大众全新1.5T发动机解析!到底比1.4T强在哪?
自2005年大众正式推出1.4T(EA111)发动机后,他们的小排量增压时代就全面开启了。尽管这台1.4T发动机在2012年曾经更新为EA211,但除了缸体材质的改变外,其实并没有太大差别。15年后,随着第8代高尔夫和全新一代奥迪A3的陆续发布,他们所搭载的1.5T EA211evo发动机也将正式接过前辈的衣钵,成为大众集团小排量增压的当红炸子鸡!
作为未来大众集团最主力的小排量增压发动机,除了高尔夫8和A3以外,速腾、帕萨特、迈腾、途观,奥迪A4、Q3以及斯柯达的部分车型都会陆续换装这台代号EA211evo的1.5T发动机。从发动机代号也能看出,这台1.5T发动机就是现款1.4T的“evolution版”,也就是进化版本。
在结构方面,全新的1.5T发动机依然采用直列四缸布局,并且气缸间距以及缸径与1.4T发动机保持一致,只是冲程从80mm增加到了85.9mm,发动机的排量也因此从原先的1395ml提升到了1498ml。此外,全新的1.5T发动机同样拥有低功率和高功率版本,最大马力分别为131匹和150匹,与现款1.4T保持不变,这就说明这一代发动机升级的目标不是为了提升性能。
既然新的发动机性能没增长,那是为了什么换代呢?
答案只有两个字:法规。为了应对全球范围内越来越严格的排放和油耗法规,大众现有的1.4T发动机已经显露疲态,于是,EA211evo诞生了。
那EA211evo究竟使用了哪些技术来提升发动机的排放和燃油经济性呢?接下来我们就逐一聊聊。
由于性能和经济性的原因,大众针对全新的1.5T发动机推出了高、低功率版本,并且针对这两种功率应用了不同的技术,我们先来说说低功率版1.5T都使用了哪些技术。
众所周知,传统的发动机采用的是奥托循环,也就是发动机内部的压缩比=膨胀比。但是按照热力学的原理,如果发动机内部的膨胀比能够大于它的压缩比,发动机的燃烧效率就会增加,理论上就更省油。
于是大众在低功率的EA211evo上加入了米勒循环,通过低升程进气凸轮轴降低发动机进气门的开启时间,在进气冲程过程中提前关闭进气门,让少量的空气膨胀成更多体积,进而提升了发动机的膨胀比。
简单来说,低功率1.5T发动机的结构压缩比为12.5:1,但是每次进气只吸入10.5份空气就提前关闭了进气门,然后只压缩这10.5份空气。在火花塞点燃以后,这10.5份空气膨胀为12.5份,因此这台发动机的实际压缩比只有10.5,但是膨胀比达到了12.5,热效率也就因此提升了。
当然啦,米勒循环的劣势在于它只能应对低负载工况,不擅长高动力输出,于是这台低功率的1.5T发动机依然保留了传统的奥托循环工况,在发动机高负载时可以通过VVT可变气门正时技术在0.25秒实现进气门开闭时间的调整。因此这台发动机是有两种循环工况的,也就是俗称的“双循环发动机”,这也是老款1.4T发动机所不具备的。同时,得益于双循环技术的加入,这台低功率的1.5T发动机的理论热效率也达到了37.5%以上,与本田1.5T的38%只有一步之遥。
其实双循环技术也不能说多么先进,毕竟早在2011年马自达就在创驰蓝天发动机上搭载了这项技术了,此后丰田的6AR、A25A发动机也使用了这项技术。同时,大众也在EA888 Gen3b上应用过双循环技术,这款发动机搭载于目前在售的大众途观L、斯柯达速派等大众系2.0T低功率版(330TSI)车型上。
