大眾TSI發動機技術詳解

2022-04-28 14:03:04 字數 4352 閱讀 2913

tsi是大眾集團開發的一套雙增壓技術,其實從字面上就能理解其意思。前面的t和s分別代表turbo和supercharger的意思,也就是渦輪增壓和機械增壓的相結合。而國內**習慣叫它雙增壓。

這個雙增壓跟大眾奧迪集團的雙渦輪增壓有很大的區別,可以說是完全兩個概念。那麼為什麼要同時採用機械增壓和渦輪增壓來向發動機提供高壓進氣呢?既然大眾已經將這套技術向量產車推廣,那麼在效能上肯定有它的過人之處。

圖為大眾高爾夫gt上裝配的1.4l tsi發動機

要了解雙增壓的優越性首先得了解渦輪增壓和機械增壓的優缺點。其實任何一種增壓它的目的都是相同的,就是要把空氣壓縮以後再通入到氣缸當中燃燒,這樣做的好處很明顯,壓縮以後的空氣密度更大,這就意味著單位體積內的氧氣分子更多。在發動機排量不變的情況下,吸入的氧氣分子越多,再配合燃油噴射系統提供的更多的汽油那麼可以輸出更高的動力。

不管是渦輪增壓還是機械增壓都是為了達到這一目的而設計的,只不過兩者的實現手段不相同。渦輪增壓發動機由乙個進氣渦輪來壓縮空氣,進氣渦輪的另一頭連著乙個廢氣渦輪。

我們知道發動機的排氣是高溫高壓的,這就意味著排氣中仍然含有巨大的能量。將廢氣渦輪裝在排氣管之中則能利用排氣能量來驅動渦輪高速旋轉,從而能夠帶動進氣渦輪隨之高速旋轉,以獲得壓縮進氣的能量。所以渦輪增壓器是不需要額外的消耗發動機能量的。

而且發動機轉速越高廢氣排放速度和能量也越大,使得渦輪的轉速也越高,這樣進氣渦輪壓縮空氣的能力也越強。

對於渦輪增壓的發動機來說,轉速越高,進氣效率也越高,能夠發揮出來的功率就越大。所以渦輪增壓器對於發動機的高速運轉是非常有好處的。但是我們知道,渦輪也是有質量的,有質量的物體就會存在慣性。

我們知道發動機在怠速工況時轉速往往只有幾百轉,而且在怠速工況時渦輪是不能介入工作的。除了因為發動機轉速低,排氣能量不足以驅動渦輪高速運轉,還有乙個更重要的原因就是怠速時發動機負荷低,如果此時渦輪也參與工作那麼發動機會過熱,並且耗費更多不必要消耗的汽油。所以怠速工況時,進氣和排氣旁通閥會自動開啟,此時進氣和排氣都沒有經過渦輪,新鮮空氣是直接被吸入氣缸,廢氣也是直接排入大氣中的。

由於增壓發動機的壓縮比都比較低(通常在8.0以下,壓縮比低是因為空氣被增壓器壓縮後會放熱,如果壓縮比過高會導致壓縮行程時混合氣繼續放熱,引起混合氣自然),所以在渦輪介入之前發動機的動力性是非常差的。即便是低值增壓,起碼也要到將近1800轉時渦輪才會起到作用(帕薩特1.

8t的渦輪介入轉速為 1800轉/分-2000轉/分)。雖然2000轉以後發動機能發揮出強大的功率,而且後勁十足,但起步時可以說毫無動力性可言,即使保時捷卡宴 turbo這樣的v8渦輪增壓發動機,起步同樣拼不過自然吸氣。這就是渦輪增壓發動機的通病渦輪遲滯。

這種狀況是非常不適合城市駕駛的。因為我們知道城市開車經常要走走停停,所以從怠速到2000轉這個轉速範圍段是使用得很頻繁的,渦輪增壓低扭差勁的缺點暴露無疑。當然,大眾奧迪集團曾經試圖改進過渦輪遲滯問題。

奧迪tt的1.8t發動機曾經配備過雙渦輪增壓。所謂雙渦輪增加就是給發動機裝兩個增壓器。

乙個是小直徑的渦輪,由於體積小重量輕,所以接入轉速較低;另乙個是大直徑的渦輪,在中高轉速才介入。即便如此,也不能從根本上解決渦輪遲滯,僅僅只能緩解渦輪遲滯。仁者見仁智者見智,賓士對於它的小型增壓發動機並沒有像大眾奧迪那樣採用渦輪增壓,而是採用了一種沒有遲滯的機械增壓裝置。

