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1.4T发动机


1.4T 发动机详解
黄金分割 大众 1.4TSI 拆解之冷却/增压篇

这款 1.4TSI 发动机一大特色就是采用了两套独立的冷却系统:一套主要用于发 动机自身冷却的发动机冷却系统,这套系统中的水泵通过皮带和曲轴相连接,直 接靠发动机动力实现冷却液的循环,也可称为主循环;另一套冷却系统主要用于 涡轮增压器和增压空气的冷却, 是通过电动冷却液循环泵驱

动冷却液实现的独立 循环系统,也可称为副循环。1.4TSI 发动机上的双循环冷却系统也是大众首次 采用的发动机冷却方式。其中独立的冷却液循环泵主要用于给增压系统冷却,包 括两个循环通道:一个经过涡轮增压器,为涡轮系统冷却;另一个流经进气歧管 内的气液热交换器(冷却器),为增压空气进行冷却。两套独立冷却系统实现了 缸盖和缸体温度的不同, 在不同工况下可以根据需要分别对不同的部分进行冷却。 下面我们就先对外部的独立循环冷却系统进行拆解。

这套冷却液循环泵会在不同发动机工况下,由行车电脑控制进行智能的工作,它 在下面几种情况下会被开启: 1、每次发动机启动后的短时间内 2、输出扭矩持续在 100Nm 以上的时候 3、进气歧管内增压空气温度持续超过 50°C 4、两个增压空气温度传感器(分别位于进气歧管的冷却器前后)之间的温差小 于 8°C 5、发动机每工作 120s,其工作 10s,避免涡轮增压器产生热量积聚 6、关闭发动机后,根据迈普图*决定从 0 至 480s 之间的工作时间,避免涡轮增 压器过热而产生故障(*迈普图存于电脑程序中,是根据发动机的进气温度、压 力和其他工况来确定循环泵工作延时的一个三维函数

采用独立电机带动水泵的冷却系统优势显而易见, 由于并不直接通过曲轴的动力 进行工作,发动机在长时间高速行驶后,车主如果直接熄火,这套独立的冷却液 循环泵仍会会自动继续工作一段时间, 消除了涡轮增压器因过热产生的故障隐患。 另外,在发动机没有大负荷运作时,这套系统也会根据情况停止工作,达到节能 的目的。

用于增压空气水冷的冷却器 独立循环中,冷却液经循环泵流过位于进气歧管内的冷却器,这个冷却器的作用 是为增压后的空气进行散热,这也是这台 1.4TSI 发动机的特别设计之一。我们

知道,气体在被压缩的时候温度会上升,比如打气筒在打气的时候底部会发热。 经过涡轮增压器的空气与之类似,气体受到压缩,再加上经过高温涡轮时的部分 热传导作用,增压后的空气温度会很高。高温气体由于受热而膨胀,因此有必要 对增压后的空气进行冷却,以提高单位体积空气中的氧气“浓度”,进而提高燃 烧效率。 虽然水冷是十分理想的散热的方式, 但并没有在增压空气冷却中得到非常广泛采 用,因为这种结构不但对密封性要求较高,还需要增加特别设计的循环水冷却系 统,对成本和技术都有要求,因此很多厂商的发动机通过机舱前的中冷器进行风 冷,其弊端是增加了更大的体积和重量。而 EA111 的 1.4TSI 发动机通过上面提 到的独立电机冷却液循环泵和冷却器的精巧设计,较为理想的解决了这一问题。

冷却器的工作原理

为压缩空气进行冷却的冷却器由许多铝叶片组成,在里面有冷却液流过的管路。 热空气流过铝制叶片,将热量传导给在内部循环的冷却液,然后冷却液再被泵入 车辆进气口前端的散热器来冷却。经过冷却后的增压空气,压力值在最高可达 1.8bar 的条件下,气体温度仅比空气温度高 20-25°C,冷却效果非常好。

这套水冷式压缩空气冷却器相对于其他散热方式的优点在于:

