全球的科学家与工程师无不绞尽脑汁，希望能想出更为节省能源的方式，希望能让同样的燃油，可以输出更大的动力、行驶更远的里程。而稀薄燃烧以及缸内燃油直喷的技术就在这样的情形之下被提了出来。
稀薄燃烧与缸内燃油直喷
为了达成节省能源的目标，科学家将空气与燃油的比例大幅下降，发展出不同于传统的歧管直喷技术，这便是稀薄燃烧技术。
稀薄燃烧技术的原理
使用稀薄燃烧技术的引擎，喷油嘴的位置不再位于进气歧管当中，而是置于气缸内，将燃油直接喷注于燃烧室。
使用稀薄燃烧的引擎，在进气行程中并不进行供油，而是在压缩行程后段才进行供油，利用高压的供油泵以及特殊的喷油嘴设计，将油气有效地集中在火星塞附近，让燃油一口气地点烧，达成最佳的燃烧效果，而空气与燃油的比例，最多可以降低至40:1以下，大幅降低了引擎运转的油耗。而为了让燃油能够精确地集由在火星塞的附近，使用稀薄燃烧技术的引擎，便需要导入缸内燃油直喷技术，以在压缩行程进行供油，并配合特殊的活塞造型，以达成油气导引的目的。
然而，使用稀薄燃烧的技术，虽然能在燃油使用上有大幅度的节省，但是在需要大动力输出的状况之下，则并无法有效的满足。同时大量的燃油集由在火星塞附近点燃，将造成局部温度过高，使得同样导入汽缸内的氮气与氧气发生作用，产生过多的氮氧化物，造成污染。
而这些问题，在经过多年的研发之后，透过更精密的控制以及最新的触媒科技，均获得了有效的解决，亦让Lexus决定将缸内燃油直喷技术导入在3GR-FSE引擎之上，推出第1款商品化的缸内直喷引擎产品。
D-4缸内燃油直喷系统
兼具性能追求或油耗经济性的二种引擎运作模式
Lexus GS300所配置的3GR-FSE引擎，使用的是D-4(Direct injection 4 stroke gasoline engine)四行程引擎缸内燃油直喷技术。这项缸内燃油直喷技术是日本原厂在1996年所开发出来的全新供油技术，并历经数年的改善，在21世纪所推出的第2代技术，让搭载D-4直喷技术的引擎，能在性能与油耗表现取得平衡，成为环保而不失驾驶乐趣的实用化技术。
面对着环保以及性能表现两方面的要求，3GR-FSE引擎在燃油控制部份，采用高输出与节能两种模式自动切换的方式，以兼顾油耗与动力输出。
以省油为考虑的经济模式
当在定速巡航的等不需要大动力输出的状况，引擎控制计算机会采取以省油为主的供油模式。3GR-FSE引擎在进气行程时单纯地仅吸入空气，并在压缩行程的后段才进行喷射注油的动作。利用活塞顶部特别的角度设计，D-4引擎在压缩行程喷射注油时所采取的集中式喷射油柱，能够反弹之后集中在火星塞部份，使得火星塞附近的达到足以点烧的油气浓度，让爆炸的能够有效的发生，而这一小部份油料的燃烧，便能产生足够的动力，维持车辆的继续行走。而大幅减少的油料，也达成了省油的目的。
追求强悍动力的性能模式
而一具好的引擎，终究不能只是省油而已，动力的表现更是另一项重要的考虑。
当驾驶者大脚油门踏下，或是行驶于上坡路段等需要大动力输出的时候，D-4引擎会切换为高输出模式。与传统喷射引擎一样，在进气行程就开始进行供油，并以锥状喷射方式，让油料大量的雾化，配合进气涡流的设计，使得油料与空气进行均匀的混合，使得其在压缩后可以完全地燃烧，产生出最大的动力。
不可能的任务达成－动力提升10%，油耗节省30%
在引入全新调校的D-4缸内燃油直喷技术之后，3GR-FSE较传统同等级的歧管喷射引擎，在动力输出上可以提升超过10%，而在油耗数字方面则可以减少高达30%。而GS 300的3GR-FSE引擎更搭载了双VVT-i进排气汽门正时控制系统，使其动力与扭力输出获得最佳的配置，使其能拥有高达248匹峰值马力以及31.8公斤米的峰值扭力，并可以在2000转以上便输出峰值扭力9成以上的动力，让GS的车主，得以享受最高等级的驾驭乐趣。
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