至于为什么大众只在低功率版本上使用米勒循环,主要还是因为米勒循环特殊的做功方式与高功率输出相违背,很难满足高功率发动机对于性能的需求。因此高功率的EA211evo发动机依旧保持了10.5:1的压缩比设定,并且采用传统的奥托循环。
除了米勒循环技术外,大众还为低功率的EA211evo配上了VTG可变截面涡轮技术,这项技术主要是为了弥补米勒循环低转速扭矩不足的问题。通过电控系统调整涡轮增压器叶片角度,进而调整了涡轮增压器的管径,从而提升增压器的响应速度,降低涡轮迟滞,达到提升低扭的目的。
按照官方的参数,这台低功率1.5T发动机的涡轮响应速度比老款1.4T发动机提升了35%,并且从1400转开始就能输出200N·m的最大扭矩,完美地补足了米勒循环低扭不足的情况。
至于为什么大众不给1.5T高功率版本使用VTG可变截面涡轮呢?主要是因为这套电控系统最大承受的排气温度仅为880度,由于高功率版本的排气温度高于880度,所以这套VTG可变截面涡轮只能应用在低功率版本上。不过大众目前也在跟博世、马勒、博格华纳等供应商联合研发可以承受更高温度的VTG涡轮,未来也将普及在高功率版本上。
说完低功率版本专属的米勒循环和VTG可变截面涡轮,我们再来聊聊1.5T高功率版本的专属技术。
在低功率版本上,发动机依然使用了传统的铸铁缸套,虽然成本低、维护方便,但是对于发动机的重量和内部摩擦都不具备太多优势。于是大众为高功率版的1.5T发动机应用了全新的APS(atmospheric plasma spray大气等离子喷涂)涂层工艺,在缸孔表面形成一层只有大约0.3mm的铁合金涂层来代替原来的铁缸套。这样可以减轻重量,降低活塞环的摩擦和磨损,同时增加了散热,减少了爆震倾向,提高了对全球不同地区油品的适应性。
其实这是一个非常巧妙的思路,低功率版拥有米勒循环保证油耗,使用VTG保证动力输出,而高功率版则使用APS涂层保证发动机的效率,虽然技术路径不同,但是实现的目标却是相同的,都是在保证性能的同时最大程度降低油耗。至于为什么大众不给低功率版本使用APS技术,主要就是成本问题了,因为米勒循环+VTG已经很贵了!
说完高、低功率版的专属技术,我们再聊聊EA211evo系列相比老款的1.4T还有哪些技术提升,这些技术也都是为了提升效率、降低油耗在做努力。
全新的EA211evo系列引入了目前最新的350bar燃油直喷技术,在一个发动机循环内可以实现连续5次喷油,相比老款1.4T发动机的200bar喷油能够带来更好的雾化效果,让油气和空气混合的更加充分,降低油耗的同时还能减少污染物排放。
支持闭缸技术的发动机其实非常多,目前海外版的1.4T发动机也有这项技术,只是国产版阉割掉了而已。这项技术实现的方式也很好理解,就是在2、3号气缸的进排气凸轮轴上,加入了一组可以滑动的凸轮,在发动机低负载时能够让2、3号气缸的进排气门全部关闭,同时喷油系统和火花塞也不再工作,实现1、4号气缸的双缸模式。
据官方表示,ACT闭缸技术能够为发动机降低0.4L/100km的油耗,并且这项技术在全新的1.5T发动机上是标配,希望未来国产版的发动机不会再阉割这项技术!
