[汽車之家 發(fā)動機技術(shù)] 大眾EA211 1.5L TSI Evo直列四缸渦輪增壓發(fā)動機（下稱“大眾1.5TSI發(fā)動機”）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)動機成為大眾集團旗下一款新主力機型。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)動機技術(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350bar的燃油噴嘴以及能提高燃油經(jīng)濟性的米勒循環(huán)等。眾多技術(shù)“加持”使得這款1.5TSI發(fā)動機的熱效率達到37.5%，達到行業(yè)領(lǐng)先水平。除此以外，這款發(fā)動機也體現(xiàn)了歐洲廠商的發(fā)動機技術(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)動機有怎樣的特點，下面我們一起來先睹為快。
● 排量增大，動力減弱，難道這是技術(shù)的倒退？
大眾1.5TSI比其前輩EA211 1.4TSI發(fā)動機排量大了0.1L，但是峰值扭矩卻降低了25牛·米。難道這是技術(shù)的倒退？實際上并非如此。這款1.5TSI發(fā)動機的設(shè)計目標(biāo)是保證與EA211 1.4TSI發(fā)動機同等動力輸出性能的同時，滿足未來更為嚴(yán)格的排放法規(guī)以及進一步降低油耗。從大眾這款1.5TSI發(fā)動機可以看出，歐洲廠商的發(fā)動機技術(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)動機能夠保持同等級小排量發(fā)動機的動力輸出，擁有更好的燃油經(jīng)濟性和排放水平。同時，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機組成混合動力系統(tǒng)，為混合動力汽車大規(guī)模市場化做準(zhǔn)備。
| 1.5TSI和1.4TSI動力輸出參數(shù)對比 | ||||
| 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牛·米/1750-3000rpm |
想要降低排放和油耗，提升發(fā)動機熱效率是關(guān)鍵一步。那么什么是熱效率呢？發(fā)動機燃燒汽油所產(chǎn)生的能量并非全部用于驅(qū)動車輛，有很大一部分能量會以熱能或動能形式損失掉。發(fā)動機熱效率指的是發(fā)動機利用燃料熱能的有效程度。發(fā)動機熱效率越高，燃燒燃料產(chǎn)生的能量就有更多用于驅(qū)動車輛，這有利于降低油耗和排放。大眾稱這款全新1.5TSI發(fā)動機的熱效率達到37.5%，百公里油耗將會比EA211 1.4TSI發(fā)動機少1L，同時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)動機的峰值扭矩在1300rpm時就能發(fā)出，整個峰值扭矩平臺也更加寬廣，這使得發(fā)動機擁有更為出色的動力輸出響應(yīng)表現(xiàn)。
大眾1.5TSI發(fā)動機除了在更低轉(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)動機，1.5TSI發(fā)動機達到目標(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)對汽油發(fā)動機的高溫廢氣，保時捷997 Turbo上的兩個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。
對于非VTG渦輪增壓器，發(fā)動機在低轉(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)動機低扭表現(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)速時可有效提升渦輪轉(zhuǎn)速，緩解渦輪遲滯現(xiàn)象，增強渦輪增壓器的響應(yīng)性能，同時也可在高轉(zhuǎn)速下提升發(fā)動機的功率輸出。
對于可變截面渦輪增壓器也是同樣的道理，在發(fā)動機低轉(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驅(qū)動渦輪葉片的廢氣動能，讓渦輪轉(zhuǎn)速更快地提升，增強發(fā)動機低扭表現(xiàn)。
但如果保持較小的渦輪廢氣流通截面積，到了發(fā)動機高轉(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)動機高轉(zhuǎn)速下動力輸出的提升，對發(fā)動機的最大功率和峰值扭矩都有不利的影響。為了保證發(fā)動機高轉(zhuǎn)速下的動力輸出，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)動機高轉(zhuǎn)速下的動力輸出。
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調(diào)節(jié)，從而根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和工況設(shè)定最為合適的橫切面積，實現(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)化動力性能，它對于燃油經(jīng)濟性也有非常大的影響。請不要忘記，1.5TSI發(fā)動機是一款擁有12.5:1高壓縮比的渦輪增壓發(fā)動機。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“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)動機通過動態(tài)控制VTG渦輪增壓器的廢氣導(dǎo)流葉片，在高負載工況下保持進排氣壓差為正（進氣壓力>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)動機上成為可能。