圖為大眾高爾夫gt發動機的渦輪增壓器

雙增壓,不是汽油機直噴。

直噴的話也未必分層燃燒。分層的目的是為了小負荷的工況下實現稀薄燃燒,增加經濟性。

分層應該有進氣道設計上面控制,產生進氣流向的改變,而達到分層的目的,不是簡單的有軟體控制能做得到的吧

所謂機械增壓,就是利用發動機的動力帶動乙個羅茲壓氣機,通過發動機本身的動力來壓縮空氣,並且燃燒壓縮空氣的一種增壓方式。它跟空調壓縮機很相似。

圖為福特gt40的機械增壓器外觀

機械增壓器的原理與發動機機油幫浦有些類似,也是與發動機動力相連,只不過壓縮的是空氣。它與渦輪增壓器在效能上最大的區別就是對壓氣機的轉速沒有限制。也就是說只要羅茲壓氣機在轉,就可以壓縮空氣。

而渦輪增壓器由於是靠高速旋轉產生的空氣離心力來壓縮空氣,所以需要非常高的轉速(通常turbo的轉速能接近10萬轉/分鐘)。所以即便發動機怠速或者處於1000轉左右的低轉速,也能連線機械增壓器壓縮進氣。

圖為tsi發動機的機械增壓器和發電機總成。

不過處於經濟型考慮,怠速工況時電磁離合器是斷開的,也就是說怠速時壓縮比並沒有與發動機動力相連,不過只要踩下油門電磁離合器可以迅速連線發動機動力。所以機械增壓能夠給汽車帶來很好的低轉扭矩,讓起步時衝進十足。雖然克服了渦輪增壓器遲滯的缺陷,單機械增壓也並非完美。

由於它需要消耗發動力動力,而且增壓器中的兩個轉子相互摩擦會損耗大量的能量。在低轉速時,由於轉速低損耗也就小,但如果處於高轉速工況,那麼這樣能量損耗是非常大的。不僅經濟性差,高轉動力性也要受到影響。

圖為大眾tsi發動機上使用的機械增壓器 .

所以渦輪增壓和機械增壓都有著各自的先天缺陷,而這兩種增壓方式的優缺點又是相互互補的。大眾就是利用了這兩種增壓效能優缺點的互補性開發出了tsi雙增壓系統。那麼現在再看tsi就很好理解了。

他是渦輪增壓與機械增壓的相結合。也就是說,tsi發動機擁有兩套增壓系統,一套靠渦輪壓縮進氣,另一套靠羅茲壓氣機壓縮進氣。當然,它們什麼時候起作用是由電腦說了算的。

電腦即能夠控制進排氣旁通閥的開閉,也能控制機械增壓器與發動機相連線的電磁離合器的開閉。

圖為大眾tsi雙增壓系統

如圖,機械增壓器和渦輪增壓器在進氣道中是被串聯在一起的。空氣從空氣過濾器進入到進氣管以後,首先要經過機械增壓器,然後通過進氣管的引導再經過渦輪增壓器,最後進入到進氣歧管當中去。雖然機械增壓器和渦輪增壓器是相互串聯在一起的,但兩者並不都是同時工作。

圖為大眾1.4公升tsi發動機進氣增壓結構

當發動機處於怠速工況時(通過節氣閥開度感測器可以測得),機械增壓器的電磁離合器是分離的,此時發動機與機械增壓器之間動力是斷開的(這就意味著增壓器沒有消耗發動機功率),而且機械增壓器附近的進氣旁通閥開啟,空氣並沒有流經機械增壓器,而是從旁通閥直接吸入;到了渦輪增壓器的位置,渦輪增壓的進氣旁通閥也是開啟的,這就相當於進氣繞過了渦輪,直接被吸入氣缸。也就是說在怠速工況時,渦輪增壓器和機械增壓器都是不工作的,這相當於一台自然吸氣發動機。

當發動機在部分負荷工況下低轉速運轉時(通過節氣閥感測器檢測到又少許油門開度,而且通過發動機轉速感測器檢測到轉速處於低速運轉),電腦會接通機械增壓器的電磁離分離,並且關閉機械增壓旁通閥,讓機械增壓器開始工作,此時的增壓值為1.2bar.我們知道機械增壓器有增強低速扭矩的特點,而且在低轉速時對發動機功率的消耗並不大。