1、占用的体积更小; 2、水冷的效果要比空冷更好; 3、相对独立的冷却液循环系统在温度传感器的监控下工作,冷却液循环泵可以 通过需要进行合理的控制。

一汽-大众的 EA111 系列 1.4TSI 发动机的一大核心技术就是采用了涡轮增压系统, 和大多数涡轮增压发动机类似,这套增压系统采用了废气涡轮的单增压方式,其 原理就如同两个连接起来的风车, 高温高速流出的废气吹动一侧的涡轮叶片转动, 通过连接轴再将进气口一侧的叶轮叶片转动,以达到鼓入更多空气,提高燃烧效 率的目的。 这款 1.4TSI 的涡轮设计经过了多项优化改进, 以达到轻量化和快速响应等目的, 下面我们就其工作原理来进行详细说明。 同排气管集成式设计的增压器

通过拆解图我们可以看到, 这款发动机的涡轮增压器和排气管采用了集成式的设 计,这样做的最大好处就是省去了多余零件的体积和重量,而更少的零件也使得 这套系统故障率更低,更稳定可靠。同时据介绍,1.4TSI 这款发动机的涡轮增

压器是免维护的,不存在涡轮增压器的保养成本高的问题,而且这套系统和发动 机的寿命相同,也不需要按照里程进行更换。更小的涡轮叶片和叶轮叶片直径设 计<br /> 我们知道,涡轮增压系统一直都会存在一个迟滞的现象,因

为由废气带动的涡轮需要发动机在特定的排气量下才能被“吹”动旋转,达到最 佳的工作状态,这个状态一般都需要发动机进入较高的转速才能实现。EA111 的 1.4TSI 发动机的涡轮叶片和叶轮叶片采用了小尺寸设计,其直径分别仅有 37mm 和 41mm,这样涡轮的转动惯量很小,废气更容易带动涡轮做高速旋转,因此其 在最佳工作状态时需要的发动机转速也就更低, 有效的达到缓解涡轮迟滞的效果。

当然,小涡轮提供的进气增压值相对大尺寸涡轮会比较小,这套系统的最大增压 压力为 1.8bar,不过作为家用车辆上的涡轮增压器,已经可以满足提高燃烧效 率、增加动力的需要,更重要的是,在其较低的响应转速更加适合国内的路况。 从实际表现看, 这款发动机在 1750 转时起就可以输出 220Nm 的最大扭矩, 1250 在 转时就能够达到 180Nm 的扭矩输出。据介绍,这款增压系统在 1000 转左右时就 已启动并且介入工作,作为家用这套涡轮已经达到了比较好的效果。

在针对大众 1.4TSI 发动机进行了第一部分的“黄金分割”后(点击查看),涡 轮增压器、双独立冷却系统及外部进排气管道等“长发”部件的拆解和技术剖析 已为大家详细呈现,而在此篇我们将为您揭开这款大众核心动力“短发”部件的 “上层”真相,为您详述 1.4TSI 发动机正时系统及缸盖部分那些不为人知的内 部构造及背后的故事。 注释:发动机“短发”部分:组成基础发动机的缸体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮 轴等核心零部件; 发动机“长发”部分:装配在基础发动机上最后形成完整引擎的外挂零部 件;

一、1.4TSI 发动机正时系统 在 1.4TSI 发动机“短发”部分的拆解中,对于发动机“正时系统”相关执 行部件的“分体”则是首道必行工序,而此道工序为何具备“首要执行”因素? “正时系统” 又为何物?在本章进入正式拆解前, 让我们率先走进发动机 “正时” 的原理世界: 何为发动机“正时系统”? “正时系统”是发动机配气机构的重要组成部分,是保障发动机呼吸顺畅的 重要因素之一。其主要通过控制气门开闭的时刻,准确的实现定时开启和关闭相 应的进、排气门,使新鲜充量的空气得以及时进入气缸,废气得以及时从气缸排 出,保证发动机具有正常、良好的动力输出表现。

正时系统执行元件示意 而就目前大多数发动机的正时系统工作过程而言, 其主要由曲轴通过链条或 者皮带带动凸轮轴运转,通过凸轮工作面的旋转顶压气门挺杆,进而推动气门向 气缸内运动,从而实现气门被打开;在凸轮工作面旋转之后,气门会在气门弹簧 的作用下回位,从而气门被关闭。而正是由于正时系统执行部件的运转,与上述 发动机“短发”部分自上而下的诸多核心部件都有所关联,因此,在针对核心部 件进行拆解前,卸除正时罩壳、正时皮带/链条等“关联”件,则成为首当其冲 的必备工序。 (一)1.4TSI 发动机正时罩壳:多元集成者

