大众1.4TSI拆解之冷却增压篇

文章要点：1.4TSI独立水循环系统可为增压空气进行冷却，可在熄火后继续为涡轮提供冷却1.4TSI的涡轮增压器采用集成式设计，更加可靠；小尺寸叶片启动转速低，延迟小网友疑问解答：1.4TSI无须怠速熄火/涡轮增压器不会产生额外保养费用“1.4TSI+7速DSG”，一汽-大众这套被形容为“黄金”的动力总成，在国内车市一度掀起了消费者对小排量增压发动机和双离合变速器的热潮，众多厂商也纷纷效仿一汽-大众推出了自己的增压动力和双离合变速器。但作为这项技术在国内引领者的一汽-大众，似乎只是一直在被追赶，却从未被超越。继不久前拆解了日产世界著名发动机VQ35后，近日车168的编辑来到了一汽-大众长春的发动机制造厂，对一汽-大众的“黄金动力”——1.4TSI发动机进行了彻底的拆解和研究。我们将按照拆解顺序，根据这台发动机的特点和大量网友们对它的疑问，分三篇为大家带来全面详尽且深入浅出的解读。下面，我们就先一起来看看这台“传说中”的小排量增压发动机，围绕着字母“T（涡轮增压）”究竟都有何过人之处吧。进气冷却系统拆解刚刚走下生产线的EA111系列1.4TSI发动机我们本次拆解的这台1.4TSI是一台刚刚从一汽-大众的生产线上下线的全新发动机，在对这台发动机进行上台架等固定工序后，我们的拆解也正式开始。首先将进行拆解的部分是这台发动机的独立循环冷却系统。冷却系统示意图，彩色为独立的进气和涡轮循环冷却系统，灰色为发动机内的循环冷却系统（蓝色为低温冷却液，红色为高温冷却液）这款1.4TSI发动机一大特色就是采用了两套独立的冷却系统：一套主要用于发动机自身冷却的发动机冷却系统，这套系统中的水泵通过皮带和曲轴相连接，直接靠发动机动力实现冷却液的循环，也可称为主循环；另一套冷却系统主要用于涡轮增压器和增压空气的冷却，是通过电动冷却液循环泵驱动冷却液实现的独立循环系统，也可称为副循环。副循环中冷却液循环泵位置示意图1.4TSI发动机上的双循环冷却系统也是大众首次采用的发动机冷却方式。其中独立的冷却液循环泵主要用于给增压系统冷却，包括两个循环通道：一个经过涡轮增压器，为涡轮系统冷却；另一个流经进气歧管内的气液热交换器（冷却器），为增压空气进行冷却。两套独立冷却系统实现了缸盖和缸体温度的不同，在不同工况下可以根据需要分别对不同的部分进行冷却。下面我们就先对外部的独立循环冷却系统进行拆解。独立的冷却液循环泵由电机带动的冷却液循环泵通过电机带动的冷却液循环泵是大众这款EA111系列1.4TSI发动机的一大特色，这个泵通过螺栓固定在缸体上，安装在进气歧管下面，是独立冷却系统的核心部分。它根据负荷来操作控制，将冷却液通过前端的泵口从附加散热器中吸出，泵入进气歧管内的冷却器和另一侧的涡轮增压器。拆卸下来的冷却液循环泵这套冷却液循环泵会在不同发动机工况下，由行车电脑控制进行智能的工作，它在下面几种情况下会被开启：1、每次发动机启动后的短时间内2、输出扭矩持续在100Nm以上的时候3、进气歧管内增压空气温度持续超过50°C4、两个增压空气温度传感器（分别位于进气歧管的冷却器前后）之间的温差小于8°C5、发动机每工作120s，其工作10s，避免涡轮增压器产生热量积聚6、关闭发动机后，根据迈普图*决定从0至480s之间的工作时间，避免涡轮增压器过热而产生故障（*迈普图存于电脑程序中，是根据发动机的进气温度、压力和其他工况来确定循环泵工作延时的一个三维函数）独立循环中循环水的两个回路：冷却器（左）和涡轮增压器（右）采用独立电机带动水泵的冷却系统优势显而易见，由于并不直接通过曲轴的动力进行工作，发动机在长时间高速行驶后，车主如果直接熄火，这套独立的冷却液循环泵仍会会自动继续工作一段时间，消除了涡轮增压器因过热产生的故障隐患。另外，在发动机没有大负荷运作时，这套系统也会根据情况停止工作，达到节能的目的。用于增压空气水冷的冷却器独立循环中，冷却液经循环泵流过位于进气歧管内的冷却器，这个冷却器的作用是为增压后的空气进行散热，这也是这台1.4TSI发动机的特别设计之一。