所以既能夠獲得良好的油門相應,又能夠增大發動機扭矩輸出。當發動機超過1500轉時,渦輪開始介入,此時的增壓值提高到 2.5bar。

當發動機轉速達到3500轉/』分以上的高轉速時,機械增壓器開始停止增壓,此時完全依靠渦輪增壓來進行增壓,增壓值從2.5bar降到 1.3bar。

因為我們知道一旦轉速上公升,機械增壓器會消耗大量發動機能量,而中高轉速是渦輪增壓的強項,這樣不僅避免了渦輪遲滯,讓渦輪有足夠的加速時間,還在很大程度上增加了低轉扭矩,降低高轉速時機械增壓器產生的噪音。這樣徹底解決了兩種增壓方式的缺陷,達到了一種完美增壓的效果。

目前大眾已經在旗下的高爾夫g和新途安上配備了改發動機,排量雖然只有1.4l但是在雙增壓的作用下能釋放出200匹的動力,這樣的動力用在高爾夫v這麼大的a級車上動力性是非常驚人的。這也使得高爾夫gt成為了十足的小鋼炮。

由於雙增壓能極大的提高發動機的工作效率,所以一台4氣缸盡1.4l排量的發動機能釋放出6缸3.0l發動機的動力,但體積卻比6缸發動機要小得多

[此貼子已經被作者於 2009-09-22 16:21:22 編輯過]

技術我們只懂基本原理,但是細節還沒有完全掌握。比如增壓器的葉片為什麼這樣設計?國內沒有這方面的權威,只能單純仿製。

而且增壓器的葉片的材料要求非常高,需要耐高溫、高壓、高轉速、高腐蝕的工作環境,基礎研究國內不好好建立起來體系,上層建築也無法發展起來。

最大的問題就是續航里程、電池壽命和**。**可以靠**強制補貼方式產生規模效應,從而分攤成本,但前者這個問題不解決,就很難普及。

當然我也希望電動機未來站主導。

電池是電動機的能量**,與之對應的是內燃機的能量**——燃料。我指的電動機是乙個廣義的概念,包括電機、電池、變速控制系統、冷卻系統等。而不僅僅是乙個勵磁同步電動機(未來可能用交流電機)。

這個一步步已經走過100多年了,電動車發明的時間要早於卡爾·本茨的世界上第一輛汽車。後來內燃機優勢太過明顯,電動車被淘汰。現代由於託展新能源和環境保護的需要,電動車才重新走進科學家的視線,現代的材料研究已經和當時今非昔比,所以目前的研製出來的電動車作為短距離使用還是可以勝任的。

但內燃機的研究也一直沒有停止過,電動車的要超越內燃機目前還很困難。

關鍵還是一些物理、化學、材料科學等基礎研究。即使材料方面有突破進展,其**也必定是辣手的!

你看到過貨櫃卡車用電動機來拖?

電動車現在無法成為主流!**的問題需要產生規模效應可以解決。但續航里程,電動車150km要衝一次電,內燃機400-500公里加一次油,你說消費者會選哪種技術?況且後者便宜。

大眾TSI發動機技術詳解

tsi是大眾集團開發的一套雙增壓技術,其實從字面上就能理解其意思。前面的t和s分別代表turbo和supercharger的意思,也就是渦輪增壓和機械增壓的相結合。而國內 習慣叫它雙增壓。這個雙增壓跟大眾奧迪集團的雙渦輪增壓有很大的區別,可以說是完全兩個概念。那麼為什麼要同時採用機械增壓和渦輪增壓來...

詳解轉子發動機 往復式活塞發動機原理

發動機是汽車最為關鍵的部分,是決定車子效能的最重要的因素,猶如人的心臟。大部分人都知道我們日常用的是活塞往復式發動機,又分為兩衝程發動機和四衝程發動機 以下以四衝程發動機為例 但是還有一種不為大部分人所熟知的發動機,那就是轉子發動機,又叫汪克爾發動機。豐田皇冠往復式發動機 馬自達rx8轉子發動機 我...

發動機燃燒技術

一 概述 內燃機的發展已經有一百多年的歷史,自從1876年奧托發明的第一台火花點火式發動機和1892年迪塞爾發明第一台壓燃式發動機以來,由於具有較高的熱效率 比功率和可靠性,內燃機成為了最主要 最理想的船用 工程機械以及車用動力。美國機械協會認為汽車是20世紀唯一的也是最重要的工程界的成就。在可以預...