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浅谈大众TSI缸内直喷涡轮增压技术

发布时间:2021-07-04 08:40:36 浏览数:

现今国内小排量汽车涡轮增压车型,名声最大的非大众的EA111系列产品,其实也就是大众的TSI缸内直喷涡轮增压发动机系列的车型。常见的主要的有:速腾、迈腾、高尔夫、途观、POLO GTI等。装备了TSI发动机的车系成为了购车区间在13至25万区间最强有力的市场竞争,也成了市场上最好卖的车型。不过国内的大众把搭载TSI发动机的部分车型的TSI发动机的机械增压器给阉割了,下面浅谈一下德国原装进口1.4 TSI发动机技术。

大众一直在宣传代表了自己最高技术EA111发动机平台以及DSG双离合变速箱,最经常用于国内奥迪车上的TFSI、FSI发动机,以及用于迈腾等车系STI发动机等。

TFSI是指涡轮增压缸内直喷技术,其中FSI是指缸内分层直喷技术。是稀薄燃烧技术之一的分层燃烧技术。其中气缸中的压缩比能够超过理论压缩比比值14.7:1,是提高燃油经济性的重要手段之一。我想这也就是奥迪R8跑车4.2升的引擎市郊百公里油耗不超过10升的原因。

TSI是指Turbo-Charging、Super-Charging和Injection三个关键特色的首字母缩写,它本是德国Volkswagen位于沃尔夫斯堡汽车制造公司研发的双增压器的复合增压引擎,该引擎主要是复合了机械增压和涡轮增压,并且使用了燃油缸内直喷技术。而国内的搭载的TSI技术的车型,尤其是车后字标有红色字体的,其实就是基于TFSI技术层面上的一款单涡轮增压缸内直喷发动机。而市面上销售火爆的德国原厂尚酷和高尔夫第六代使用的1.4 TSI的发动机才是真正的德国Volkswagen TSI双增压的发动机。

我们常说的涡轮增压,原理其实就是一个叶轮空气压缩装置,它是一个同心轴连着的两个叶轮,利用尾气的能量来同轴带动用来压缩空气的叶轮,从而达到进气增压的目的。这项技术最早时用于柴油引擎来弥补自身进气不足或者是工作环境的气压过低造成的燃料燃烧不充分。后来被带入到汽油引擎中用作提升汽油引擎功率以及增加燃油效率之用。因为要用到引擎的废气,所以只有当废气的能量处在合适的范围之中,涡轮增压器才会启动,柴油引擎的排量普遍很大,但是汽油引擎的排量相对较小,因此涡轮增压器真正发挥作用是需要引擎到达一定的转数。一般汽油引擎的涡轮增压器真正启动需要的发动机引擎要在2000~2500 r/min,如果排气能量不足,涡轮就无法介入,无法形成增压效果,并且对发动机的低转数的进气起到一定的阻碍作用,只有当转速到达一定程度维持几秒,涡轮会由慢到快,增压压力会瞬间增大,发动机功率会瞬间增高,这也就是涡轮,尤其是大涡轮增压器存在的涡轮延迟现象。

而机械增压是利用发动机曲轴上的发动机直接的动力来提供增压的动力来源,内部是由两个螺旋叶片将空气压缩,当空气吸入增压器时,被螺旋叶片强压入进气歧管内,从而起到增压效果。叶片的转速和废气的流量没有关系,而是取决于发动机的转数。但是机械增压器的最大增压值无法突破1.0Kg/cm2 高增压范围而涡轮增压早已突破2.0Kg/cm2的超高增压境界。机械增压器的使用会损失部分的发动机动能,且发动机高转数是会产生巨大的摩擦阻力,不仅影响到发动机转数的提高并且噪声大。

德国Volkswagen的TSI发动机上复合了机械增压与涡轮增压,综合了两种增压器的优点,并且增压器和排气管采用了集成式的设计,并加以电子控制,从而省去不少零件并且减少了发动机本身的体积以及重量。而且德国Volkswagen的TSI发动机的增压器是终身免维护设计与发动机同寿命,减少了使用维护成本。

以德国Volkswagen原装进口1.4 TSI的高尔夫第六代的发动机为例讲解引擎电子控制增压系统。在电子控制方面,通过传感器感知增压空气在冷却前后的状态,进而通过ECU的分析来调节涡轮增压器的阀体状态,精准控制发动机的进气量从而调整空燃比到当前工作状态的最佳比例。当发动机转数过高时,通过传感系统感知并控制泄压阀的状态,进而调整涡轮增压器的增压值在合理安全的工作范围,保护发动机以及涡轮。

普通涡轮的Turbo-lag的现象Volkswagen通过电子控制的机械增压装置并将涡轮扇叶采用了小尺寸设计,来改善Turbo-lag。首先Volkswagen的TSI发动机在低转数时利用电磁离合将发动机的动力传输给机械增压器,使发动机在低速状态下主要使用机械增压器来增加进气的压力,并且将1.4 TSI发动机的涡轮扇叶尺寸设计的仅为37mm和41mm,这样涡轮的转动惯量很小,废气更容易带动叶轮做高速转动,并在EUC的控制下,在引擎转数达到最适宜涡轮增压器工作区间内利用电磁离合将机械增压器的动力传输切断,并且在机械增压器旁边设计了一个旁通阀,在电磁离合器切断机械增压的同时,将旁通阀打开,从而杜绝了不工作时的机械增压装置对涡轮增压进气时的阻力。

另外在冷却方面Volkswagen设计的TSI也有创举,它在原有的冷却系统之上,还有一个由电泵带动的涡轮冷却系统,当发动机刚点火启动、进气歧管的温度超过50℃、扭矩在100N·M以上,进气歧管的冷却器前后温度差在8℃以上,副冷却系统均会启动。所以说Volkswagen的TSI的涡轮增压发动机可以直接熄火。

德国Volkswagen的TSI发动机本身有的技术十分了得,但是国内的大众却对搭载部分TSI发动机的车型进行了部分的阉割简化。上海大众集团也许是为了适应中国的国情,但是以简化技术来适应国情的方法并不可取,希望上海大众集团能够研制或者改进出更符合我国国情的TSI引擎,而不是一味的阉割。大众从世界走入中国的这几十年时间里,它这个品牌值得我们的信赖,希望大众在国内的技术不断地创新,让逐渐依赖交通的我们更加能够体会到技术给我带来的进步。

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