正时罩壳的主要功用, 除却承担对于发动机侧部正时系统传动件的保护和密 封作用外,集成发动机功能能部件也是其职责所在。

1.4TSI 的发动机正时罩壳, 则将机油滤清器、 油气分离器、 加油注口集于一身。 ◆你所不知道的 1.4TSI:正时罩壳装配一气呵成

正时罩壳与发动机短发部分的连接主要通过其上的 21 个螺栓来实现,虽然 在实际的手动拆解和安装过程中, 需要严格按照螺栓结构分类先后及位置排序来 执行,并在装配过程中具有“预紧——按照不同螺栓力矩要求上紧——复紧”的 多重步骤进行装配,但是,在实际依托生产线的制造过程中,上述负责的多重步 骤及装配效果,则仅需一台机器便可瞬间“一气呵成”。

一汽-大众发动机生产线上,正时罩壳的安装“一气呵成” 已于正时罩壳各部位填放好相应规格螺栓的发动机, 被准确的定位在工作台 上,拥有完整 21 个螺栓上紧装置的操纵机器,在“工序”指令下达后,准确移 动至发动机前,并同时针对 21 个螺栓实施不同力矩要求的上紧工作,而此举不 仅实现了装配的简易,更能够有效消除人工操作较易具有的不当应力,保证发动 机的良好装配质量。 (二)1.4TSI 发动机正时系统采用链条和链轮传动:传递可靠、降噪的保证

卸除发动机正时罩壳后,1.4TSI 引擎正时系统的执行硬件则完整的展现在 我们眼前。双凸轮轴顶置,通过齿形链条和链轮与曲轴连接实现驱动,均延续了 大众主流直列四缸引擎的结构方式。而正时链条具有的结构紧凑、传递功率高、 可靠性与耐磨性高、终身免维护等显著优点,同样在 1.4TSI 机身上得以传承。

1.4TSI 采用了齿形静音链条

目前,常见的正时链条主要分为套筒滚子链条和齿形链条两种类型。其中, 滚子链条受到其先天结构的影响,转动噪音相对正时皮带会更为明显,传动阻力 和惯性也会相应较大。而 1.4TSI 采用的则为后者,也就是我们通常俗称的“静 音链条”,由于其采用了齿形结构设计,传动时入齿更柔和,冲击更小,运转也 更加平稳,加之其并没有会产生噪音的链条滚子结构,因此,在噪音水平表现上 要更优于传统正时皮带。

◆你所不知道的 1.4TSI:“大众”也有可变气门正时技术 丰田的 VVT-i,本田的 i-VTEC,通用的 DVVT,无论是何种英文简写,上述 代号中均包含了一项共通的技术,这便是“可变气门正时”。而该项技术借由丰 田车型上的早期宣传及发扬光大,其也成为目前国内车型宣传必备亮点,以及国 人对于车辆是否具有燃油经济性的重要考量指标。但是,对于具有“技术品质领 先”口碑的大众而言,我们却很少能够在其产品宣传及介绍中,发现针对此项技 术所做的专项说明。 而带着诸多网友心中 “大众究竟是否拥有可变气门正时技术” 的谜团,我们在本次拆解中也为您找到了答案。

1.4TSI 发动机具有“进气系统”可变气门正时技术: “大众的 TSI 系列发动机都应用了 VVT 可变气门正时技术。”一汽-大众工 程师在就正时系统进行讲解之前给出了我们上述肯定的答案。而本次拆解的 EA111 系列 1.4TSI 发动机,同样也不例外,不过有别于 DVVT 进排气系统气门正 时双可变,其仅在进气系统上采用了该项技术。 1.4TSI“VVT 系统”的核心元件: 1.4TSI 可变气门正时系统主要由 ECU(电子控制单元)、叶片槽式调节器、 凸轮轴调整电磁阀以及传感器等部分组成。

