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1途觀車TSI發(fā)動機的結(jié)構(gòu)特點

    型號為CEA和CGM的兩款汽油直噴發(fā)動機是德國大眾發(fā)動機技術(shù)的最新成果，在保證高可靠性的前提條件下，同時擁有非常好的性能指標(biāo)，此兩款發(fā)動機分別應(yīng)用于途觀1.8 TSI轎車2.0 TSI轎車上。途觀車1.8 TSI發(fā)動機外形如圖1所示，性能參數(shù)如表1所列。

    途觀車1.8 TSI發(fā)動機采用4氣門技術(shù)、灰鑄鐵氣缸體、發(fā)動機氣缸體內(nèi)置雙平衡軸、機油泵由鏈條驅(qū)動、具有進氣可調(diào)的進氣歧管、連續(xù)可調(diào)進氣門正時系統(tǒng)、多點高壓噴射單元和帶有增壓壓力控制的渦輪增壓器等先進技術(shù)。下面重點分析氣缸體、曲柄連桿機構(gòu)、內(nèi)置雙平衡軸和進氣可調(diào)的進氣歧管技術(shù)的特點。

1.1發(fā)動機氣缸體

    發(fā)動機氣缸體由灰鑄鐵制成，氣缸缸徑為82.5 mm，活塞行程為84.1 mm。氣缸的工作鏡面經(jīng)過射流巧磨工藝處理。

1.2曲柄連桿機構(gòu)

    曲柄連桿機構(gòu)如圖2所示，是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。

    曲軸由經(jīng)過感應(yīng)淬火的鋼材制成，為了達到內(nèi)部的一個最佳平衡，它擁有5個軸承和8個配重。目前市場上傳統(tǒng)發(fā)動機每個軸瓦上有2個螺栓．實現(xiàn)軸瓦在氣缸體上垂直方向的固定，途觀車此款新型發(fā)動機又多加了6個螺栓橫向連接軸承蓋與曲軸箱，增加了軸瓦在氣缸體上水平方向的固定。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅減小了軸瓦徑向竄動，而且增加了發(fā)動機的剛性，從而減小其振動。

    為了更好地進行力的分配，連桿頭設(shè)計成梯形，活塞連桿瓦用黃銅合金制成，上面的軸承蓋和下面的軸承蓋用不同的材料制成。

    活塞上端部分使用的是一個環(huán)形托架。另外還保留了活塞套的輕型結(jié)構(gòu)，及石墨涂層，這樣就能達到一種長久的耐用性。運行的高度平靜性和極小的摩擦損失。活塞頂部新穎的凹面造型對于在氣缸內(nèi)部產(chǎn)生最佳的均勻混合氣起到了重要的作用。

13內(nèi)置雙平衡軸設(shè)計

    四缸發(fā)動機在4000 r/min以上時，振動通過車身傳遞變得明顯起來，令人不快的嗡嗡聲降低了車輛的舒適性，這種振動是由慣性力引起的，可以用帶平衡重的軸以相反方向轉(zhuǎn)動加以抵消。如圖3所示，途觀1.8 TSI發(fā)動機雙平衡軸采用石墨鑄鐵并有3道軸承支撐，平衡軸安裝于鑄鋁軸承座里．由平衡軸鏈條驅(qū)動．由于存在換向齒輪。因此2根軸的旋轉(zhuǎn)方向相反，平衡軸的交互運動消除了發(fā)動機縱向慣性。

1.4可調(diào)進氣的進氣歧管

    途觀車TSI發(fā)動機進氣有兩種方式，第一種方式是吸入的空氣通過關(guān)閉的進氣歧管翻板從渦旋板上方被引入燃燒室內(nèi)，這種空氣進氣方式用于分層充氣模式(圖4)。

    第二種方式是發(fā)動機轉(zhuǎn)速在3000 r/min以上時，吸入的空氣通過打開的進氣歧管翻板從渦旋板上、下方被引入到燃燒室內(nèi)。這種空氣進氣方式可實現(xiàn)均質(zhì)模式(圖5)。

2途觀車TSI發(fā)動機的工作原理

    缸內(nèi)直噴技術(shù)中，噴油器設(shè)置在進、排氣門之間，通過高壓燃油泵提供所需的100 bar(1 bar=100 kPa)以上的壓力，將汽油提供給位于氣缸內(nèi)的噴油器，如圖6所示。然后通過ECU控制噴油器將燃料在最恰當(dāng)?shù)臅r間直接注入燃燒室，其控制精確度接近毫秒，關(guān)鍵是要考慮噴油器的安裝．必須在氣缸上部留給其一定的空間，由于氣缸頂部已經(jīng)布置了火花塞和多個氣門。已經(jīng)相當(dāng)緊湊。所以將其布置在靠近進氣門側(cè)。缸內(nèi)直噴發(fā)動機對燃油品質(zhì)的要求比較高。途觀車TSI發(fā)動機必須使用97號汽油且建議使用上海大眾生產(chǎn)的汽油添加劑。此外，缸內(nèi)直噴技術(shù)采用了3種不同的注油模式，即分層充氣模式、均質(zhì)稀混合氣模式和均質(zhì)混合氣模式。