冷却器和增压空气通道结构解剖图我们知道，气体在被压缩的时候温度会上升，比如打气筒在打气的时候底部会发热。经过涡轮增压器的空气与之类似，气体受到压缩，再加上经过高温涡轮时的部分热传导作用，增压后的空气温度会很高。高温气体由于受热而膨胀，因此有必要对增压后的空气进行冷却，以提高单位体积空气中的氧气“浓度”，进而提高燃烧效率。拆卸下来的冷却器虽然水冷是十分理想的散热的方式，但并没有在增压空气冷却中得到非常广泛采用，因为这种结构不但对密封性要求较高，还需要增加特别设计的循环水冷却系统，对成本和技术都有要求，因此很多厂商的发动机通过机舱前的中冷器进行风冷，其弊端是增加了更大的体积和重量。而EA111的1.4TSI发动机通过上面提到的独立电机冷却液循环泵和冷却器的精巧设计，较为理想的解决了这一问题。冷却器的工作原理（实现为增压空气，虚线为冷却液；红色代表较高温度，蓝色代表较低温度）为压缩空气进行冷却的冷却器由许多铝叶片组成，在里面有冷却液流过的管路。热空气流过铝制叶片，将热量传导给在内部循环的冷却液，然后冷却液再被泵入车辆进气口前端的散热器来冷却。在经过冷却后的增压空气，压力值在最高可达1.8bar的条件下，气体温度仅比自然吸气发动机的进气温度高20-25°C，冷却效果非常好。虽然原理看似简单，但由于冷却器联通着进气歧管，是增压空气的必经之路，所以对密封性能要求较高。大众这款1.4TSI发动机的冷却器采用了波兰制造的进口件，在冷却器的后部有一个密封条，这个密封条保证冷却器和进气歧管之间的密封，同时为冷却器提供支撑；同样在冷却器和进气歧管的接合部分也有类似的密封条，再通过6个螺栓将冷却器固定镶嵌在进气歧管内，达到了很好的密封效果。这套水冷式压缩空气冷却器相对于其他散热方式的优点在于：1、占用的体积更小；2、水冷的效果要比空冷更好；3、相对独立的冷却液循环系统在温度传感器的监控下工作，冷却液循环泵可以通过需要进行合理的控制。——————————————————————————————————————————你所不知道的TSI——螺丝不同的拧紧值与拆装顺序排气歧管与缸体相连的每个螺栓上紧时需要的扭矩值都会不同，而这些扭矩值都是提前由设计师设定好的我们知道，精密设备在安装过程中的一大工艺就是螺栓的紧固。1.4TSI发动机上的几乎每一颗螺栓都有其固定的拧紧值，这些数据在每一个机械自动上紧的过程中，也会跟随相应的发动机以及车辆在数据库中保存多年时间，以备将来在可能出现问题或维修时调取生产资料。冷却器上螺栓的拆卸顺序是先两边，再中间，装配的顺序是先中间，再两边同时细心的读者也可以通过图片观察到，我们在拆装螺栓时都会遵循一定的顺序，这是为了能够使零件均匀受力，以保证更好的密封效果。具体的拆卸顺序常为先两边，再中间的方式；安装螺栓时，要先将每一个螺栓预拧紧（不拧死），再按先中间再两边的方式紧固。涡轮增压器冷却回路通常的涡轮增压发动机，会要求车主在长时间高速行驶后不要立即熄火，而是让发动机怠速运转一段时间。因为立即熄火，冷却液循环也随之停止，冷却液气化，腐蚀涡轮增压器；机油遇到高温也会变质，失去润滑作用，使得涡轮增压器损坏。1.4TSI冷却液回路前文我们曾做过介绍，EA111的1.4TSI涡轮增压发动机依靠独立的冷却液循环泵，可以在引擎关闭的情况下继续工作最多8分钟，虽然此时机油的循环停止，但通过涡轮增压器冷却回路依然可以为涡轮进行散热，省去了车主的麻烦，也在另一方面节省了怠速时无谓的燃油消耗，更加节能环保。组装后的各循环管路冷却液循环泵除了给增压空气散热外，还有一条冷却液循环回路提供给涡轮增压器辅助散热。说它是辅助散热，因为发动机在运转的时候，涡轮增压器主要是靠机油进行冷却的，冷却液只在必要的时候才被泵到涡轮增压器。——————————————————————————————————————————网友提问：用1.4TSI发动机的车型，可以在长时间高速驾驶后立即熄火吗？