1.4TSI 具有的 VVT 叶片槽式调节器由外壳体、内部叶片转子以及位于叶片 转子内部的锁销组成。其中,外壳体与外部的正时齿轮固定,实现曲轴通过链条 传动驱动进气凸轮轴的功用; 而位于壳体内部的叶片则直接与进气门凸轮轴固定, 并与之一同旋转,通过带动凸轮轴与壳体产生相对的转动位移,来实现凸轮轴的 进气相位改变;而锁销的主要功用,则用于外壳与叶片的连接,实现进气相位的 固定,防止凸轮轴复位。 1.4TSI“VVT 系统”如何实现“可变”:

1.4TSI 的气门正时可变则由上述核心元件来共同协调执行,其中,ECU 储存 了最佳气门正时参数值, 在发动机运转过程中, 通过收集凸轮轴位置传感器、 ECU 节气门位置传感器、曲轴位置传感器等相关元件反馈的信息,并与存储的最佳参 数值进行对比,在计算出修正参数后,发出指令到凸轮轴调整电磁阀:

通过双油道机油压力差值驱动叶片,带动凸轮轴旋转改变进气相位,是 1.4TSI 正时可变核心所在 电磁阀则根据 ECU 的指令, 通过改变机油液压实现对于内部机油槽阀位置的 控制,把提前、滞后、保持不变等压力信号指令,转化为输送至叶片槽式调节器 中不同油道上的机油压力,通过双油道机油压力差值驱动调节器中的叶片,带动 凸轮轴旋转改变进气相位实现气门正时的“提前”或者“滞后”,从而实现气门 正时的连续可变。 1.4TSI 的正时相位调节范围可达 20°凸轮轴角或 40°曲轴 而 角,为大众该款核心动力在减少排放和燃油消耗,以及改善动力性能表现上提供 了积极的“可变”保障。

2、发动机轻量化的贡献者

1.4TSI 引擎采用了一体式凸轮轴室的设计

结构紧凑、安装简便,是轻量化设计的重要一环 而除却在工作原理上具有的显著功用外,在 1.4TSI 引擎的轻量化设计中, 凸轮轴及凸轮轴室的贡献同样突出。前文提及的凸轮轴四方台的设计结构,使得 1.4TSI 的凸轮轴升程更小,从而减小了凸轮轴和凸轮轴室的直径。加之在凸轮 轴室的设计上,相较此前凸轮轴盖与凸轮轴的上下分体式结构,这款 EA111 系列 引擎采用了结构更为紧凑、安装更为简便的一体式凸轮轴室的设计,仅凭结构上 的改进便为该款引擎减轻了大约 450 克的重量,是 1.4TSI 引擎在轻量化设计中 的重要一环。 ◆你所不知道的 1.4TSI:装配式凸轮轴制造工艺 不同于 EA113 机型的凸轮轴采用了整体式铸造方式以及铸铁材质,1.4TSI 引擎无论在凸轮轴的制造工艺以及材料选用上,都具有了显著的改进。

1.4TSI 采用了装配式凸轮轴 特点鲜明的装配式制造工艺,将 1.4TSI 凸轮轴的凸轮与主轴颈实现了分离 加工,其中,加工完成的凸轮内壁具有攻丝后的螺纹,而钢管外壁则具有花键预 装,装配时,采用“外凸轮加热,内主轴颈冷却”的热套法完成,恢复常温后, 依靠匹配的螺纹和花键实现紧固,而工艺方法不仅可以消除装配的过盈应力,同 时能够在短暂时间内完成联接,并在轴向尺寸和角度位置方面保持很高的精度。

“空心轴”设计大幅度减轻了凸轮轴的重量 而正是得益于装配式凸轮轴更为简易的制造工艺,在凸轮轴的材质上, 1.4TSI 也实现了质量更轻的“钢材”选用。而针对 1.4TSI 采用了强度更高的钢

制凸轮轴,大众还做出了“空心轴”的相应改进,大幅度减轻了凸轮轴的重量, 减小了其运动惯性,为提升进排气效率奠定了良好的基础。 二、1.4TSI 发动机缸盖:进排气系统的终端优化

