第4道主轴承座高度上则做成一个多层材料制成的衬套。平衡轴的材料采用球墨铸铁(GJS)。

　　汽缸体曲轴箱用GJL250片墨铸铁制成，采用汽缸体顶面封闭的常规裙型结构，即使集成了平衡轴、链条盒凸缘、附加在进气侧的冷却水布水道，并按大于100kW／L升功率进行结构方案设计，但仍获得了一个重量仅为33kg(成品重量)的名副其实的轻型结构机体。

　　在设计计算中特别注意到曲柄连杆机构与汽缸体曲轴箱之间的相互作用，在考虑到液压轴承的情况下，一方面评价曲柄连杆机构的动力学和强度，另一方面评定轴承的承载能力和摩擦学，同时还将通过计算确定的轴承液压力及其随时间的变化也作为作用在汽缸体曲轴箱轴承座结构上的载荷(图158)。

　　12.2双顶置凸轮轴配气机构

　　广泛的研试验究已经证实，6.35mm的齿形链条无论是在配气传动机构和平衡轴传动机构中，还是在机油泵传动机构中，与滚柱链和套筒链相比，就声学特性、摩擦、成本、伸长和装配情况等方面而言都是最好的解决方案，而且与齿形皮带相比能确保设计使用寿命。配气传动机构示于图157上。

　　3根链条完全一样都由4片牵引接片和5片导向接片组合而成，只是链节的数目有所区别。牵引接片是精密冲压而成的，因而可以为接片和销轴之间的相对运动提供尽可能高的承载份额，而导向接片则是精密加工而成，并且销轴采用了钒碳化物涂层。在配气传动机构中有一个液压张紧器，张紧滑轨和导向滑轨都用PA6.6尼龙制成，其中张紧滑轨被做成具有玻璃纤维加强的承载基体的双组分滑轨。它们主要通过位于汽缸盖下面汽缸体中的一个孔由机油主油道供应机油润滑。平衡轴传动机构中有一个调节力非常柔软的液压张紧器，鉴于平衡轴传动链的速度很高，其滑动衬面用PA4.6尼龙制成。为了润滑平衡轴传动链，从汽缸盖上回流的机油被接收到固定在链条盒盖上的存油槽中，再定量供应给平衡轴传动装置。由于机油泵传动的动态负荷较小，因此无须液压阻尼装置，只要用弹簧预紧力通过一个用PA6.6尼龙制成的滑轨来张紧，并用油底壳中的或回流的机油来润滑。所有的链轮都是粉末冶金件，出于提高耐磨性的考虑，在烧结工序后再进行表面压缩，使边缘范围内的材料几何全部压实了，因此磨损明显减少。

　　出于热力学指标的考虑，进气凸轮轴相位调节器(图159)用一个定位销锁定在进气门晚开的起始位置上，并具有可向进气门早开方向提前60°曲轴转角的调节范围。其开发目标是要求在最低和最高机油温度下，在整个发动机特性曲线场范围内，在具有良好的可调节性的同时获得高的调节速度。为了满足这些要求，开发了一个叶轮式相位调节器，其转子应用激光焊接在进气凸轮轴上，能够在很大程度上无附加应力地将传动力矩传递到进气凸轮轴上，并在结构空间上提供较大的设计自由度，这样控制相位调节器所必需的机油比例阀就能够直接集成布置在凸轮轴端转子的内部。于是，从机油泵过来的压力机油就能够从轴承上方经过凸轮轴轴颈圆周上的孔进入位于其内部的机油比例阀，然后再根据相位调节的要求，从那里通过凸轮轴上其它的孔流入相位调节器的一个或另一个腔中，这样机油从比例阀到相位调节器的流程极短，从而就能够获得所要求的高调节速度。而机油比例阀则由单独固定在凸轮轴旋转轴线上的电磁线圈通过一根销轴来实现电子控制。通过上述机油引导方式的优化，在热机油的情况下，相位调节器的调节速度在怠速时能够超过100°KW／s，而从2000r／min起就能够达到200°KW／s。即使温度低至-15℃冷启动时也能更迅速地调节(图160)。

