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大眾的渦輪增壓發動機的發展大致可以分為以下三個階段(圖1和圖2是大眾兩個平臺直噴增壓發動機發展的歷程):
1.渦輪增壓發動機嘗試階段
大眾從上世紀90年代開始嘗試將渦輪增壓發動機大批次推廣到民用車上,主要的目標是實現整車效能的提升。這就是大家非常熟悉的大眾EA113系列1.8T發動機,在Passat和奧迪上廣泛使用。
此時的增壓發動機是從大眾EA113系列經典的5氣門自然吸氣發動機升級改造成增壓發動機的(圖3可以看到每個缸5個氣門,3進2排),當時直噴技術還不成熟,採用的是進氣道噴射的電噴技術。因此,今天來看當時1.8T發動機的效能並不高,只有118Kw,250Nm和現在的1.4T發動機差不多。但是在那個時代,這個效能已經非常先進了,和同時代的自然吸氣發動機相比效能上有很大的優勢。
這一系列發動機後期開發出了2.0T的直噴增壓版本,在早期的奧迪A4上使用。此時渦輪增壓技術還剛剛進入市場,大家都在觀望,並沒有企業跟進。
這一時期大眾增壓發動機的主要問題是增壓器的耐久性,在10萬公里以後增壓器大多會出問題,需要更換。
2.全面開發渦輪增壓直噴小型化發動機
從2005-2006年大眾推出了繼續直噴增壓小型化方案的EA111和EA888二代發動機。從這個時期開始,大眾開始設計渦輪增壓直噴的發動機,而不是從現成的自吸平臺改增壓。這一系列的發動機非常成功,從此大眾奠定了均值混合直噴增壓小型化發動機的技術路線。目前這一技術路線已經成為業界當前最主流的方案之一。幾乎所有的汽車公司都在跟隨這一技術路線。
直噴渦輪增壓小型化這一概念的核心有三條:
(1)渦輪增壓和直噴技術的結合
渦輪增壓和直噴技術的結合存在一系列優勢:a.可以大幅度的提高發動機的效能,尤其是低速扭矩,使小排量的發動機也可以達到很高的效能。
b.可以顯著提高增壓器的響應速度,解決渦輪遲滯問題。
(2)透過小型化降油耗
由於小排量渦輪增壓發動機也可以達到很高的效能,因此可以用來代替同等功率大排量自吸發動機,由於增壓發動機尤其是直噴增壓發動機可以在低轉速實現很高的扭矩,透過變速箱速比的調整(減速比變小),在同樣的整車需求功率下和自吸發動機相比增壓發動機可以在更低的轉速更高的負荷工作,這樣更容易進入發動機萬有特性中的高效率低油耗區域。這樣透過轉移發動機執行負荷點的辦法來使發動機更多的執行在低轉速高負荷區域,大幅度提高發動機的效率,從而降低油耗。
圖5是大眾在EA111開發時候的研究結果,對比了同功率的1.6自吸和1.4T 的油耗和效能對。大家可以看到渦輪增壓小型化發動機如何轉移執行工況點,從而讓發動機在高效率區執行降低油耗。最終整車工況油耗降低了22%,加速性還有提升,非常有優勢。
(3)均質燃燒降低排放
大眾在增壓直噴發動機由於採用了小型化的概念來降低油耗,因此果斷放棄了之前直噴發動機稀薄燃燒降低油耗的概念,採用均質燃燒。這一創新思路使得簡單的三元催化器可以很好的解決排放問題,不會出現稀燃發動機上令人頭疼的氮氧化合物NOx排放問題(圖6是直噴技術發展的歷史)。
排放法規的日益嚴格證明了這一路線的前瞻性和生命力,原來在稀薄燃燒上投入大量開發經費的賓士和寶馬也都轉向了增壓直噴小型化方案。
這一時期大眾增壓發動機的主要問題是:
a.EA111 1.4T雙增壓發動機的可靠性問題,大眾在這個發動機上採用了機械增壓加渦輪增壓的雙增壓概念,功率能夠達到125kW。但是這個發動機的可靠性並不好,市場問題比較多,大眾因此在後面的發動機開發中放棄了雙增壓概念,也不在一味透過增壓器壓榨發動機的極限效能。後期大眾發動機的功率都比較保守。
b.著名的EA888二代燒機油問題,這個影響太大,應該大家都知道了,就不詳細再說了。
3.走向成熟的渦輪增壓直噴發動機
透過前兩代的發展趨勢,大眾已經在渦輪增壓發動機上積累了非常多的經驗和教訓。同時隨著油耗和排放法規的逐步加嚴增壓發動機的技術也需要進一步提升。
