發動機技術巡禮(2) 大眾1.4TSI發動機詳解

　　【太平洋汽車網 技術頻道】小排量高馬力，可以說是當下發動機的發展趨勢，其中的杰出代表就是大眾EA111系列的1.4TSI發動機。這款發動機融合了缸內直噴、渦輪增壓等先進技術，具有小排量、高功率、低油耗等性能優勢。本期文章將為大家解析一下大眾1.4TSI發動機。

上期精彩回顧：

● 發動機基本參數：

● TSI的含義

　　1.4TSI發動機是大眾于2005-2006年間推出的排量為1.4L具備雙增壓、缸內直噴技術的發動機。TSI發動機是大眾采用了高技術的一款汽油發動機，集合了FSI發動機與TDI發動機的核心技術。

　　在歐洲市場使用大眾1.4TSI雙增壓發動機匹配的車型有高爾夫、尚酷、EOS、Jetta以及途觀等，發動機的最大功率可達到125kW/5500rpm，扭矩可達240Nm/1750-4500，因為同時具備機械增壓和渦輪增壓系統，無論在低轉速或高轉速下，發動機都能起到很好的增壓效果，因此1.4TSI發動機的扭矩有著十分出現的表現。

　　考慮全球戰略部署，大眾于2009年在國內投入批量生產1.4TSI發動機。基于油品質量和成本控制等因素的考慮，國內生產的1.4TSI發動機取消了機械增壓和分層燃燒，只保留渦輪增壓和缸內直噴。發動機的最大功率為96kW（131ps）/5000rpm，最大扭矩為220Nm/1750-3500rpm。目前搭載1.4TSI發動機的車型有高爾夫六、速騰、邁騰、朗逸等車型。

● 廢氣渦輪增壓系統

　　增壓器與排氣管集成式設計。1.4TSI這款發動機的渦輪增壓器和排氣管采用了集成式的設計，這樣可以一定程度上減少多余零件的體積和重量，使得這套系統相對穩定可靠。

　　增壓系統上的渦輪葉片和葉輪葉片均采用了小尺寸設計（分別為37mm和41mm），這樣渦輪的轉動慣量會減小，廢氣就更容易帶動渦輪做高速旋轉，可以有效地緩解渦輪增壓系統低速遲滯的現象。渦輪增壓的最大壓力達到1.8bar，而GTDi（240PS版本）的增壓壓力只是1.2bar。

　　精準監控進氣壓力的傳感器和閥體。在渦輪增壓系統的中冷器前后分別安裝兩套傳感器（進氣壓力傳感器和進氣溫度傳感器），用于精準監測增壓空氣在冷卻前后的狀態，再通過ECU計算分析來調節渦輪增壓器上的閥體開度，從而精確地控制所需要的進氣量。

　　另外，渦輪增壓器上設計了兩個執行壓力控制的閥體，分別是渦輪增壓端的排氣旁通閥和空氣葉輪一段的進氣泄壓閥，由ECU控制。

　　主要是防止發動機轉速過高時，保證渦輪在一個較為固定的轉速下工作，同時防止壓力過大損害渦輪和節氣門等部件。所以如果廢氣壓力超過壓力單元設定的值后，閥會被打開，過多的廢氣就會繞過渦輪葉片被排出。

● 雙循環冷卻系統

　　1.4TSI發動機中采用了兩套獨立的冷卻系統，一套是依靠發動機動力實現對其自身冷卻循環的冷卻系統（主冷卻系統）。另一套冷卻系統是通過電動水泵驅動，主要用于對渦輪增壓器和增壓空氣的冷卻（副冷卻系統）。限流器將主、副冷卻循環管路連接起來，并共用一個平衡液罐。

　　主冷卻循環系統。主冷卻循環管路可以分為兩個循環管路，一個循環管路流過氣缸體，另一個循環管路流過氣缸蓋。通過雙節溫器，實現對冷卻液的分流。三分之一流經發動機缸體，用于冷卻氣缸。三分之二流經氣缸蓋，用于冷卻燃燒室。節溫器1控制氣缸體的冷卻液，節溫器2控制氣缸蓋的冷卻液。

　　使用雙節溫器分離兩個循環回路，主要有兩個優點：一是快速加熱氣缸體，可以降低曲軸連桿機構內部的摩擦；二是氣缸蓋得到良好的冷卻，降低了燃燒室的溫度，增加容積效率且降低發生爆震的可能性。

　　副冷卻循環系統。由電機帶動的冷卻循環系統，主要包括兩個循環通道，一個是經過渦輪增壓器，對渦輪增壓系統進行冷卻；另一個是經過進氣歧管內的冷卻器，對增壓空氣冷卻。主要由冷卻循環泵把冷卻液從輔助冷卻器中輸送至增壓空氣冷卻器和廢氣渦輪增壓器中。