　　12.3曲轴、扭振减振器、活塞和连杆与老机型相比，新机型的曲轴已改进设计得更加坚固，为了优化内部平衡，其结构以8个平衡块为基础进行设计。为了在具有足够强度的同时能够获得非常良好的声学特性，曲轴主轴颈的直径定为58mm。由于曲柄臂较宽，因此，在确保性能相同的情况下能将主轴承设计得较窄，以达到摩擦功率和曲轴刚度之间良好的折衷。这种高刚度是发动机一变速器动力总成声学优化设计的基础。

　　曲轴一链轮一扭振减振器之间通过齿形角为120°的端面齿啮合连接，借助于这种新型的连接技术，无论是链轮还是扭振减振器都能够在很小的直径上实现对中和传递所产生的高扭矩(图161)。这种对中非常重要，因为径向轴密封圈直接在扭振减振器的轮毂上运转，因此必须确保必要的同轴度。通过采用这种新型的连接技术，使曲轴第一道主轴承向里缩进了大约9.8mm，第一个曲柄臂也作了相应的改动，发动机的前端大大缩短，从而使发动机获得了紧凑的结构长度。扭振减振器改成了成本低而又很可靠的薄钢板冲压结构，其上的端面啮合齿同样也是一起；中压出来的。

　　活塞(图162)是轻型结构耐热铝合金铸造活塞，并带有第一道环槽镶座和不对称成型活塞销孔。活塞环槽镶座至今只有在高负荷轿车柴油机上才使用，而在这种汽油机活塞上应用环槽镶座是很罕见的，这样能够在任何发动机负荷和转速下确保第一道活塞环都处于最佳的工作状况，而无须缩短活塞压缩高度。这种结构设计首次应用在奥迪2.0L-T-FSI汽油机上。为了降低摩擦功率，已将活塞裙部的承载面缩小到了最小程度，并进行了涂层处理。有针对性地将第一道环槽倾斜有助于在发动机整个使用期内降低机油消耗量和漏气量。复杂的活塞顶面形状部分浇铸成形有利于降低活塞的制造成本。第一道活塞环是不对称球面PVD(物理蒸汽沉淀)涂层氮化钢环，第二道活塞环是鼻形气环，而第三道活塞环是双斜切式软管弹簧涨圈刮油环，它具有倾斜的环岸，使得机油消耗量从一开始就处于最低的水平上。

　　具有梯形小头的连杆则是经久考验的奥迪发动机通用的标准部件。

　　12.4辅助设备支座一多功能模块

　　除了辅助设备支座的常规功能，包括用于传动发电机、空调压缩机和张紧器的皮带传动装置之外，作为组合模块的基座还集成了下列部件和功能：

　　1.用法兰连接的机油冷却器；

　　2.直立式机油滤清器(图163)；

　　3.机油压力开关。

　　这就是说，辅助设备支座是机油和冷却水循环回路的组成部分，而且这种结构型式无论发动机是横置还是纵置都是直立在发动机的前面，是日常维护保养的最佳位置，但必须确保在更换机油滤清器滤芯时不会有机油向上逸出或留存在支座上。这是用这样的方法来实现的：在更换机油滤清器滤芯时，一个挡油圈和一根承受弹簧作用力的芯轴共同将辅助设备支座中的机油放油通道打开，这样机油就能够回流到汽缸体曲轴箱中去，当滤清器旋出来的时候就不会有机油向上逸出了。