相比1.4T发动机纯机械结构的节温器冷却系统,全新的1.5T发动机使用了由ECU电控单元MAP控制的冷却模块,可以通过ECU控制旋转阀的角度来分开控制缸体和缸盖水套的冷却,从而加快暖机,降低油耗和排放。
这样做的好处是在低负荷的时候保持较高的水温,从而减少传热损失,提高热效率。在高负荷时保持相对低一些的水温,抑制爆震,提升性能。
通过以上分析我们可以看出,大众为了应对全球范围内的油耗和排放法规针对EA211evo发动机做了很多改进升级,这波“应试”做的相当到位。
但是大众自己心里也非常清楚,EA211evo终归只是EA211的升级产品,而不是彻底的技术换代,因为我们没在EA211evo上看到刚刚兴起的ISG电机,即使是拥有48V轻混系统的版本也是比较老旧的BSG皮带电机,说明大众对于这台小排量当家花旦还有一定的技术保留。
就像当时奔驰M274到M264的变化一样,EA211evo之于EA211,更像是一次“中期改款”,因此我也更加期待大众未来会推出真正具有技术革命意义的EA311(也许叫这个)发动机。不出意外的话,未来国产的全新一代A3和第8代高尔夫都将搭载这台全新的1.5T发动机,具体的动力以及油耗表现还要等未来的试驾体验了!
你觉得大众的发动机技术先进吗?
带"T"车型动力好又省油,本田和大众的涡轮到底谁更好?
在涡轮发动机流行之前,1.6L的自然吸气发动机是家用轿车中最常见的排量,这的确是情理之中的,毕竟在以前那个技术水平,1.6L排量的发动机已经能够最好地兼顾动力和燃油经济性的动力源。如果排量大了,油耗太高;排量小了,动力又不够用,所以当时1.6L发动机是刚刚好的。
然而时间会更替,技术会发展,“家用车黄金排量”已经从以往的1.6L,变成了现在的1.4T/1.5T。一来是因为排放税政策,在引导着车企研发排量不会特别高的车。二来,技术因素的约制,简单地说,就是没办法用1.2T、1.0T等更低排量的发动机来达到理想的动力。最后一点,策略的问题,因为1.4T/1.5T发动机的“兼容性”很好,如本田和通用的1.5T发动机,既能让紧凑型车使用,又能让中型车使用,虽然不同车型还是要独立调校,但整体的成本其实已经降低了,更有利于车企的发展。
在一众小排量涡轮增压发动机阵营里面,又数大众和本田的最有代表性,所以今天就和大家看看这两大品牌的1.4T/1.5T发动机各有什么谈资。
大众
大众目前国内在售车型还未有1.5T发动机(海外新款高尔夫以及T-ROC均搭载最新的1.5T发动机),但在国内深耕多年的1.4T发动机却为大众打下了大片江山,上至帕萨特、下至POLO均没放过。大众的EA211 1.4T发动机上的技术点不少,如缸内直喷、可变排量机油泵、进排气双VVT等在它刚刚面世的年代,也算是家用车里面比较先进的技术。
而实际上这颗发动机在动力和油耗的表现也算是可圈可点,以1.4T的高功率版本为例,第七代高尔夫1.4T高功率的百公里加速只需要8.2秒,百公里油耗也仅为7.59升,动力油耗两项指标在同级别里面都可以称得上优秀。
图为新款高尔夫,即将在国内上市
但再深一层的去探讨一下,其实这款发动机更大的意义,是作为大众模块化生产的重要一环。缸盖集成排气歧管,是通过集成的方式来缩小发动机的体积;铝合金缸体,直接减少了重量;发动机正置布局(进气侧在前方,排气侧在后方,与旧款发动机EA111的相反),减少占用发动机舱的空间。最后效果是,EA211的1.4T发动机既能搭载在前置布局的MQB平台,又能搭载在中置布局的MMB平台,虽然这个平台的车型少之又少,但也充分展示了这款发动机超强的适应性。
大众这款发动机在性能上并不见得比同级别对手强悍(福特和本田的1.5T性能更变态),但它从研发之初就考虑到了整个模块化生产的需求,这样做无疑能够更好地控制成本,从而把更多的资源用来提升车子的底盘、内饰的质感。所以为何高尔夫在欧洲卖得好、朗逸在中国卖得好,其实从一颗发动机上就可以看出端倪。
本田
正如“大后超,能把妹”一样,自吸VTEC也一直是本田粉的信仰所在,然而,思域、杰德等涡轮本田车的出现则打破了原有的这片宁静。事实上并没有多少人担心过这副1.5T发动机的性能,就思域上的L15B8而言,8秒内破百,日常开百公里7.6L左右的油耗,就家用车来说已经很难挑剔。所以信仰党的心结就在于:多了涡轮,少了VTEC。
然而熟悉本田的粉丝应该知道,当年本田在F1赛场上扬名天下,靠的恰恰就是他们家的1.5T涡轮增压发动机。1964年首次参赛铩羽而归、旋即1965年在墨西哥站登顶、1968年发生意外后暂别赛场。复出之时已是80年代,到1988年达到巅峰,迈凯伦车队的两位车手塞纳河普罗斯特拿到了全年16个分站的15个冠军,而该车队使用的发动机正式本田的RA168E,以至于第二年F1全面封杀涡轮增压引擎......