1.4TSI 引擎采用了全铝缸盖设计 位于凸轮轴室下方,并与其通过密封胶紧密相连的,则为 1.4TSI 引擎采用 了全铝材质的缸盖部分。而用以密封气缸上部,并与活塞顶部和气缸壁一起形成 燃烧室,则是其的主要功用。此外,1.4TSI 引擎的进、排气通道,进、排气门, 以及火花塞的安装座孔也均在缸盖结构上设定完毕。 ◆你所不知道的 1.4TSI:特殊的进排气门驱动装置“滚子摇臂”

1.4TSI 引擎配气机构中的滚子摇臂 相信熟悉捷达的朋友,对于其 1.6 RSH 发动机一定不会陌生,其中,RSH 实 为德语 RollenSchlepphebel 的缩写,代表的含义正是“滚子摇臂”技术,而这 项隶属于气门总成,并用于实现凸轮轴间接驱动进排气门的装置,则同样应用于 我们此次拆解的 1.4TSI 引擎之上,而除却大众以外,该项技术也被其他汽车厂 商广泛运用,凭借的便是其颇为先进的技术特点。

◆你所不知道的 1.4TSI: 取消进气歧管翻板,进气道也“扰流”

TSI 进气歧管翻板背景解读: 针对发动机工况的差异,进气系统的相应变化,对于燃烧室混合气体的形成 有着至关重要的作用。而早期的 TSI 引擎由于均具有分层燃烧技术,因此,根据 发动机工况,为了满足“分层充气模式——均质稀混合气模式——均质混合气模 式”多种不同燃烧室充气模式,“进气歧管翻板”的加入则应运而生。 辅助阅读:什么是“分层燃烧”?

进气歧管翻板工作示意图 在发动机处于低速工况,采用分层充气模式下,进气歧管翻板通过“关闭下 进气通道,形成较窄的横截面积”,增加气流流速,有效形成强烈的进气涡流, 利于“分层”模式下混合气的形成与雾化,可提高燃烧效率,进而增大发动机扭 矩输出;而当发动机进入高速工况,采用均质混合气模式时,进气歧管翻板通过 “开启下进气通道,形成较宽的横截面积”,增大进气量,使更多的空气参与燃 烧,从而提升发动机的输出功率。 1.4TSI 取消“进气歧管翻板”,进气道实现“扰流” 不过,随着“分层燃烧”技术逐渐在 TSI 引擎上的淡出,“均质充气”成为 了目前该系列引擎的主流充气模式,而 1.4TSI 同样由于均质燃烧控制的改进,

取消了进气歧管翻板的设计,不过,为了同样能够实现油气的充分混合,保证汽 缸内形成很好的涡流,1.4TSI 则在进气道上作出了相应的改进。

1.4TSI 进气道的角度被调整至更接近水平,同时,在进气道外缘的气门座 上,设计了一个倾斜的凸峰,从而保证进气吹过气门顶时,在汽缸内形成特殊的 涡流,无论在发动机的任何工况下,都能够实现燃气充分混合的作用。而在 1.4TSI 发动机中,实现“小截面,流速增”、“大截面,流量增”的进气效果 元件, 则成为了节流阀体 (节气门) 的主要角色, 通过 “源头” 的进气效果控制, 辅以上述特殊的进气道“扰流”效果,从而完成 1.4TSI 充分提升燃烧效率的职 责。

流言终结 大众 1.4TSI 拆解之缸体活塞篇

前面我们已经对 1.4TSI 发动机的涡轮增压器,进排气和缸盖部分进行了拆 解,下面我们将为大家介绍 1.4TSI 的缸体和活塞部分。和涡轮增压技术一样, 缸内直喷技术是 1.4TSI 发动机另外一个关键点,因为与直喷技术最相关就是发 动机的供油系统,缸体和活塞结构了。那么,最后就让我们来了解下 1.4TSI 发 动机最内部最核心的缸体及活塞结构。