　　12.5发动机内部的冷却水循环

　　与老机型(2.0L-TFSI)相比，新机型(1.8L-TFSI)进行了以下改进：

　　1.汽缸盖中冷却水横向流动(图164)；

　　2.冷却水泵、节温器和冷却水温传感器都集成在节温器壳体上(图165)；

　　3.冷却水泵由齿形皮带传动(图165)。

　　虽然冷却水纵向流动在最高热负荷时能得到较高的传热系数，但是横向流动能够获得均匀分布的传热系数(图166)。从图164上可以清楚地看到发动机内部冷却系统的整体功能，节温器位于进气管下面汽缸体曲轴箱侧面，而冷却水泵用法兰连接在其侧面。冷却水泵由一条与发动机使用寿命一样长的齿形皮带传动，并且无张紧装置，它将冷却水输送到汽缸体曲轴箱的进气侧。在布水道中冷却水被分配到各缸环绕汽缸四周流向排气侧，并分流出一部分体积流量用来冷却废气涡轮增压器和机油冷却器，而大部分冷却水向上流入汽缸盖，首先冷却排气门和火花塞三角区，再流向进气门。热水可经过汽缸盖后端面的一个出口供给汽车采暖设备。从汽缸盖出来的冷却水向下汇流到集成在汽缸体曲轴箱进气侧的水腔中，再经管道流到节温器。节温器的调节温度为95℃，根据其开启状况，冷却水流向散热器(水箱)，或直接流回水泵进行封闭式小循环。从汽缸体曲轴箱、机油冷却器、汽车散热器和采暖设备出来的冷却水都流入节温器壳体，全部的冷却水流量被水泵吸入。节温器壳体(图165)由PPS塑料制成，在低成本的同时又能确保高的形状稳定性和较轻的重量。此处所使用的节温器就是通常的石蜡式节温器。

　　冷却水泵的泵水量为160L／min。为了能减轻重量，其壳体选择PF GF30热固性塑料作为材料，这种形状稳定的结构能够获得具有足够刚性的壳体。冷却水泵采用齿形皮带传动，由于靠齿型来进行力的传递，因此与三角筋条皮带相比，允许皮带张紧力较小，这有利于减轻水泵轴承的受力状况，相应地就能够使用较小的轴承，从而减少功率损耗。齿形皮带装配后由皮带盘与进气侧平衡轴之间的一个双锥形组件来张紧。安装在护罩中的齿形皮带传动用装在齿形皮带轮上的风扇冷却。另外，这种冷却水泵上还应用了一种新型的密封装置。与以往通常使用的轴向滑动密封圈不同，它是由密封圈径向密封的。水泵叶轮由PPS GF40材料制成，由于其叶片具有特殊的形状，因此允许高速运转而不易产生穴蚀的危险。

　　这种方案具有以下优点：

　　1.由于水泵采用小轴承、径向密封、齿形皮带传动和较小的运动件质量，因此功率损耗较小；

　　2.不产生噪声；

　　3.结构紧凑，成本低。　发动机停机后由一只继续运转的后续冷却水泵确保废气涡轮增压器在极限负荷运转后，特别是在停机后发动机对其继续加热情况下的冷却。

　　12.6汽缸盖、凸轮轴轴承桥和汽缸盖罩

　　新机型的火花塞位置、进气道位置和尺寸、用滚流板分隔成上下两半的进气道、气门夹角、气门中心距和气门尺寸、滚轮摇臂式配气机构和组合式凸轮轴都继承了老机型的结构设计。但是，由于采用了冷却水横向流动、正时链条传动的双凸轮轴和新型的进气凸轮轴相位调节装置，并取消了凸轮轴轴承盖框架而采用集成凸轮轴轴承盖的整体式汽缸盖罩，因此汽缸盖必须进行较大的修改。同时，为了将这种使用三条链传动的发动机的配气传动侧设计得短一些，就必须将进排气凸轮轴最前端的两个轴颈布置在配气传动链条的前面，并支承在一个轴承桥上。该轴承桥是一个承担多种功能的压铸件，所有的加工都是单件进行的，这样就存在相对于进排气两根凸轮轴的对中问题，而其主要任务在于进排气凸轮轴最前端的两个轴承支承以及这两个轴承和凸轮轴相位调节器的机油压力供应，并且这两个轴承都做成轴向止推轴承。为了支持和保障凸轮轴相位调节器的功能，在轴承桥中通往凸轮轴相位调节器的