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不再一味缩减排量?评大众新1.5T发动机

2016/6/8 9:16:15来源:

大众EA211 1.5L TSI Evo发动机(下称“大众1.5TSI发动机”)在今年的维也纳车展上首次发布,它将取代大众EA211 1.4TSI发动机成为大众集团旗下一款新主力机型。大众1.5TSI搭载了众多在业内领先的涡轮增压汽油发动机技术配置,包括12.5:1的高压缩比、可变几何截面涡轮、喷射压力达350bar的燃油喷嘴以及能提高燃油经济性的米勒循环等。众多技术“加持”使得这款1.5TSI发动机的热效率达到37.5%,达到行业领先水平。除此以外,这款发动机也体现了欧洲厂商的发动机技术路线由小排量化(Downsizing)向适度小排量化(Rightsizing)转变。究竟这款1.5TSI发动机有怎样的特点,下面我们一起来先睹为快。

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● 排量增大,动力减弱,难道这是技术的倒退?

大众1.5TSI比其前辈EA211 1.4TSI发动机排量大了0.1L,但是峰值扭矩却降低了25牛·米。难道这是技术的倒退?实际上并非如此。这款1.5TSI发动机的设计目标是保证与EA211 1.4TSI发动机同等动力输出性能的同时,满足未来更为严格的排放法规以及进一步降低油耗。从大众这款1.5TSI发动机可以看出,欧洲厂商的发动机技术路线已经由过去的小排量化(Downsizing)向适度小排量化(Rightsizing)转变。适度小排量化的发动机能够保持同等级小排量发动机的动力输出,拥有更好的燃油经济性和排放水平。同时,通过结合热效率更高的米勒循环工作模式,有利于未来搭配电动机组成混合动力系统,为混合动力汽车大规模市场化做准备。

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想要降低排放和油耗,提升发动机热效率是关键一步。那么什么是热效率呢?发动机燃烧汽油所产生的能量并非全部用于驱动车辆,有很大一部分能量会以热能或动能形式损失掉。发动机热效率指的是发动机利用燃料热能的有效程度。发动机热效率越高,燃烧燃料产生的能量就有更多用于驱动车辆,这有利于降低油耗和排放。大众称这款全新1.5TSI发动机的热效率达到37.5%,百公里油耗将会比EA211 1.4TSI发动机少1L,同时排放水平能够满足欧VI甚至更严格的排放标准。

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  从参数中我们也可以看到,大众1.5TSI发动机的峰值扭矩在1300rpm时就能发出,整个峰值扭矩平台也更加宽广,这使得发动机拥有更为出色的动力输出响应表现。

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大众1.5TSI发动机除了在更低转速就能输出最大扭矩,输出响应速度也有所提升。如上图所示,相比EA211 1.4TSI发动机,1.5TSI发动机达到目标扭矩输出的速度快了35%。

● 可变几何截面涡轮增压器

  可变几何截面涡轮增压器,英文为“Variable Turbine Geometry”,缩写为“VTG”。VTG涡轮增压器能够通过涡轮内部的可变废气导流叶片改变涡轮排气侧横切面积,从而改变涡轮增压器的工作特性。

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  为了应对汽油发动机的高温废气,保时捷997 Turbo上的两个可变几何截面涡轮采用了航空材料制造,保证在极端状况下也能稳定地工作。

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  对于非VTG涡轮增压器,发动机在低转速下,排出的废气流速/流量较低,无法有效提升涡轮转速,从而产生“迟滞现象”,低扭输出表现欠佳。过往为了解决涡轮增压器迟滞问题,一般会采用小型低惯量涡轮增压器。虽然这种涡轮增压器能很好地提升发动机低扭表现,削弱涡轮迟滞现象。但与大型涡轮相比,它不利于高转速下产生大功率。而VTG涡轮增压器在低转速时可有效提升涡轮转速,缓解涡轮迟滞现象,增强涡轮增压器的响应性能,同时也可在高转速下提升发动机的功率输出。

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  对于可变截面涡轮增压器也是同样的道理,在发动机低转速工况下,废气流速/流量较低,通过缩小废气流通截面积,可以使废气流速加快从而增强驱动涡轮叶片的废气动能,让涡轮转速更快地提升,增强发动机低扭表现。

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  但如果保持较小的涡轮废气流通截面积,到了发动机高转速区间,涡轮入口处较小的截面积导致排气阻力增大,不利于发动机高转速下动力输出的提升,对发动机的最大功率和峰值扭矩都有不利的影响。为了保证发动机高转速下的动力输出,VTG涡轮增压器通过可变废气导流叶片增大涡轮废气流通截面积,减小排气阻力,有利于“压榨”发动机高转速下的动力输出。

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  通过电控系统的监控,VTG涡轮增压器涡轮内的废气导流叶片能够实现涡轮入口横切面积的无级调节,从而根据发动机的转速和工况设定最为合适的横切面积,实现增压效率的最优化。

● 可变几何截面涡轮增压器成就了12.5:1高压缩比

  VTG涡轮增压器的作用不仅仅在于优化动力性能,它对于燃油经济性也有非常大的影响。请不要忘记,1.5TSI发动机是一款拥有12.5:1高压缩比的涡轮增压发动机。良好的爆震控制是提高压缩比的基础。而要抑制爆震这个“淘气”的家伙,要做的就是降低气缸内的温度,避免炙热的气缸壁在火花塞点火前引燃混合气产生非正常燃烧。

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  为降低残留在气缸中废气比例,大众1.5TSI发动机通过动态控制VTG涡轮增压器的废气导流叶片,在高负载工况下保持进排气压差为正(进气压力>排气压力),从而降低残留废气比例,使12.5:1高压缩比在1.5TSI发动机上成为可能。


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