首先,我们先来了解一下缸内直喷到底有何优势。1.4TSI 发动机和普通的 涡轮增压发动机最大的不同就是其采用了缸内直喷技术。 目前市面上一般的电喷 发动机都是将喷油嘴安置在进气歧管内,气门之前的位置。因此油气混合的过程 是在进气歧管内进行的,在气门打开吸入油气的短暂时间里,进气歧管内的混合 气的空然比难以得到十分精确的控制,因此也影响到了最终的燃烧效果。而缸内 直喷技术顾名思义就是将喷油嘴直接置于汽缸之内, 燃油的喷射和油气的混合均 在气缸内进行,使燃油喷射时间和油量与油气混合的控制更为精准。这样,汽缸 内的混合气浓度可以得到精确控制, 而高压燃油和在缸内湍流的作用下也能够得 到更充分的混合,因此,燃烧效率大大提高,同时可以进一步减少尾气中的有害 物质。 一、高压共轨供油系统:按需供给,合理分配

1.4TSI 的高压供油系统可以分为发动机控制模块(ECM)、高压油轨、高压 油泵和喷油嘴四部分。 缸内直喷首先需要解决的是如何将燃油直接喷入压力很高 的气缸内,并且喷油系统还需要对喷射的燃油进行精确的控制,这样才能保证缸 内直喷的燃烧效率。 首先, 将燃油直接注入高压的气缸内, 就气缸内就必需具备足够的喷射压力。

另一方面,要想精确控制每一滴燃油,喷油孔就必须设计得很细小,细小的喷口 对于制造精度要求更高。因此要从技术上实现缸内直喷,对高压供油系统设计水 平和制造工艺都提出了更高的要求。所以,直喷发动机的燃油供给系统成本和技 术含量相比传统发动机有了明显的提高, 它也是直喷发动机中最核心最关键的部 分。 高压油泵

通过四方凸轮驱动的高压油泵 高压燃油泵是燃油加压的关键环节,1.4TSI 同时配备高压燃油系统和低压 燃油系统,低压为 4bar,在低压油泵将燃油送到高压油泵之后,高压油泵可以 将汽油加压到 100bar 的压力(这是普通汽油泵压力的数十倍),并将其送入油 轨。TSI 的高压燃油泵是一个结构简单的单柱塞泵,用螺栓倾斜的安装在凸轮轴 盖上,靠进气凸轮轴上的四方凸轮来驱动。高压油泵里集成了燃油压力限制阀, 为系统提供过压保护。高压油泵按照控制单元中的脉冲,只泵入喷射所需燃油量 进入燃油分配管,以此减少了高压燃油泵的驱动功率,有助于节省燃油。

进气凸轮轴利用四方凸轮设计驱动高压燃油泵

由于高压油泵内可能残留有较高的油压,因此拆卸时必须严格遵守操作规程 高压油泵的另一个特点是,供油系统可以在很短的时间(0.5S)内建立起 60bar 的压力,因此就可以实现在低温条件下的高压分层启动。此外,由于高压 油泵在工作之后,内部仍会有较大的压力,因此在拆装过程中都要倍加小心。 注释: 高压分层启动:在低温条件下,1.4TSI 发动机的 ECU 会调整喷油模式,在 点火前提前喷油,利用分层燃烧技术启动发动机。高压分层启动技术不仅能提高 低温天气下冷启动的成功率,还有利于降低油耗和排放。 控制模块

控制模块等于是发动机的大脑,它通过采集发动机数据,按照预定程序控制 喷油时机和喷油量,从而实现最高燃烧效率。而大众 1.4TSI 发动机的控制模块 则是来自于博世,型号为 Motronic MED 17.5.20,为适应国内的油品,这套程 序经过了针对性的升级。控制模块拥有一个庞大的数据库,可以通过传感器识别 出车辆使用的燃油标号,环境温度和大气含氧量,从而根据这些数据合理调整喷 油程序,使发动机达到最佳的工作效果。 喷油嘴

1.4TSI 发动机的喷油嘴被安装在燃烧室的上方,将燃料直接喷入燃烧室,

喷嘴工作控制精度为 0.01 毫秒,喷油压力最高达 100 bar,而进气歧管喷射方 式的喷射压力一般只有 3bar。六孔燃油喷嘴进过优化之后具有更合理的三维喷 雾分布,有效改善喷油效果,提高燃烧效率。 ◆你所不知道的 1.4TSI:取消分层燃烧并不是所谓的减配

