大众TSI发动机.docx

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大众TSI发动机

你知道1.4TSI发动机可以在低温状态下的使用分层燃烧实现高压分层启动吗？

你知道1.4TSI发动机的进气系统同样具有可变气门正时技术吗？

你知道1.4TSI发动机的涡轮增压拥有一套独立的冷却系统吗？

经过了1.4TSI发动机的全程拆解，让我们也发掘出TSI发动机内部，在技术、工艺上许多并不为人所知的优势和特点。

下面，车168就为大家揭秘那些你所不知道的1.4TSI。

独立的冷却液循环泵

由电机带动的冷却液循环泵

   通过电机带动的冷却液循环泵是大众这款EA111系列1.4TSI发动机的一大特色，这个泵通过螺栓固定在缸体上，安装在进气歧管下面，是独立冷却系统的核心部分。

它根据负荷来操作控制，将冷却液通过前端的泵口从附加散热器中吸出，泵入进气歧管内的冷却器和另一侧的涡轮增压器。

拆卸下来的冷却液循环泵

    这套冷却液循环泵会在不同发动机工况下，由行车电脑控制进行智能的工作，它在下面几种情况下会被开启：

1、每次发动机启动后的短时间内

2、输出扭矩持续在100Nm以上的时候

3、进气歧管内增压空气温度持续超过50°C

4、两个增压空气温度传感器（分别位于进气歧管的冷却器前后）之间的温差小于8°C

5、发动机每工作120s，其工作10s，避免涡轮增压器产生热量积聚 

6、关闭发动机后，根据迈普图*决定从0至480s之间的工作时间，避免涡轮增压器过热而产生故障（*迈普图存于电脑程序中，是根据发动机的进气温度、压力和其他工况来确定循环泵工作延时的一个三维函数）

独立循环中循环水的两个回路：

冷却器（左）和涡轮增压器（右）

    采用独立电机带动水泵的冷却系统优势显而易见，由于并不直接通过曲轴的动力进行工作，发动机在长时间高速行驶后，车主如果直接熄火，这套独立的冷却液循环泵仍会会自动继续工作一段时间，消除了涡轮增压器因过热产生的故障隐患。

另外，在发动机没有大负荷运作时，这套系统也会根据情况停止工作，达到节能的目的。

用于增压空气水冷的冷却器

    独立循环中，冷却液经循环泵流过位于进气歧管内的冷却器，这个冷却器的作用是为增压后的空气进行散热，这也是这台1.4TSI发动机的特别设计之一。

冷却器和增压空气通道结构解剖图

    我们知道，气体在被压缩的时候温度会上升，比如打气筒在打气的时候底部会发热。

经过涡轮增压器的空气与之类似，气体受到压缩，再加上经过高温涡轮时的部分热传导作用，增压后的空气温度会很高。

高温气体由于受热而膨胀，因此有必要对增压后的空气进行冷却，以提高单位体积空气中的氧气“浓度”，进而提高燃烧效率。

拆卸下来的冷却器

    虽然水冷是十分理想的散热的方式，但并没有在增压空气冷却中得到非常广泛采用，因为这种结构不但对密封性要求较高，还需要增加特别设计的循环水冷却系统，对成本和技术都有要求，因此很多厂商的发动机通过机舱前的中冷器进行风冷，其弊端是增加了更大的体积和重量。

而EA111的1.4TSI发动机通过上面提到的独立电机冷却液循环泵和冷却器的精巧设计，较为理想的解决了这一问题。

冷却器的工作原理

（实线为增压空气，虚线为冷却液；红色代表较高温度，蓝色代表较低温度）

    为压缩空气进行冷却的冷却器由许多铝叶片组成，在里面有冷却液流过的管路。

热空气流过铝制叶片，将热量传导给在内部循环的冷却液，然后冷却液再被泵入车辆进气口前端的散热器来冷却。

经过冷却后的增压空气，压力值在最高可达1.8bar的条件下，气体温度仅比空气温度高20-25°C，冷却效果非常好。

    虽然原理看似简单，但由于冷却器联通着进气歧管，是增压空气的必经之路，所以对密封性能要求较高。

大众这款1.4TSI发动机的冷却器采用了波兰制造的进口件，在冷却器的后部有一个密封条，这个密封条保证冷却器和进气歧管之间的密封，同时为冷却器提供支撑；同样在冷却器和进气歧管的接合部分也有类似的密封条，再通过6个螺栓将冷却器固定镶嵌在进气歧管内，达到了很好的密封效果。

