[汽車之家 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)]  大眾EA211 1.5L TSI Evo直列四缸渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)（下稱“大眾1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)”）在今年的維也納車展上首次發(fā)布,，它將取代大眾EA211 1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī)成為大眾集團(tuán)旗下一款新主力機(jī)型,。大眾1.5TSI搭載了眾多在業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的渦輪增壓汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)配置，包括12.5:1的高壓縮比,、可變幾何截面渦輪,、噴射壓力達(dá)350bar的燃油噴嘴以及能提高燃油經(jīng)濟(jì)性的米勒循環(huán)等。眾多技術(shù)“加持”使得這款1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率達(dá)到37.5%,，達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平,。除此以外，這款發(fā)動(dòng)機(jī)也體現(xiàn)了歐洲廠商的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)路線由小排量化（Downsizing）向適度小排量化（Rightsizing）轉(zhuǎn)變,。究竟這款1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)有怎樣的特點(diǎn),，下面我們一起來先睹為快。

● 排量增大,，動(dòng)力減弱,，難道這是技術(shù)的倒退？

　　大眾1.5TSI比其前輩EA211 1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī)排量大了0.1L,，但是峰值扭矩卻降低了25�,！っ住ｋy道這是技術(shù)的倒退,？實(shí)際上并非如此,。這款1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是保證與EA211 1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī)同等動(dòng)力輸出性能的同時(shí)，滿足未來更為嚴(yán)格的排放法規(guī)以及進(jìn)一步降低油耗,。從大眾這款1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)可以看出,，歐洲廠商的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)路線已經(jīng)由過去的小排量化（Downsizing）向適度小排量化（Rightsizing）轉(zhuǎn)變,。適度小排量化的發(fā)動(dòng)機(jī)能夠保持同等級(jí)小排量發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出,，擁有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放水平。同時(shí),，通過結(jié)合熱效率更高的米勒循環(huán)工作模式,，有利于未來搭配電動(dòng)機(jī)組成混合動(dòng)力系統(tǒng)，為混合動(dòng)力汽車大規(guī)模市場(chǎng)化做準(zhǔn)備,。

　　想要降低排放和油耗,，提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率是關(guān)鍵一步。那么什么是熱效率呢,？發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒汽油所產(chǎn)生的能量并非全部用于驅(qū)動(dòng)車輛,，有很大一部分能量會(huì)以熱能或動(dòng)能形式損失掉。發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率指的是發(fā)動(dòng)機(jī)利用燃料熱能的有效程度。發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率越高,，燃燒燃料產(chǎn)生的能量就有更多用于驅(qū)動(dòng)車輛,，這有利于降低油耗和排放。大眾稱這款全新1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率達(dá)到37.5%,，百公里油耗將會(huì)比EA211 1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī)少1L,，同時(shí)排放水平能夠滿足歐VI甚至更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　從參數(shù)中我們也可以看到,，大眾1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的峰值扭矩在1300rpm時(shí)就能發(fā)出,，整個(gè)峰值扭矩平臺(tái)也更加寬廣，這使得發(fā)動(dòng)機(jī)擁有更為出色的動(dòng)力輸出響應(yīng)表現(xiàn),。

　　大眾1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)除了在更低轉(zhuǎn)速就能輸出最大扭矩,，輸出響應(yīng)速度也有所提升。如上圖所示,，相比EA211 1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī),，1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到目標(biāo)扭矩輸出的速度快了35%。

● 可變幾何截面渦輪增壓器

　　可變幾何截面渦輪增壓器,，英文為“Variable Turbine Geometry”,，縮寫為“VTG”。VTG渦輪增壓器能夠通過渦輪內(nèi)部的可變廢氣導(dǎo)流葉片改變渦輪排氣側(cè)橫切面積,，從而改變渦輪增壓器的工作特性,。

　　為了應(yīng)對(duì)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫廢氣，保時(shí)捷997 Turbo上的兩個(gè)可變幾何截面渦輪采用了航空材料制造,，保證在極端狀況下也能穩(wěn)定地工作,。

　　對(duì)于非VTG渦輪增壓器，發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速下,，排出的廢氣流速/流量較低,，無法有效提升渦輪轉(zhuǎn)速，從而產(chǎn)生“遲滯現(xiàn)象”,，低扭輸出表現(xiàn)欠佳,。過往為了解決渦輪增壓器遲滯問題,，一般會(huì)采用小型低慣量渦輪增壓器,。雖然這種渦輪增壓器能很好地提升發(fā)動(dòng)機(jī)低扭表現(xiàn)，削弱渦輪遲滯現(xiàn)象,。但與大型渦輪相比,，它不利于高轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生大功率。而VTG渦輪增壓器在低轉(zhuǎn)速時(shí)可有效提升渦輪轉(zhuǎn)速,，緩解渦輪遲滯現(xiàn)象,，增強(qiáng)渦輪增壓器的響應(yīng)性能,，同時(shí)也可在高轉(zhuǎn)速下提升發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出。