无论是RA163E还是RA167E,都是本田在F1赛场上的经典发动机,而他们有一个共通点--同为1.5T发动机。当然,F1上的1.5T和民用的1.5T并没有什么关系,只是同样体现了本田对技术的钻研、对赛车运动的热爱。
哪个厂商不想把最好的、最多人喜欢的技术堆叠在一起然后拿去卖?但如果真的这样做,你就看不到这个如此亲民的本田了,厂商的格局和眼光远比我们大:排放法规的限制、发动机在不同车子上的兼容性等等,都是在研发时要考虑的问题。无须纠结1.5T够不够本田,开起来够快就是本田了。
教授总结
除了大众和本田,合资的通用、国产的哈弗、江淮、传祺等都有自己的1.5T发动机,相信在新能源汽车的普及程度有限的这个过渡期内,1.5T的轿车和SUV依然是市场的主流,且看谁家能在这个排量上做出更好的产品吧。
涡轮增压引擎的开发者"大众",打造的TSI发动机到底有多厉害
当前大众汽车的等级名称中的字母“TSI”。这意味着该模型是配备 TSI 发动机的汽车。那么TSI是一款什么样的发动机呢?
不改变排量提高汽车燃油效率的方法有很多种,比如减轻车身重量,减少空气阻力和滚动阻力,但是发动机本身能做什么呢?提高热效率和降低摩擦阻力是标准的,但最简单的是“减少排量”。这不仅减少了汽油消耗,而且还使发动机更小、更轻。但是,不言而喻,仅此一项就会降低功率。汽车是用来开车的,所以如果体验不好,你就会失去大家的吸引力。
因此,许多发动机制造商从发动机的早期就将注意力集中在能够在相同排量下产生大量动力的“增压器”。增压器是一种将空气强行送入发动机的装置,其中,靠废气的压力使涡轮旋转的称为“涡轮增压器”,而利用涡轮的动力使压气机(压缩机)旋转的称为“涡轮增压器”。这两项技术最初都是在空气稀薄的超高空飞行的飞机领域开发的。
所谓“自然吸气”自然进入气缸的空气和氧气量,除各种设计措施外,大致由排量和发动机转速决定。但是,如果用增压器施加压力来推动空气(氧气)两次,理论上相当于排量加倍,而且即使发送更多的汽油,它也会燃烧爆炸。通过这种方式,早期的涡轮增压器专门用于获得更大的动力。
带增压器的发动机面临的挑战因此,被称为“直喷”的技术引起了人们的关注。直喷是“缸内直喷”的缩写,这里的“气缸”就是发动机的气缸。换句话说,它是一种在气缸中使用称为喷射器的电子控制喷嘴直接和高精度喷射燃料的方法。
在直喷的情况下,汽油直接喷射到气缸中,因此燃料汽化时的冷却效果可以有效抑制异常燃烧。因此,即使是涡轮发动机,通过将压缩比提高到与传统自然吸气发动机相同的水平,也可以在低转速范围内提高扭矩和热效率。直喷涡轮增压技术是在以柴油为燃料的柴油发动机上开发并投入实际应用的,很早就由大众以“TDI”(Turbocharged Direct Injection)商标开发。
听了这么多似乎涡轮增压器都不错,但也有一些挑战。最困难的问题之一是“异常燃烧”(爆震)。这是一种在发动机中被压缩的空气燃料混合物导致异常燃烧,产生异常噪音(爆震音),最坏的情况下会损坏发动机的现象,这种现象不仅发生在涡轮发动机中,而且也会发生在自然吸气发动机中。