这套水冷式压缩空气冷却器相对于其他散热方式的优点在于：

1、占用的体积更小；

2、水冷的效果要比空冷更好；

3、相对独立的冷却液循环系统在温度传感器的监控下工作，冷却液循环泵可以通过需要进行合理的控制。

增压器与排气管集成设计

涡轮增压器解剖图

涡轮增压器结构示意图

   通过拆解图我们可以看到，这款发动机的涡轮增压器和排气管采用了集成式的设计，这样做的最大好处就是省去了多余零件的体积和重量，而更少的零件也使得这套系统故障率更低，更稳定可靠。

同时据介绍，1.4TSI这款发动机的涡轮增压器是免维护的，不存在涡轮增压器的保养成本高的问题，而且这套系统和发动机的寿命相同，也不需要按照里程进行更换。

1.4TSI发动机也具有“进气系统”可变气门正时技术：

    “大众的TSI系列发动机都应用了VVT可变气门正时技术。

”一汽-大众工程师在就正时系统进行讲解时表示。

而本次拆解的EA111系列1.4TSI发动机，同样也不例外，也在发动机进气系统上采用了该项技术。

1.4TSI“VVT系统”的核心元件：

    1.4TSI可变气门正时系统主要由ECU（电子控制单元）、叶片槽式调节器、凸轮轴调整电磁阀以及传感器等部分组成。

♦凸轮轴调整电磁阀：

凸轮轴调整电磁阀的主要功用为调节内容机油通道的压力值；

♦凸轮轴位置传感器：

 凸轮轴位置传感器负责传输凸轮轴相位信号；

♦叶片槽式调节器：

可变正时系统的核心元件“叶片槽式调节器”位于左侧进气凸轮轴外端

叶片槽式调节器内部机械结构

叶片槽式调节器工作原理示意图

    1．4TSI具有的VVT叶片槽式调节器由外壳体、内部叶片转子以及位于叶片转子内部的锁销组成。

其中，外壳体与外部的正时齿轮固定，实现曲轴通过链条传动驱动进气凸轮轴的功用；而位于壳体内部的叶片则直接与进气门凸轮轴固定，并与之一同旋转，通过带动凸轮轴与壳体产生相对的转动位移，来实现凸轮轴的进气相位改变；而锁销的主要功用，则用于外壳与叶片的连接，实现进气相位的固定，防止凸轮轴复位。

装配式凸轮轴制造工艺

    不同于EA113机型的凸轮轴采用了整体式铸造方式以及铸铁材质，1.4TSI引擎无论在凸轮轴的制造工艺以及材料选用上，都具有了显著的改进。

1.4TSI采用了装配式凸轮轴

    特点鲜明的装配式制造工艺，将1.4TSI凸轮轴的凸轮与主轴颈实现了分离加工，其中，加工完成的凸轮内壁具有攻丝后的螺纹，而钢管外壁则具有花键预装，装配时，采用“外凸轮加热，内主轴颈冷却”的热套法完成，恢复常温后，依靠匹配的螺纹和花键实现紧固，而工艺方法不仅可以消除装配的过盈应力，同时能够在短暂时间内完成联接，并在轴向尺寸和角度位置方面保持很高的精度。

“空心轴”设计大幅度减轻了凸轮轴的重量

    而正是得益于装配式凸轮轴更为简易的制造工艺，在凸轮轴的材质上，1.4TSI也实现了质量更轻的“钢材”选用。

而针对1.4TSI采用了强度更高的钢制凸轮轴，大众还做出了“空心轴”的相应改进，大幅度减轻了凸轮轴的重量，减小了其运动惯性，为提升进排气效率奠定了良好的基础。

进排气门驱动装置“滚子摇臂”

1.4TSI引擎配气机构中的滚子摇臂

    相信熟悉捷达的朋友，对于其1.6RSH发动机一定不会陌生，其中，RSH实为德语RollenSchlepphebel的缩写，代表的含义正是“滚子摇臂”技术，而这项隶属于气门总成，并用于实现凸轮轴间接驱动进排气门的装置，则同样应用于我们此次拆解的1.4TSI引擎之上，而除却大众以外，该项技术也被其他汽车厂商广泛运用，凭借的便是其颇为先进的技术特点。

1.4TSI发动机气门总成结构图

    滚子摇臂由一个具有杠杆作用的钢板型材和一个带有滚珠轴承的凸轮滚柱组成，其一端被固定在液压挺柱之上，一端则定位于气门之上，当凸轮轴通过“滚子”对摇臂施加作用力后，由摇臂完成对进、排气门的驱动。