　　對(duì)于可變截面渦輪增壓器也是同樣的道理,，在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速工況下,，廢氣流速/流量較低，通過縮小廢氣流通截面積,，可以使廢氣流速加快從而增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)渦輪葉片的廢氣動(dòng)能,，讓渦輪轉(zhuǎn)速更快地提升，增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)低扭表現(xiàn),。

　　但如果保持較小的渦輪廢氣流通截面積,，到了發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速區(qū)間，渦輪入口處較小的截面積導(dǎo)致排氣阻力增大,，不利于發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速下動(dòng)力輸出的提升,，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率和峰值扭矩都有不利的影響。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速下的動(dòng)力輸出,，VTG渦輪增壓器通過可變廢氣導(dǎo)流葉片增大渦輪廢氣流通截面積,，減小排氣阻力，有利于“壓榨”發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速下的動(dòng)力輸出,。

　　通過電控系統(tǒng)的監(jiān)控,，VTG渦輪增壓器渦輪內(nèi)的廢氣導(dǎo)流葉片能夠?qū)崿F(xiàn)渦輪入口橫切面積的無級(jí)調(diào)節(jié)，從而根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和工況設(shè)定最為合適的橫切面積,，實(shí)現(xiàn)增壓效率的最優(yōu)化,。

● 可變幾何截面渦輪增壓器成就了12.5:1高壓縮比

　　VTG渦輪增壓器的作用不僅僅在于優(yōu)化動(dòng)力性能，它對(duì)于燃油經(jīng)濟(jì)性也有非常大的影響,。請(qǐng)不要忘記,，1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)是一款擁有12.5:1高壓縮比的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。良好的爆震控制是提高壓縮比的基礎(chǔ),。而要抑制爆震這個(gè)“淘氣”的家伙,，要做的就是降低氣缸內(nèi)的溫度，避免炙熱的氣缸壁在火花塞點(diǎn)火前引燃混合氣產(chǎn)生非正常燃燒,。

　　為降低殘留在氣缸中廢氣比例,，大眾1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)通過動(dòng)態(tài)控制VTG渦輪增壓器的廢氣導(dǎo)流葉片,，在高負(fù)載工況下保持進(jìn)排氣壓差為正（進(jìn)氣壓力>排氣壓力）,，從而降低殘留廢氣比例，使12.5:1高壓縮比在1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)上成為可能,。

● 增強(qiáng)滾流強(qiáng)度是提升米勒循環(huán)效率的保證

　　我們此前在拆解創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候已經(jīng)解析過米勒循環(huán)（點(diǎn)擊查看相關(guān)文章）,。簡(jiǎn)單來說,，米勒循環(huán)就是膨脹比>壓縮比（實(shí)際壓縮比）的發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式,。通過在發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮行程中，延遲進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)間,，把進(jìn)入氣缸的部分空氣“擠出”氣缸,，從而使實(shí)際壓縮比小于幾何壓縮比（1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何壓縮比為12.5:1）。米勒循環(huán)更長(zhǎng)的做功行程使得混合氣燃燒的能量能夠更多地轉(zhuǎn)化為活塞上下運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能,，從而提升發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率,，降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率。

　　配備高壓縮比以及米勒循環(huán)的大眾1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率達(dá)到37.5%,。該發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率和近期炙手可熱的本田思域上搭載的L15B 1.5T 38%的熱效率也較為接近,。此前的渦輪增壓汽油發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率冠軍——豐田的8NR-FTS 1.2T和8AR-FTS 2.0T（熱效率為36.2%）已成歷史。

● 調(diào)整更快速的油壓式進(jìn)氣門正時(shí)調(diào)節(jié)器

　　米勒循環(huán)對(duì)于進(jìn)氣門正時(shí)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)速度有較高的要求,。我們?cè)诓鸾怦R自達(dá)創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候注意到,，其進(jìn)氣可變氣門正時(shí)調(diào)節(jié)器是一個(gè)電機(jī)，相比常見的油壓式正時(shí)調(diào)節(jié)器,，電機(jī)的工作不受機(jī)油流動(dòng)性影響,，調(diào)節(jié)速度快速且精確，是馬自達(dá)創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)米勒循環(huán)工作模式的關(guān)鍵部件,。

　　而大眾1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)米勒循環(huán)并沒有采用這種電機(jī)正時(shí)調(diào)節(jié)器,，而是通過優(yōu)化油壓式進(jìn)氣門正時(shí)調(diào)節(jié)器的油路和控制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣門正時(shí)的快速精確調(diào)節(jié)。系統(tǒng)優(yōu)化后,，大眾1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門正時(shí)調(diào)整時(shí)間小于0.25秒,，可以在米勒循環(huán)和奧托循環(huán)之間實(shí)現(xiàn)快速切換。

● 更高的燃油噴射壓力提升燃效,、降低排放

　　大眾EA211 1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射壓力為200bar,，而全新的1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射壓力提升至350bar。提升噴射壓力能夠增強(qiáng)燃油霧化效果從而提升燃效,，同時(shí)更大限度地限制顆粒物排放,。