在欧洲,最早推出的 TSI 发动机是拥有分层燃烧和缸内直喷两项技术的,而 引进国内版本的 TSI 发动机只保留了缸内直喷技术, 在正常工况下取消了分层燃 烧技术,这也被很多网友质疑为减配。不过在事实上,除了欧洲市场,大众 TSI 发动机在全球范围内都没有使用分层燃烧技术,那么这一项 “减配”到底原因 何在? 什么是分层燃烧? 首先,我们必须先了解一下到底什么是分层燃烧。我们都知道,气缸内混合 气必须达到一定的空燃比后,才有可能被点燃,而能够让缸内混合气在浓度在低 于空燃比时依旧被点燃的技术则被称为稀薄燃烧。 我们文中提及的分层燃烧便是 实现稀薄燃烧目的的手段之一, 它能够使发动机在低负荷时的燃烧效率得到大大 提高,从而拥有更低的油耗。 分层燃烧的工作原理:

第一次喷射先充分混合 的区域

第二次喷射形成混合气较浓

我们再来了解一下 TSI 发动机的分层燃烧技术具体工作原理。首先,发动机 在吸气行程活塞到达下止点时,ECU 控制喷油嘴先进行一次小量的喷油,使气缸 内形成稀薄混合气,而在活塞压缩到上止点时再进行第二次喷油,利用活塞顶的 特殊结构让火花塞附近出现混合气相对浓度较高的区域, 然后利用这部分较浓的 混合气引燃汽缸内的稀薄混合气,从而实现气缸内的稀薄燃烧,这就可以用更少 的燃油达到同样的燃烧效果,使得发动机的油耗更低。 为什么要取消正常工况下的分层燃烧?

分层燃烧的确可以更好的提高低负荷工况下的燃烧效率, 但是它也有一个较 难克服的问题。在分层燃烧的过程中,由于气缸内混合气的空燃比很低,使气缸 内的空气大大超过了维持汽缸内燃油燃烧所需要的量。 在气缸内高温高压的环境 下,在未参与反应空气中,氧气和氮气就很容易发生化学反应,产生大量的氮氧 化物。 而为了对付这些氮氧化物, 则必须对现行的三元催化器装置进行全面升级, 才能达到尾气排放的标准。升级尾气处理系统不仅需要较昂贵的成本,而且使用 分层燃烧技术之后对燃油质量要求也更高,会导致消费者使用成本增加。 另外,实际应用中,分层燃烧只是在低转速、低负荷工况下使用,节油作用 有限,相对于升级三元催化和使用高标号燃油所产生的成本,分层燃烧技术所节

省的燃油并不划算。大众在对制造成本和消费者的使用成本进行一番权衡之后, 决定在全球范围内取消分层燃烧技术,只保留了缸内直喷均质燃烧技术。所以, 没有使用分层燃烧技术的中国市场其实并没有受到不公平待遇, 因为大众在在全 球范围都已不再使用分层燃烧技术。 欧洲市场也只有少部分发动机保留了分层燃 烧技术。 取消正常工况下的分层燃烧技术并不等于减配

在使用成本和生产成本综合考虑之后, 大众最终决定在全球范围内取消分层燃烧 技术 虽然国内的 TSI 发动机正常工况下取消了分层燃烧技术, 但是对于发动机本 身的结构来说,取消了分层燃烧只是在喷油程序做了一些调整,别的地方并没有 发生变化。而且,所谓的取消了分层燃烧是指在绝大部分情况下,发动机只使用 均质燃烧,但不表示它不能进行分层燃烧。比如在东北地区,天气气温降到零下 30 度以下时, 点火启动就会变得比较困难, 此时 TSI 发动机通过调整喷油程序, 使用分层燃烧(高压分层启动)从而保证点火的一次成功。 二、活塞顶结构:均质燃烧的关键