於是大眾從2011-2012年開始釋出了EA211 1.4T和第三代EA888 Gen3版本(圖7)。大眾的渦輪增壓發動機逐漸走向成熟。隨後,大眾在2016-2017年有釋出了這兩個平臺的低油耗升級版本發動機:EA888 Gen3b和EA211 1.5Evo(圖8)。這一時期的主要技術特點是:
(1)提出了Right Sizing的概念,也就是在新的排放和油耗法規要求下發動機排量不能太小,壓榨不能太狠,否則無法滿足法規。EA888平臺逐步放棄了1.8T版本,EA211平臺1.4T逐步升級到1.5T。
(2)引進了更多的先進技術來降低油耗和排放,比如雙噴射技術,350Bar高壓噴射系統ACT停缸技術,熱管理技術,EA888 Gen3b米勒迴圈燃燒技術(圖9),EA211 1.5Evo的VTG可變截面渦輪增壓器技術。基本上擁有了目前最先進的技術配置。
(3)功率有逐步降低的趨勢,這主要是由於歐6排放中實際道路駕駛排放RDE的要求。
(4)減輕重量,降低摩擦。
(5)重點解決上一代發動機的機油耗問題,在可靠性方面也進一步進行了最佳化。
總結一下,大眾是增壓直噴小型化發動機技術的開創者,在增壓直噴發動機技術上的積累應該是所有企業裡面最多的。前兩代出現的問題不但為大眾自己提供了經驗教訓,也讓後來開發渦輪增壓直噴發動機的公司得到了借鑑。
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話不多說,大V6鎮樓
作為一名曾經在大眾旗下某品牌店的4S從業人員,我想從實際角度來談談它的優和劣。
大眾目前有兩種主流渦輪增壓發動機,一種是TSI,一種是TFSI,T就是指渦輪增壓的意思,F指的是多層燃燒 ,S指的是機械增壓,I代表缸內直噴。所以TFSI也就是渦輪機械雙增壓發動機,代表著大眾目前最先進的技術水平。
首先我們來說說它的優點:
大眾作為國內最早推行民用渦輪增壓機的廠家,早在30年前就開始提前佈局小排量渦輪增壓機,EA113和EA111都是非常具有前瞻性的設計,隨著近些年,排放標準日益嚴苛,小排量渦輪增壓家用車開始大面積普及。
1.大眾的渦輪增壓發動機渦輪介入的時間比較快,分別是1350轉和1700轉介入,動力強勁。另一家汽車大牛豐田的4ZR的渦輪介入是1800轉。
2.再說一說現在目前廣泛使用的1.4T EA211發動器,這臺發動機最牛逼的地方就是它的閉缸技術,它可以根據行駛路況需要來調整,在司機沒有感覺的情況下,自動關閉其中兩個氣缸。從而達到降低功效的效果。
3.關於燒機油這個說法,首先我們要明確一點,就是所有汽車普遍都有燒機油的現象,而EA888在經過第三代改良之後,目前已經基本解決大眾愛燒機油的毛病,目前已經很少聽車主反饋大眾有燒機油的現象。至少在我接觸過的那幾百臺大眾的日常常規保養裡面。機油的排放量已經達到一個相對平均的恆定數值。除了部分車年限太老,公里數過高。偶爾有車主會投訴機油過高現象,但在經過機油測試之後,也可以基本排除,所以說,目前的大眾渦輪增壓發動機已經相對成熟可以放心使用。
下面來說一說它的缺點
1. 仔細觀察你會發現,大眾旗下的所有渦輪增壓發動都只支援95號汽油,也就是說這臺發動機對油品是比較挑剔的,當然這也可能是廠家為了減少積碳考慮,這一點在使用過程需要注意。
2. 維修成本高,難度大,在我曾經拆卸過的所有通用,豐田,大眾等三大車系發動機裡面,大眾發動機的拆裝難度是最大的,美系車相對比較簡單,在這裡都是指普通家用車。主要在於一個是它用的工藝更為先進,一方面是德華人在機械裝配方面要求更為規整。這兩方面導致了後期的維修成本大大增高。
3. 火花塞更換,節氣門清洗週期短,對於缸內多點直噴發動機來說,這些常規磨損件的使用壽命和維護週期會更短,正常都是兩萬公里,對比豐田的CAMRY之流,正常都是10萬公里以上。
但是瑕不掩瑜,總的來說,目前大眾的小排量渦輪發動機的實力是處於行業領頭羊的地位的,而我在上面則嘗試性地分析了一下它的優和劣。