    而由于凸轮轴不再直接顶压气门杆顶端，加之其采用的液压技术，既可消除凸轮与摇臂之间的间隙，又能通过飞溅油液对凸轮与摇臂接触的部位加以润滑，因此一定程度上减少了配气机构的摩擦损失，并使发动机噪声降低，同时减小了运动惯量，使驱动凸轮轴消耗的发动机功率减少，运行更加平稳、经济。

取消进气歧管翻板，进气道也“扰流”

TSI进气歧管翻板背景解读：

    针对发动机工况的差异，进气系统的相应变化，对于燃烧室混合气体的形成有着至关重要的作用。

而早期的TSI引擎由于均具有分层燃烧技术，因此，根据发动机工况，为了满足“分层充气模式——均质稀混合气模式——均质混合气模式”多种不同燃烧室充气模式，“进气歧管翻板”的加入则应运而生。

辅助阅读：

什么是“分层燃烧”？

进气歧管翻板工作示意图

    在发动机处于低速工况，采用分层充气模式下，进气歧管翻板通过“关闭下进气通道，形成较窄的横截面积”，增加气流流速，有效形成强烈的进气涡流，利于“分层”模式下混合气的形成与雾化，可提高燃烧效率，进而增大发动机扭矩输出；而当发动机进入高速工况，采用均质混合气模式时，进气歧管翻板通过“开启下进气通道，形成较宽的横截面积”，增大进气量，使更多的空气参与燃烧，从而提升发动机的输出功率。

1.4TSI取消“进气歧管翻板”，进气道实现“扰流”

    不过，随着“分层燃烧”技术逐渐在TSI引擎上的淡出，“均质充气”成为了目前该系列引擎的主流充气模式，而1.4TSI同样由于均质燃烧控制的改进，取消了进气歧管翻板的设计，不过，为了同样能够实现油气的充分混合，保证汽缸内形成很好的涡流，1.4TSI则在进气道上作出了相应的改进。

    1.4TSI进气道的角度被调整至更接近水平，同时，在进气道外缘的气门座上，设计了一个倾斜的凸峰，从而保证进气吹过气门顶时，在汽缸内形成特殊的涡流，无论在发动机的任何工况下，都能够实现燃气充分混合的作用。

而在1.4TSI发动机中，实现“小截面，流速增”、“大截面，流量增”的进气效果元件，则成为了节流阀体（节气门）的主要角色，通过“源头”的进气效果控制，辅以上述特殊的进气道“扰流”效果，从而完成1.4TSI充分提升燃烧效率的职责。

取消分层燃烧并不是所谓的减配

   在欧洲，最早推出的TSI发动机是拥有分层燃烧和缸内直喷两项技术的，而引进国内版本的TSI发动机只保留了缸内直喷技术，在正常工况下取消了分层燃烧技术,这也被很多网友质疑为减配。

不过在事实上，除了欧洲市场，大众TSI发动机在全球范围内都没有使用分层燃烧技术，那么这一项“减配”到底原因何在？

什么是分层燃烧？

   首先，我们必须先了解一下到底什么是分层燃烧。

我们都知道，气缸内混合气必须达到一定的空燃比后，才有可能被点燃，而能够让缸内混合气在浓度在低于空燃比时依旧被点燃的技术则被称为稀薄燃烧。

我们文中提及的分层燃烧便是实现稀薄燃烧目的的手段之一，它能够使发动机在低负荷时的燃烧效率得到大大提高，从而拥有更低的油耗。

分层燃烧的工作原理：

  第一次喷射先充分混合                    第二次喷射形成混合气较浓的区域

   我们再来了解一下TSI发动机的分层燃烧技术具体工作原理。

首先，发动机在吸气行程活塞到达下止点时，ECU控制喷油嘴先进行一次小量的喷油，使气缸内形成稀薄混合气，而在活塞压缩到上止点时再进行第二次喷油，利用活塞顶的特殊结构让火花塞附近出现混合气相对浓度较高的区域，然后利用这部分较浓的混合气引燃汽缸内的稀薄混合气，从而实现气缸内的稀薄燃烧，这就可以用更少的燃油达到同样的燃烧效果，使得发动机的油耗更低。

为什么要取消正常工况下的分层燃烧？

   分层燃烧的确可以更好的提高低负荷工况下的燃烧效率，但是它也有一个较难克服的问题。

在分层燃烧的过程