　　冷卻液循環泵會在不同的發動機工況下，由ECU控制進行智能地工作。如發動機啟動后的短時間內；進氣歧管內增壓空氣溫度持續超過50°C；輸出扭矩持續在100Nm以上；增壓空氣冷卻器前部和后部的增壓空氣溫度小于8°時等情況下冷卻液循環泵才會工作。

　　由于這套系統不是由曲軸驅動的，在發動機長時間高速行駛后，如車主直接熄火，這套獨立的冷卻系統仍會自動工作一段時間，消除渦輪增壓器因過熱產生的故障隱患。

● 進氣歧管翻板

　　其實要滿足缸內的分層充氣、均質稀混合氣等多種不同燃燒室充氣模式，“進氣歧管翻板”就起到很重要的作用。如發動機在低速工況采用分層充氣模式下，通過進氣歧管翻板關閉下進氣通道，可以減少氣流通過的橫截面，來增加氣流流速，結合活塞頂的特殊設計，有效形成強烈的進氣渦流，有利于“分層”模式下混合氣的形成與霧化。

　　同樣地，當發動機進入高速工況采用均質混合氣模式時，進氣歧管翻板開啟下進氣通道，增大氣流通過的橫截面，以獲得更多進氣，提高發動機的輸出功率。

　　不過，由于國產的1.4TSI發動機取消了“分層燃燒”，進氣歧管的翻板也被取消，同時對進氣歧管的設計做了相應的改進，如在進氣道外緣的氣門座上設計一個傾斜的凸峰，可以使進氣缸內形成特殊的渦流，讓汽油與空氣混合得更充分。而“小截面，增流速”、“大截面，增流量”的進氣效果，可通過節氣門來實現。

● 進氣門可變正時

　　EA111系列1.4TSI發動機上也應用了VVT可變氣門正時技術，不過只應用到進氣系統上，即進氣可變氣門正時。這套系統主要通過ECU電子控制單元、葉片槽式調節器、凸輪軸調整電磁閥等元件實現氣門正時的連續可變。

　　葉片槽式調節器結構。由外殼體、內部葉片轉子以及位于葉片轉子內部的鎖銷組成。外殼體與外部的正時齒輪固定，由曲軸帶動。而內部的葉片則直接與進氣門凸輪軸固定，并與之一同旋轉。

　　首先通過ECU分析凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感器、節氣門位置傳感器等相關元件反饋的信息，再與ECU存儲的最佳參數對比后，發出指令控制凸輪軸調整電磁閥。然后通過雙油道機油壓力差值來驅動調節器中的葉片，帶動凸輪軸旋轉改變進氣相位實現氣門正時的“提前”或者“滯后”，從而實現氣門正時的連續可變，正時相位調節角度范圍可達20°的凸輪軸角。福特GTDi發動機進排氣門都有可變氣門正時，可調角度均為50度。

● TSI燃油供給系統

　　直噴發動機的燃油供給系統是能否實現缸內直噴最為關鍵的一部分。燃油要噴入壓力非常高的氣缸內，就必須具備足夠的噴射壓力；而且為了保證缸內直噴的燃燒效率，噴油系統還需要對噴射的燃油進行精確的控制，這對噴油嘴的設計要求更高。

　　1.4TSI發動機配備高壓燃油系統和低壓燃油系統，燃油箱里的燃油泵和高壓燃油泵可以根據發動機實際需求定時定量地供給燃油。

　　高壓燃油系統。在低壓油泵將燃油送到高壓泵之后，根據發動機的負荷，壓力可以在50bar-100bar之間調節。高壓油泵里集成了燃油壓力調節閥和限壓閥，可以為系統提供過壓保護。

　　高壓油泵。高壓燃油泵是燃油加壓的關鍵環節，TSI的高壓燃油泵是一個結構簡單的單柱塞泵，泵成一定角度安裝在氣缸蓋罩上，靠進氣凸輪軸上的四方（四點式）凸輪來驅動。四點式凸輪可使油泵供油行程和各缸相應噴油過程同步，各缸噴油均勻性和重復性比較好。

　　噴油嘴。噴嘴的噴油壓力最高達100 bar，而進氣歧管噴射方式的噴射壓力一般只有3bar。1.4TSI發動機的噴油嘴采取6孔噴嘴模式（GTDi使用的噴油嘴是7孔噴油嘴），可以防止在節氣門全開或在預熱催化轉化器過程中，油束覆蓋整個活塞頂部。

　　總結：1.4TSI發動機集合了渦輪增壓、缸內直噴、可變氣門正時等先進技術，使得這款小排量的發動機具有大功率、高扭矩和低油耗等特點。與市面上主流的2.0L自然吸氣發動機相比，1.4TSI發動機的最大功率基本達到2.0L自然吸氣發動機的水平，最大扭矩甚至超越它們。

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