我们看到,1.4TSI 发动机的活塞顶结构比较与众不同,它并不是一个完整 的平面,而是有一个凹坑,另一侧还有一小段凸起。这样的结构又有什么特殊之 处呢? 首先, 我们需要了解一下什么是均质燃烧。 所谓均质燃烧即为普通燃烧方式, 燃料和空气混合形成一定浓度的可燃混合气, 整个燃烧室内混合气的空燃比是相 同的,经火花塞点燃燃烧。这种燃烧方式由于混合气形成时间长,可以使燃料和 空气充分混合,燃烧更均匀,从而获得较大的输出功率。均质燃烧的目的是在高 速行驶、加速时获得大功率;分层燃烧是为了在低转速、低负荷时节省燃油。

1.4TSI 发动机活塞顶的特殊结构就是直喷发动机均质燃烧的关键所在。为 了将混合气直接导向火花塞,活塞凹坑开口被设计在对向进气门侧,喷油器通过 把燃油喷入活塞凹坑中,然后依靠进气流的惯性将油气混合送往火花塞。而喷油 嘴则被安置在温度较低的进气门侧,从而避免了喷油器的温度过高。在 1.4TSI 发动机的分层燃烧技术中,正是因为有了活塞的凹坑结构,第二次喷油时,才可 以在火花塞附近形成较浓的混合气。由此可见,活塞顶的凹坑是实现分层燃烧的 关键所在, 那么取消了分层燃烧的国内 TSI 发动机是不是就不需要这个设计了呢?

活塞顶的凹坑更利于空气在气缸内形成涡流 其实不然,这个活塞凹坑的设计的另一个作用就是形成气缸内的气旋涡流, 在均质燃烧过程中,气旋涡流的可以更好地让气缸内的燃油和空气混合,达到更

好的燃烧效果。而且在低温状态下,如果没有气缸顶的凹坑,分层启动就无法实 现。 三、缸体结构 薄壁铸铁实现轻量化

薄壁铸铁技术制造的缸体 轻量化和小型化也是 1.4TSI 发动机的一大优势,首先,1.4TSI 发动机采用 了薄壁铸铁技术制造缸体,这就在保证发动机强度与性能的前提下,有效地降低 了发动机重量,缸套采用铸造的方式,缸桶壁厚则减至最小来减轻重量和惯性质 量,独特的敞开式水套设计不仅大大减轻了缸体重量,同时让冷却系统的工作效 率更高。 而据悉, 发动机的铸铁缸体将会在不久之后全面升级为铝合金材质, TSI 更轻的质量将会给新一代的 TSI 发动机带来更出色的节油表现。 采用开放式水套的双循环冷却系统

1.4TSI 发动机使用的双循环冷却系统采用双节温器控制,对于通过缸体和 缸盖的不同温度的冷却水产生一个分开的冷却水导向, 分别对缸体和缸盖进行大 小循环控制。冷启动时只在缸体内开启小循环,使得缸体快速加热,高的缸体温 度有利于减小曲柄连杆机构的摩擦,降低驱动磨损,同时缸盖的大循环并不会受 到干涉,因此冷却性能更好,降低了进气温度,同时提高了充气效率。 气缸壁网纹珩磨技术

气缸壁使用了网纹珩磨技术 1.4TSI 发动机的气缸壁还采用了一种在发动机已经广泛使用的平台网纹珩 磨技术。所谓平台网纹珩磨,就是通过珩磨在气缸壁表面形成细小的沟槽,这些 沟槽有规律地排列形成网纹,并由专门的珩磨工艺削掉沟槽的尖峰,形成微小的 平台。平台网纹珩磨在缸孔表面形成的这种特殊结构有如下优点: 1.微小的平台增加了接触面积,削掉尖峰,消除了气缸壁表面的早期快速磨 损,提高了表面的耐磨性。 2.细小的沟痕形成良好的储油空间,并在气缸壁表面形成良好的油膜,降低 了气缸壁表面与活塞及活塞环的摩擦,因而可以使用低摩擦力的活塞环。 而且 机油储存在细小的沟痕中能有效减小散失量,进而降低了机油消耗。 3.珩磨后在气缸壁表面形成了无数微小的平台, 增加了缸壁与活塞及活塞环 的接触面积,加大了缸壁表面的支撑度,减少了缸孔的初期磨损,因此减少了磨 合时间,甚至于不用磨合。


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