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渦輪增壓引擎的開發者"大眾",打造的TSI發動機到底有多厲害

當前大眾汽車的等級名稱中的字母“TSI”。這意味著該模型是配備 TSI 發動機的汽車。那麼TSI是一款什麼樣的發動機呢?

不改變排量

渦輪增壓引擎的開發者

提高汽車燃油效率的方法有很多種,比如減輕車身重量,減少空氣阻力和滾動阻力,但是發動機本身能做什麼呢?提高熱效率和降低摩擦阻力是標準的,但最簡單的是“減少排量”。這不僅減少了汽油消耗,而且還使發動機更小、更輕。但是,不言而喻,僅此一項就會降低功率。汽車是用來開車的,所以如果體驗不好,你就會失去大家的吸引力。

因此,許多發動機製造商從發動機的早期就將注意力集中在能夠在相同排量下產生大量動力的“增壓器”。增壓器是一種將空氣強行送入發動機的裝置,其中,靠廢氣的壓力使渦輪旋轉的稱為“渦輪增壓器”,而利用渦輪的動力使壓氣機(壓縮機)旋轉的稱為“渦輪增壓器”。這兩項技術最初都是在空氣稀薄的超高空飛行的飛機領域開發的。

所謂“自然吸氣”自然進入氣缸的空氣和氧氣量,除各種設計措施外,大致由排量和發動機轉速決定。但是,如果用增壓器施加壓力來推動空氣(氧氣)兩次,理論上相當於排量加倍,而且即使傳送更多的汽油,它也會燃燒爆炸。透過這種方式,早期的渦輪增壓器專門用於獲得更大的動力。

帶增壓器的發動機面臨的挑戰

因此,被稱為“直噴”的技術引起了人們的關注。直噴是“缸內直噴”的縮寫,這裡的“氣缸”就是發動機的氣缸。換句話說,它是一種在氣缸中使用稱為噴射器的電子控制噴嘴直接和高精度噴射燃料的方法。

在直噴的情況下,汽油直接噴射到氣缸中,因此燃料汽化時的冷卻效果可以有效抑制異常燃燒。因此,即使是渦輪發動機,透過將壓縮比提高到與傳統自然吸氣發動機相同的水平,也可以在低轉速範圍內提高扭矩和熱效率。直噴渦輪增壓技術是在以柴油為燃料的柴油發動機上開發並投入實際應用的,很早就由大眾以“TDI”(Turbocharged Direct Injection)商標開發。

聽了這麼多似乎渦輪增壓器都不錯,但也有一些挑戰。最困難的問題之一是“異常燃燒”(爆震)。這是一種在發動機中被壓縮的空氣燃料混合物導致異常燃燒,產生異常噪音(爆震音),最壞的情況下會損壞發動機的現象,這種現象不僅發生在渦輪發動機中,而且也會發生在自然吸氣發動機中。

過去,渦輪發動機實際上設計的壓縮比相當低,因為降低壓縮比可以防止爆震。但是,如果這樣做,發動機本身的效能就會下降,尤其是渦輪發動機,當排氣壓力低時,在低轉速下無法充分推入空氣,因此稱為渦輪遲滯的響應延遲可能發生。另外,透過加濃混合氣,可以防止因汽油汽化熱的冷卻作用而引起的異常燃燒,但這會降低燃油效率,並且難以清潔廢氣。

引入直噴渦輪發動機

不是直接噴射的方法稱為“進氣道噴射”,與化油器時代一樣,透過在氣缸前方的進氣口部分佈置噴油器來噴射燃料。時至今日,很多汽車仍然採用進氣道噴射,主要是自然吸氣發動機,像大眾集團的1。8/2。0升發動機(EA888型)和豐田的“D-4S”發動機,採用進氣道噴射。也有發動機也使用直接注入。

渦輪增壓引擎的開發者

搭載2。0升直噴渦輪增壓發動機的2005年登場的Golf GTI

渦輪增壓引擎的開發者

Golf 5 GTI (2005) 2。0升直噴渦輪增壓發動機“T-FSI”。當時還沒有使用TSI這個名字。

“降低排量”的想法

大眾的直噴渦輪增壓發動機最早出現在第5代高爾夫“GTX”(2004年)和“GTI”(2005年)中,名字叫“T-FSI”。簡單來說就是“帶渦輪增壓器的直噴系統”,但與傳統的直噴渦輪發動機不同的是,它配備了渦輪增壓器,減少了排氣量以提高燃油效率。

渦輪增壓引擎的開發者

Golf GT TSI 於 2006 年在歐洲釋出

第一款被命名為“TSI”的車型是“Golf GT TSI”,它是在第 5 代 Golf 中間新增的。搭載渦輪增壓器和機械增壓器的1。4升直噴發動機。以增壓器補充渦輪增壓器不擅長的低速範圍的概念,在1。4升小排量的同時,兼具接近2。0升直噴渦輪增壓高爾夫GTI的動力效能和出色的燃油效率。 可以說是配備了雙增壓器的豪華髮動機。此後,該發動機安裝在後續的高爾夫 6、Sirocco、Golf Touran 和 Sharan 上。就是這款發動機為高爾夫奠定了未來的道路。

然而,增壓器的缺點是會產生壓縮機驅動阻力,安裝雙增壓器的複雜機構也是成本缺點。之後,隨著大眾汽車技術的演進,僅配備渦輪增壓器的TSI發動機將成為主流。

渦輪增壓引擎的開發者

Golf GT TSI 1。4 升直噴渦輪增壓發動機

“輕裝”上陣

自 TSI 發動機推出後的近十年中,大眾汽車一直積極推動發動機的小型化。截至2018年,從排量最小的到TSI發動機,Polo(2018-)1升3缸、1。2升4缸、1。4升4缸、高爾夫1。8等。 高爾夫GTI安裝的有升4缸、2。0升4缸等。

然而,縮小規模的過程似乎已經結束。2017年,大眾釋出了新一代1。5升4缸發動機“1。5 TSI Evo”,並與奧迪和保時捷共同推出“輕量化”新概念。不是簡單地減少排量,這意味著選擇最佳排量以實現動力和燃油效率。這些新進展的背景是,隨著世界各地的燃油效率法規越來越嚴格,需要在接近實際駕駛的“WLTP”燃油效率測試模式下實現出色的實用燃油效率。

渦輪增壓引擎的開發者

採用 TSI 發動機和電氣化技術的高爾夫 GTE(2017)

未來,大眾還將繼續研發插電式混合動力汽車和純EV(電動汽車)的數量。然而,預計TSI發動機將繼續在動力單元中發揮核心作用,直到實現驅動電池的顯著效能提升和成本降低。

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