通常我们长时间驾驶涡轮增压车型在，停车后都会怠速一段时间再熄火，这是为了让发动机涡轮处的机油再循环一会儿，等涡轮转速和温度都缓慢下降后再关闭发动机。因为连接涡轮和叶轮的转子是浸在机油中进行高速旋转工作的，需要循环的机油对其进行润滑并带走大部分热量。涡轮工作时的每分钟转速高达十几万转，如果此时立即熄火而切断了机油的循环，涡轮仍有可能因瞬时积累的高温和润滑不良而降低其寿命。虽然大众1.4TSI采用的独立冷却液循环一定程度上降低了这种情况的发生，但我们仍推荐大部分使用涡轮增压动力车型的车主，在极端的驾驶后再怠速一小段时间，让涡轮能够得到更加好的散热和润滑效果。——————————————————————————————————————————进气歧管（左）和节流阀体（右，即节气门）在对冷却系统进行拆解后，我们便将与之相连的进气歧管、节流阀体（节气门）等部件拆除。随后，我们开始了这台发动机最为重要的部件——涡轮增压器的拆解。涡轮增压系统一汽-大众的EA111系列1.4TSI发动机的一大核心技术就是采用了涡轮增压系统，和大多数涡轮增压发动机类似，这套增压系统采用了废气涡轮的单增压方式，其原理就如同两个连接起来的风车，高温高速流出的废气吹动一侧的涡轮叶片转动，通过连接轴再将进气口一侧的叶轮叶片转动，以达到鼓入更多空气，提高燃烧效率的目的。1.4TSI上的涡轮增压系统这款1.4TSI的涡轮设计经过了多项优化改进，以达到轻量化和快速响应等目的，下面我们就其工作原理来进行详细说明。同排气管集成式设计的增压器涡轮增压器解剖图涡轮增压器结构示意图通过拆解图我们可以看到，这款发动机的涡轮增压器和排气管采用了集成式的设计，这样做的最大好处就是省去了多余零件的体积和重量，而更少的零件也使得这套系统故障率更低，更稳定可靠。同时据介绍，1.4TSI这款发动机的涡轮增压器是免维护的，不存在涡轮增压器的保养成本高的问题，而且这套系统和发动机的寿命相同，也不需要按照里程进行更换。更小的涡轮叶片和叶轮叶片直径设计我们知道，涡轮增压系统一直都会存在一个迟滞的现象，因为由废气带动的涡轮需要发动机在特定的排气量下才能被“吹”动旋转，达到最佳的工作状态，这个状态一般都需要发动机进入较高的转速才能实现。废气一端的涡轮（左）和进气一端的叶轮（右）EA111的1.4TSI发动机的涡轮叶片和叶轮叶片采用了小尺寸设计，其直径分别仅有37mm和41mm，这样涡轮的转动惯量很小，废气更容易带动涡轮做高速旋转，因此其在最佳工作状态时需要的发动机转速也就更低，有效的达到缓解涡轮迟滞的效果。国内1.4TSI发动机输出曲线当然，小涡轮提供的进气增压值相对大尺寸涡轮会比较小，这套系统的最大增压压力为1.8bar，不过作为家用车辆上的涡轮增压器，已经可以满足提高燃烧效率、增加动力的需要，更重要的是，在其较低的响应转速更加适合国内的路况。从实际表现看，这款发动机在1750转时起就可以输出220Nm的最大扭矩，在1250转时就能够达到180Nm的扭矩输出。据介绍，这款增压系统在1000转左右时就已启动并且介入工作，作为家用这套涡轮已经达到了比较好的效果。——————————————————————————————————————————你所不知道的TSI——峰值扭矩220Nm可在1750-3500rpm大范围转速区间恒定输出的原因在1750-3500rpm的灰色区间内，大众1.4T发动机都可以输出恒定的220Nm峰值扭矩在涡轮增压发动机上，我们经常会发现发动机的最大扭矩输出会在一个范围内保持恒定，例如在这台1.4TSI发动机上，峰值扭矩220Nm可在1750-3500rpm大范围转速区间恒定输出，这是因为由废气带动的涡轮处设置了旁通阀（即泄压阀），在废气压力超过压力单元设定的值后，阀会被打开，过多的废气就会绕过涡轮叶片被排出，保证涡轮在一个较为固定的转速下工作，这样涡轮增压器提供的进气压力值也会相对固定，因而才产生了特定转速下峰值扭矩输出的“平台效应