　　歐VI排放標(biāo)準(zhǔn)將在2017年9月全面實(shí)施，而中國(guó)國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)也將在2018年1月1日在全國(guó)正式推行,，對(duì)尾氣排放以及油耗指標(biāo)的更高要求使得噴射壓力更高的直噴系統(tǒng)將成為渦輪增壓缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要技術(shù)升級(jí)方向,。顯然，敏銳的大眾早就意識(shí)到這一點(diǎn)并提前做好了準(zhǔn)備,。

● 用等離子體噴涂法噴涂的缸壁減摩涂層

　　提到降低活塞環(huán)和氣缸壁之間的摩擦阻力,，業(yè)內(nèi)較為常見的是采用低張力活塞環(huán)、在氣缸壁加工出能夠改善潤(rùn)滑條件的平頂網(wǎng)紋等措施,。而大眾1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)則采用等離子體噴涂法（Atmosphere Plasma Spray,，簡(jiǎn)稱“APS”）在氣缸壁噴涂了一層減摩涂層。

　　噴涂物是一層鐵的氧化物,，在進(jìn)行缸筒桁磨后,，涂層厚度約為100-180微米,。這層涂層相當(dāng)于固體潤(rùn)滑劑，可起到降低活塞環(huán)和氣缸壁之間摩擦的作用,。

● 電控冷卻模塊 & 變排量機(jī)油泵

　　在EA211 1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī)上,，發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)采用的是兩個(gè)傳統(tǒng)石蠟型節(jié)溫器，這兩個(gè)節(jié)溫器的開啟溫度不相同,，可以對(duì)缸蓋和缸體的冷卻液實(shí)施差異化管理,。控制缸體水道的節(jié)溫器開啟溫度更高,，缸體正常工作溫度會(huì)高于缸蓋,，這樣可以降低曲柄連桿機(jī)構(gòu)的內(nèi)部摩擦。而工作溫度更低的缸蓋自然是為了降低燃燒室溫度,，從而對(duì)抑制爆震提升燃燒效率有所裨益,。

　　1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)則采用了更為先進(jìn)的電控冷卻模塊，使用電控裝置取代了EA211 1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī)上的傳統(tǒng)石蠟型節(jié)溫器,，可以更為精確地控制缸蓋和缸體的冷卻強(qiáng)度,，從而提升冷卻系統(tǒng)的工作效能并提升燃油經(jīng)濟(jì)性。

　　此外,，該發(fā)動(dòng)機(jī)也與現(xiàn)在一些主流發(fā)動(dòng)機(jī)一樣配備了變排量機(jī)油泵,，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來確定機(jī)油泵送量，從而避免低轉(zhuǎn)速下的泵送不足和高轉(zhuǎn)速的過度泵送,，在優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部潤(rùn)滑的同時(shí),，可一定程度提升發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性。

● 可變氣缸技術(shù)

　　大眾1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)同樣配備了可變氣缸技術(shù),，通過切換凸輪軸停止2缸和3缸的工作（氣門關(guān)閉不噴油）,，降低了車輛中低負(fù)載工況下的燃油消耗率最高達(dá)20%。

　　國(guó)內(nèi)裝車的大眾EA211 1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī)都取消了可變氣缸技術(shù),，引進(jìn)國(guó)內(nèi)的大眾1.5TSI很大機(jī)會(huì)也會(huì)取消該配置,。

● 哪款車型將率先“嘗鮮”

　　預(yù)計(jì)在2017年上市的第八代高爾夫?qū)⒊蔀槭卓畲钶d1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的車型。隨后,，該1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)搭載到現(xiàn)在采用EA211 1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的車型之上,。

　　大眾1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)為大眾旗下的小型車、緊湊型車以及中型車提供更敏捷的加速反應(yīng),、更低的尾氣排放以及更好的燃油經(jīng)濟(jì)性,，以迎接越發(fā)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

全文總結(jié)：

　　大眾1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的最大亮點(diǎn)是把12.5:1高壓縮比,、可變幾何截面渦輪以及米勒循環(huán)結(jié)合起來,，使得該發(fā)動(dòng)機(jī)在動(dòng)力輸出特性得到優(yōu)化的同時(shí)在熱效率上同樣有所提升。大眾1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)通過可變幾何截面渦輪在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)讓進(jìn)排氣壓差處于正值,，增強(qiáng)掃氣效果,，降低殘留廢氣量，抑制爆震,，讓發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作在高壓縮比之下,。這是該款新型發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的精妙之處。此外,，僅通過優(yōu)化進(jìn)氣門正時(shí)調(diào)節(jié)器油路和控制機(jī)構(gòu)就實(shí)現(xiàn)了進(jìn)氣門正時(shí)的快速精確調(diào)節(jié),，從而實(shí)現(xiàn)米勒循環(huán)和奧托循環(huán)的切換。通過優(yōu)化成熟技術(shù),，能夠進(jìn)一步降低量產(chǎn)成本,，體現(xiàn)著大眾在機(jī)械設(shè)計(jì)、系統(tǒng)整合以及成本控制方面的優(yōu)勢(shì),。這款發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)計(jì)在今年年底推出,，中國(guó)是否能同步推向市場(chǎng)，我們拭目以待,。（圖/文 汽車之家 常慶林）

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