[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(lái)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?。難道這是技術(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(lái)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(guò)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(guò)結(jié)合熱效率更高的米勒循環(huán)工作模式，有利于未來(lái)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。
| 1.5TSI和1.4TSI動(dòng)力輸出參數(shù)對(duì)比 | ||||
| 名稱 | EA211 1.5TSI 標(biāo)準(zhǔn)功率版 |
EA211 1.4TSI 標(biāo)準(zhǔn)功率版 |
EA211 1.5TSI 高功率版 |
EA211 1.4TSI 高功率版 |
| 最大功率 | 131馬力/4750-5500rpm | 131馬力/5000-6000rpm | 150馬力 | 150馬力/5000-6000rpm |
| 峰值扭矩 | 200牛·米/1300-4500rpm | 225牛·米/1500-3500rpm | 官方未公布 | 250?！っ?1750-3000rpm |
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(guò)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(wú)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(guò)往為了解決渦輪增壓器遲滯問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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。