过去,涡轮发动机实际上设计的压缩比相当低,因为降低压缩比可以防止爆震。但是,如果这样做,发动机本身的性能就会下降,尤其是涡轮发动机,当排气压力低时,在低转速下无法充分推入空气,因此称为涡轮迟滞的响应延迟可能发生。另外,通过加浓混合气,可以防止因汽油汽化热的冷却作用而引起的异常燃烧,但这会降低燃油效率,并且难以清洁废气。
引入直喷涡轮发动机不是直接喷射的方法称为“进气道喷射”,与化油器时代一样,通过在气缸前方的进气口部分布置喷油器来喷射燃料。时至今日,很多汽车仍然采用进气道喷射,主要是自然吸气发动机,像大众集团的1.8/2.0升发动机(EA888型)和丰田的“D-4S”发动机,采用进气道喷射。也有发动机也使用直接注入。
搭载2.0升直喷涡轮增压发动机的2005年登场的Golf GTI
Golf 5 GTI (2005) 2.0升直喷涡轮增压发动机“T-FSI”。当时还没有使用TSI这个名字。
“降低排量”的想法大众的直喷涡轮增压发动机最早出现在第5代高尔夫“GTX”(2004年)和“GTI”(2005年)中,名字叫“T-FSI”。简单来说就是“带涡轮增压器的直喷系统”,但与传统的直喷涡轮发动机不同的是,它配备了涡轮增压器,减少了排气量以提高燃油效率。
Golf GT TSI 于 2006 年在欧洲发布
第一款被命名为“TSI”的车型是“Golf GT TSI”,它是在第 5 代 Golf 中间添加的。搭载涡轮增压器和机械增压器的1.4升直喷发动机。以增压器补充涡轮增压器不擅长的低速范围的概念,在1.4升小排量的同时,兼具接近2.0升直喷涡轮增压高尔夫GTI的动力性能和出色的燃油效率。 可以说是配备了双增压器的豪华发动机。此后,该发动机安装在后续的高尔夫 6、Sirocco、Golf Touran 和 Sharan 上。就是这款发动机为高尔夫奠定了未来的道路。
然而,增压器的缺点是会产生压缩机驱动阻力,安装双增压器的复杂机构也是成本缺点。之后,随着大众汽车技术的演进,仅配备涡轮增压器的TSI发动机将成为主流。
Golf GT TSI 1.4 升直喷涡轮增压发动机
“轻装”上阵自 TSI 发动机推出后的近十年中,大众汽车一直积极推动发动机的小型化。截至2018年,从排量最小的到TSI发动机,Polo(2018-)1升3缸、1.2升4缸、1.4升4缸、高尔夫1.8等. 高尔夫GTI安装的有升4缸、2.0升4缸等。
然而,缩小规模的过程似乎已经结束。2017年,大众发布了新一代1.5升4缸发动机“1.5 TSI Evo”,并与奥迪和保时捷共同推出“轻量化”新概念。不是简单地减少排量,这意味着选择最佳排量以实现动力和燃油效率。这些新进展的背景是,随着世界各地的燃油效率法规越来越严格,需要在接近实际驾驶的“WLTP”燃油效率测试模式下实现出色的实用燃油效率。
采用 TSI 发动机和电气化技术的高尔夫 GTE(2017)
未来,大众还将继续研发插电式混合动力汽车和纯EV(电动汽车)的数量。然而,预计TSI发动机将继续在动力单元中发挥核心作用,直到实现驱动电池的显着性能提升和成本降低。