VGT+米勒?大众1.5TSI的高光点在哪儿?

  • 发表于: 2016/05/19 09:49:00 来源:车云网

大众将用新的1.5TSI取代现有的1.4TSI,新机型上将引入VGT和米勒循环进行组合,VGT、米勒又能擦出什么火花?

大众将用新的1.5TSI取代现有的1.4TSI已并非秘密。作为大众的新一代机型,而且属于模块化理念下的产物,这款发动机却没能在数据上给我们带来任何惊喜——低功率版131马力,高功率版150马力,与当下EA211的1.4TSI低功率版(230TSI)和高功率版(280TSI)几乎一样,并且已公布的低功率版200牛·米的扭矩比1.4TSI还低了25牛·米。

排量更大、款式更新但性能更弱,这似乎不合常理。然而一直自诩技术控的大众当然不会就此让人失望,它在这款新机型上的确引入了一个新思路——用VGT和米勒循环进行组合。VGT、米勒,什么鬼,它们之间又能擦出怎样的火花呢?

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VGT并非新发明,但在同类机型里的确是第一次

特别关注涡轮增压技术发展的人应该都知道VGT,它是Variable geometry turbocharger的缩写,直译过来就是可变截面涡轮增压。这种技术在柴油发动机里并不少见,不过在汽油机里,之前只有保时捷在应用。保时捷的独门绝技?如此“高大上”的东西用在1.5TSI上,大众果然够“偏执”。那么现在问题来了:这东西要这么牛的话,这款1.5TSI怎么升功率还不如1.4TSI呢?

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VGT的本质是用以缓解涡轮迟滞的。我们知道,涡轮迟滞一直存在,并且在相当长的时间内曾经是阻碍涡轮增压发动机普及最主要的原因。当下的普及型涡轮增压发动机之所以迟滞小,一个重要的解决方案就是采用了小惯量涡轮。这种做法固然有利于缓解迟滞,但同时也不利于功率的提升。换句话说,时至今日,涡轮增压发动机的迟滞和功率之间仍然存在矛盾。VGT其实就是用来解决这个矛盾的。

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VGT由于有了可变截面的机构,在低速时可以通过较小的截面来提升排气流速,从而达到缓解迟滞的目的。如此,较大尺寸的增压器就可以被应用。然后在高速时,采用较大的截面,从而获得大功率。保时捷之所以如此,目的就是为了达到它的高性能,又不至于低速时迟滞得厉害。

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貌似很有道理,但仍然未能解答问题:既然现有的涡轮增压技术已经可以缓解迟滞,那么采用VGT的目的就是在保证迟滞增加的情况下获得更大的功率。那这个1.5TSI这么小的功率是闹哪样?

这个问题咱们暂时先放一下,先来看看这台发动机的另一个重要技术点:米勒循环。

如何在常规动力上利用米勒循环的高效,这对于应对“2020”是个重要课题

米勒循环同样不新鲜,它与我们更常听说的阿特金森循环其实是一回事。从原理来说,这种循环相比奥托循环的一个最重要的区别在于膨胀比大于压缩比。常规的奥托循环,做功行程活塞到达下止点时,燃烧后的混合气“劲儿还没使完”就进入排气行程了,能量就此白白浪费。米勒循环由于拥有更大膨胀比,意味着此时活塞可以继续向下运行,从而更充分地利用做功行程所产生的能量,燃效自然也就更高。

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尽管如此,米勒循环却一直没法普及,主要原因有二。一个是升功率小,另一个是低速特性差。在现有的发动机结构基础上,要想达到米勒循环,扩大膨胀比是没戏的,只能是减少“实际压缩比”(以达到膨胀比大于压缩比的目的)。何谓实际压缩比?其实就是在压缩行程开始后进气门仍然保持开启状态,将已经进入汽缸的空气再排出去一部分,然后再关闭进气门。如此,最终实际参与压缩的混合气体积是要比气缸容量小的,由此形成的“实际压缩比”自然也要小于“设计压缩比”。具体到大众的这台1.5TSI,它的压缩比高达12.5,这对于米勒循环而言其实只相当于膨胀比,而实际的压缩比则要小于这个数值(或许就与目前1.4TSI的10差不多)。

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不光是压缩比,再仔细想想会发现,米勒循环下发动机的实际排量也变小了,直接导致的结果就是功率变小。这还不是最主要的。更为主要的,是米勒循环的低速特性不好,会影响到日常驾驶体验。因此过去这种结构只会在混动动力总成上出现(通过电机来弥补其缺陷)。

然而米勒循环的高效还是很诱人的。尤其是面对欧洲2020排放法规的严苛要求,发动机设计师几乎要极尽可能利用所有能提升效率的东西。如今有个现成的米勒循环摆在面前不用,实在是可惜。于是,大量工程师在这方面开动脑筋。

例如丰田已经想到了VVT-iw,它可以在某种工况下切换成阿特金森/米勒循环。然而这仍不够彻底,因为大多数情况下这款发动机还是采用的奥托循环,这对于能效的提升仍然有限。那么,如何才能让真正让一台常规动力车型充分(任何工况下均可)获得米勒循环的高效呢?大众给出的方案就是VGT。

车云小结:采用VGT是为了配合米勒循环,核心诉求还是为了燃效

上面如此大篇幅的单独说两个技术点,目的就是为了到这里的汇总。事实上你或许已经从这字里行间看到了二者结合的基础。没错,VGT的最大魅力在于缓解迟滞和提升功率,这恰恰是米勒循环的短板。而涡轮增压技术特有的低速峰值扭矩特性,也有利于进一步缓解米勒循环低速特性不好的问题。如此一来,这台采用米勒循环的1.5T发动机没有了低速弱的问题,相反它的峰值扭矩在1300转即可达到(优于1.4TSI的1500转)。至于功率,看了上面的原理我们知道,这台1.5TSI的实际排量其实没有1.5L,那么它的的功率也就变得正常了。

当然,实现这一点并非如此简单,否则早就有人这么弄了。为了将米勒的问题解决,以及让它更好的与VGT融合,大众想了很多的招,例如进气道与燃烧室的结构调整,改善进气导流和缸内滚流等等。这些大家具体细节并非本文重点,感兴趣的可以寻求度娘帮助,车云菌就不赘述了。总之最终结果,是让这款发动机的最高热效率点达到了37.5%。

更关键的地方在于,大众的这种首创会有一定启示作用。或许过不了多久,“VGT+米勒”的组合又会在发动机圈子里逐步普及了……

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