大众全新1.5TSI发动机技术解析

  在37届维也纳国际汽车论坛上,大众汽车公司展示了最新一代EA211 TSI evo增压分层喷射发动机,未来的第一款火花塞点火产品将为1.5升排量。高燃油效能且强扭力输出的TSI evo汽油发动机将于今年年末正式发布,最初单元的额定功率为96千瓦和110千瓦。

  相比于之前的1.4升TSI发动机,全新EA211单元采用了更先进的技术,帮助燃油效能提高了10%。燃油经济性的提升数据是在一系列不同工况下 测量得到的,不仅仅局限于台架测试,还有实际的道路测试。主要的创新技术包括:米勒燃烧循环,燃气压缩比高达12.5:1;电激励可变几何涡轮增压系统; 共轨喷射系统,工作压力达到350巴;革新性的热量管理系统;停缸技术;常压等离子体喷涂的气缸壁。

  汽缸盖进行了大量改良设计,为了提升散热效率,优化了水套结构;为了更好地完成米勒循环燃烧过程,调整了阀门角度和燃烧室构造。排气歧管集成到汽缸 盖内的设计得到保留,因为这样的创新概念效用已经得到证实。进气凸轮轴选用了高速液压执行机构,采用了一个中央控制阀。曲柄旋转速度最高达到300度/ 秒,大大提高了对气缸填充动态过程的管理控制。

  米勒燃烧循环的气体膨胀比大于燃气压缩比,即一个过膨胀过程,通过提前或者延迟关闭进气阀门实现效果。米勒循环的有效压缩冲程更短,燃烧和膨胀过程 保持不变。米勒循环一个重要作用是减小泵气损失,提高发动机的热效能,在排量确定的条件下输出更强劲的动力。米勒循环另一个作用是在车辆全力加速过程中, 减少发动机敲缸现象的发生。

  去年奥迪工程师们发布了基于米勒循环的全新2.0升TFSI涡轮增压缸内直喷发动机系列,大众集团认为米勒燃烧循环也是EA211 TSI evo发动机最重要的技术升级。热力学效能提升来自于四大系统化的主要研发目标:增加的几何燃气压缩比,帮助提高车辆用户使用效能;通过提前关闭进气阀和 加强进气冲程末段的膨胀冷却效应,降低了压缩燃气的最终温度;为了加速火焰传播速度,优化了气流运动,进而降低了高负载工况下的敲缸现象;通过排气涡轮增 压系统,增加了燃油混合气填充密度。

  全新TSI evo发动机是全球第一款使用电激励可变几何排气涡轮增压系统的动力单元,由于米勒燃烧循环较早的进气门关闭时机,充气效率相比标准阀门正时系统单元要低 一些。部分负载条件下,降低节流度可以提高TSI evo发动机的燃油利用率。高充气压力抵消了短冲程充气容积小的固有缺陷,有助于更轻松地生成强动力输出。特别是在发动机低转速条件下,对涡轮增压系统的 要求会非常高。通过调节涡轮气流特征来配合发动机负载工况,可变几何排气涡轮增压系统可以提供非常高的输出功率,发动机低转速下就可以出现高充气压力。

  可变几何涡轮增压系统增强的累积效应结合降低的涡轮增压器惯性力矩,共同实现了非常灵敏的动力输出响应。相比于老款1.4升TSI发动机,新单元到 达峰值扭矩的响应时间降低了35%。总的来说,可变几何涡轮增压技术是TSI evo发动机燃烧过程不可分割的组成部分。间接高压燃气冷却系统也进行了修订,冷却器放置在了压力管中,处在压缩机出口下方和节气阀门之前。全新的安装位 置使得增加冷却器的尺寸和性能成为可能,同时满足紧凑型封装要求,现在高压燃气的温度能够降低到紧比周围环境高15摄氏度。

  全新第四代直接喷射系统也是首次被应用,系统整体和各个元件得到的优化,帮助实现了350巴的喷射压力。更小的油滴尺寸提升了燃油和空气混合效果, 大幅度降低了颗粒物质的排放量。喷油器喷嘴的直径减小到6毫米,集成到气缸中更加方便,提高了元件刚度并降低了喷油器固定板温度。

  全新位置控制冷却模块提高了发动机热量管理效率,保证曲柄箱和发动机中的冷却水在热机预升温阶段处于不流动状态。发动机快速达到正常工作温度,从而 为车辆座舱供给热量,同时减弱了摩擦给系统带来的负面影响。不论发动机处在任何负载工况条件下,该冷却系统模块都拥有出色的降温效果,满足正常运行要求。

  停缸系统获得了进一步优化,现在已经确定成为量产TSI evo发动机的标准配置。停缸技术也是用来提高发动机效能,可以为消费者带来一种非常有价值的用户体验。车辆处在中等负载工况下,两到三个气缸的进气阀门和排气阀门关闭,另外燃油喷射也会停止,来达到节能的效果。

  气缸套经过了常压等离子体喷涂镀膜工艺处理,微细晶粒喷粉外加特别优化的磨光工序,创造出极其光滑的汽缸体表面,活塞环相对滑动阻力非常低,因此磨 损量也很小。相比于传统铸铁,常压等离子体镀膜增加了热量耗散,提高了发动机燃烧过程的抗爆特性,增加了对低品质燃油的耐腐蚀性。常温等离子体喷涂镀膜技 术具有的优良耐磨性已经在混合动力系统中得到证实,因为发动机经常在高负载工况下冷机启动。

  全新TSI evo发动机还有一系列的降低阻力元件,比如连续可变控制油泵、主曲柄轴轴承聚合物涂层和低粘度0W20机油

责任编辑:张培

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