2.1分層充氣模式
  發(fā)動機低速或中速運轉(zhuǎn)時采用分層充氣模式，工作過程如圖7所示。此時節(jié)氣門為半開狀態(tài)，進氣歧管翻板會將下部進氣道完全關(guān)閉，這樣吸入的空氣在上部進氣道內(nèi)流動的速度就加快了，空氣會呈旋渦狀流入氣缸內(nèi)，活塞上的氣流凹坑會增強這種渦旋流動效果，從而在火花塞附近形成所期望的渦流。當(dāng)壓縮過程接近尾聲時。少量的高壓燃油（50 bar-100 bar)被噴到火花塞附近區(qū)域．由于噴油壓力較高，使缸內(nèi)的直噴油霧顆粒直徑達到20 N.m-25 N.m,而MPI發(fā)動機的油霧顆粒直徑為200 N.m,因此霧化效果極好。燃油噴射出后撞在活塞頂部的燃油凹坑，結(jié)果在火花塞附近形成可燃氣體（混合氣形成只發(fā)生在40°-50°曲軸角，空燃比λ=1.6-3 )，最后于上止點前點火，燃燒集中在火花塞周圍，另外在燃燒后，被點燃的混合氣與氣缸壁之間會出現(xiàn)一個隔離用的空氣層，其作用是降低通過發(fā)動機氣缸體散發(fā)掉的熱量。這種分層充氣模式可充分提高發(fā)動機的經(jīng)濟性，因為在轉(zhuǎn)速較低、負荷較小時除了火花塞周圍需要形成濃度較高的油氣混合氣外．燃燒室的其他地方只需空氣含量較高的極稀混合氣即可，周圍這些極稀的氣體起到隔離熱量的作用，缸壁熱損耗減小，發(fā)動機熱效率得到提高，只是點火時刻范圍窄。

2.2均質(zhì)稀混合氣模式

    均質(zhì)稀混合氣模式工作過程如圖8所示，進氣與分層充氣相同，節(jié)氣門部分開，此時進氣歧管翻板仍然關(guān)閉（中等負荷和轉(zhuǎn)速范圍時是關(guān)閉的）。燃油約在點火上止點前300°（進氣行程）時噴入，空燃比λ= 1.55左右，在進氣和壓縮兩個行程來充分混合油和氣，混合氣形成的時間較長。點火后，整個燃燒室內(nèi)都在燃燒，沒有隔離空氣層，點火時刻范圍較寬。

2.3均質(zhì)模式

    均質(zhì)模式工作過程如圖9所示，在發(fā)動機負荷較大且轉(zhuǎn)速較高時。進氣歧管翻板就會打開，于是吸入的空氣就經(jīng)過上、下進氣道進入氣缸，如圖10所示。此工況下，噴油、混合氣形成和燃燒與均質(zhì)稀混合氣模式是一樣的，只是空燃比λ＝1。

3結(jié)語

    綜上所述，缸內(nèi)直噴發(fā)動機有以下幾個優(yōu)點。

    (1)在分層充氣模式和均質(zhì)稀混合氣模式工作時，入值分別為1.6-3和1.55左右，因此燃油消耗較低。

    (2)缸壁熱損耗小。由于分層充氣模式的燃燒只發(fā)生在火花塞附近，所以缸壁上的熱損耗是很少的，熱效率提高了。

    (3)廢氣再循環(huán)率高。強制分層充氣可使廢氣再循環(huán)率高達35%，在均質(zhì)模式(轉(zhuǎn)速低于4000 r/min且中等負荷時)也發(fā)生廢氣再循環(huán)，但在怠速時不發(fā)生。

   (4)壓縮比高。吸入的空氣通過燃油在燃燒室直接噴射霧化而冷卻下來，降低了爆震的可能性，可提高壓縮比，這就提高了壓縮終了時的壓力，熱效率也就提高了。

    然而，缸內(nèi)直噴發(fā)動機也存在以下問題。

    (1)N0x含量高。在稀混合氣模式時燃燒產(chǎn)物中NOx含量較高，傳統(tǒng)的三元催化凈化器無法對NOx進行足夠的轉(zhuǎn)換，因此研制了NOx存儲式催化凈化器，使得尾氣排放滿足EU4排放標(biāo)準(zhǔn)。

    (2)汽油中的硫。與NOx化學(xué)性質(zhì)相似，汽油中的硫燃燒后的產(chǎn)物也同樣存儲在NOx存儲式催化凈化器中，燃油中的硫含量越多，存儲式催化凈化器就必須更頻繁地進行還原反應(yīng)，這就提高了燃油消耗率。

    缸內(nèi)直噴技術(shù)對汽油的油品質(zhì)量是個嚴(yán)格考驗，正是基于這個原因，德國大眾針對中國新研發(fā)的缸內(nèi)直噴發(fā)動機上取消了分層充氣模式、均質(zhì)稀混合氣模式和NOx存儲式催化凈化器．只保留了均質(zhì)充氣模式，并致力于增加發(fā)動機功率和轉(zhuǎn)矩所帶來的駕駛樂趣及動力性和經(jīng)濟性，所以研發(fā)出帶渦輪增壓的汽油直噴發(fā)動機（TSI發(fā)動機），渦輪增壓的主要作用就是增加發(fā)動機進氣量。提高發(fā)動機充氣效率從而提高發(fā)動機的功率和轉(zhuǎn)矩。一臺發(fā)動機裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器時相比可增加40％甚至更高。