大众途观拆解调研:1.4L TSI发动机

驱动系统、汽缸体等模块结构

2019/03/20

概要

  2019年2月日本广岛产业振兴机构举行了大众途观的车辆拆解调研活动。大众的紧凑级跨界SUV途观得益于全球SUV人气的高涨,扩大了销量。尤其是从2016年投放欧洲、2017年投放北美和中国现有车型后销量开始迅速增长。2018年全球销量同比增长10.8%达77万辆,其中欧洲销售约18万辆、美国10.3万辆、中国30.3万辆。(MarkLines分车型销量数据)

  大众在导入新平台MQB(横置发动机车辆模块矩阵)的同时,开发了全新的EA211发动机系列。该发动机系列推出1.0L、1.2L、1.4L三种排量,广泛覆盖A-C级车市场。
  此次实施调研活动的途观也采用MQB平台,搭载EA211发动机系列的1.4L TSI发动机。该发动机与2012年起导入MQB平台以来开始量产的发动机规格基本相同,目前已具备足够的竞争力。本报告将介绍其概要与主要结构。

VW Tiguan分解調査
大众途观拆解调研

  EA211发动机是实现MQB的最重要组件。实现了长期保持商品性的先进技术的模块化、提高开发和生产效率的结构模块化等。此次将主要介绍该模块部分。

  该型号的发动机的各个零部件请参考下方报告。


相关报告:
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(上) 供应商名单及底盘/座椅/电气件
(中) 追求小型轻量化的涡轮发动机与三轴齿轮系CVT
(下) 车身结构采用精简的直线性骨架


发动机概要

エンジンパッケージング
发动机封装

  以下介绍1.4L TSI发动机的特殊封装、主要参数、应用技术、主要结构及其概要。

  该发动机的封装方面,为了配套于MQB平台,发动机的安装角度朝后倾斜12度。发动机/变速器安装于车辆的位置也与其他发动机一样,采用模块化结构。因此,除了途观以外,还应用于高尔夫和帕萨特。

  发动机的主要参数方面,为了改善发动机热效率,基础发动机采用长冲程设计(冲程内径比达1.07),压缩比为10。为了提高输出功率,安装涡轮增压中冷器,实现相当于2L排量的输出功率(110kW)和相当于2.5L的扭矩(250Nm)。使用燃料为无铅高级汽油。

1.4L TSI发动机主要参数

1.4L TSIエンジンのモジュール構造
1.4L TSI发动机的模块化结构

  发动机的应用技术包括TSI (Turbocharged Stratified Injection)技术、降低损耗技术、降低机械阻力技术等。

  TSI技术是指通过带有涡轮增压器的中冷器、燃油直喷和双VVT等的结合,降低发动机尺寸的技术。已实现了较高的防爆震性能,虽然是涡轮增压发动机,但实现了较高的压缩比(压缩比10)。

  降低损耗技术是指在发动机负担相对较小的市区行驶时只运行2个汽缸或是怠速停止技术,是实现减少损耗的发动机控制技术。

  降低机械阻力技术方面,采用了缩小曲轴轴颈直径、减轻摆动旋转系统重量、降低活塞裙滑动阻力、内置滚针轴承的滚子摇臂、交流发电机去耦器、降低辅机皮带张力等技术,从细节上努力降低了阻力。


  发动机主要结构采用模块化结构。EA211发动机系列采用相同结构,通过在发动机的开发、采购和生产方面达成协同效应,从而降低成本。

 

  以下介绍发动机模块化结构及其应用技术。

 



驱动系统模块

  由汽门系统与2个附带的驱动系统构成。

 

汽门系统的驱动系统

動弁系のドライブシステム
汽门系统的驱动系统

  汽门系统为DOHC式,采用进气和排气凸轮轴各安装了VVT的双VVT系统,独立控制进排气汽门正时。根据发动机的运行条件,控制进气阀“延迟关闭量”和进排气阀的“重叠量”,优化有效压缩比和残留气体量。凸轮轴的驱动系统使用正时皮带,与链条相比,实现轻量化的同时,还降低了30%的阻力。

 

辅机驱动系统模块

補機のドライブシステム
辅机驱动系统

  交流发电机及空调电压缩机不通过支架,直接固定于汽缸体,以实现小型轻量化。这些辅机由带有6个突起的V型多楔带驱动。去耦器安装于交流发电机滑轮上,通过交流发电机的旋转扭矩变化控制冲击扭矩。其结果,皮带张力比原先降低50%,从而降低阻力。

  通常发动机安装于前方的水泵在该发动机上安装于后方,以简化发动机前方的辅机驱动。

 



汽缸盖罩模块

バルブトレインモジュールとACV機構
汽门机构模块与ACV(汽缸数控制)机构

  汽缸盖罩内嵌入凸轮轴的模块化结构。

  要实现轻量化,凸轮轴由凸轮凸角部分与轴部分构成,第1、第4汽缸压入两种零部件制作。

  汽缸数控制通过第2与第3汽缸的汽门休止来实现。凸轮上具备用于汽门休止的凸轮凸角与用于驱动的凸轮凸角,通过电磁阀在轴上滑动凸轮凸角进行切换。

  滑轮一侧的凸轮轴轴承使用滚珠轴承,以降低阻力。凭借这些技术可改善10~20%的燃效。

 



汽缸体模块

  由汽缸盖、汽缸体及水泵模块三部分构成。

 

汽缸盖

シリンダーヘッド
汽缸盖

  为降低阻力,汽门机构采取滚子摇臂的方式。该滚子摇臂与液压式液压挺杆已跨整车厂开展共享,应该是舍弗勒制造的产品。

  排气歧管与汽缸盖一体化。由此,排放气体与冷却水的热交换量更多,发动机冷却时会提前预热发动机,改善室内加热器性能,行驶于高速公路时降低尾气温度,从而改善燃效。这些是解决发动机小型化问题时的重要技术。

 

燃烧方面

  汽缸盖一侧的燃烧室是普通的单斜面屋顶型燃烧室。高压喷油器有5个喷射口,位于进气口之间,向进气涡流方向喷射燃油。为了优化燃烧室内的高压喷油器和进气阀以及火花塞的配置,使用外径为12mm的小型火花塞。

  高压喷射泵由凸轮轴驱动。根据驾驶状态,控制燃料喷射次数和喷射压力。

  活塞一侧的燃烧室是无突起的中凹形状。减少附着在壁面上的燃料,实现了降低直喷发动机PM排放问题的燃烧方式。

ピストン側燃焼室 ピストン側燃焼室
活塞一侧燃烧室 活塞一侧燃烧室

高圧噴射ポンプ 高圧インジェクター
高压喷油器 高压喷射泵

 

汽缸体

  铝合金汽缸体铸入了铸铁薄壁衬套。汽缸侧面油冷器的安装部位与汽缸通风口结构一体化,尽可能地省略了外部配管等。

シリンダーブロック シリンダーブロック側面
汽缸体 汽缸体侧面


  发动机冷却分为两套系统,一套用于缸膛的冷却,另一套用于燃烧室的冷却。分别通过设定温度不同的温控器控制冷却水,由此提高发动机预热性能。

 

曲轴

クランクシャフト
曲轴

  曲轴为锻造,轴部直径较小,轴承部分采取高频率淬火。在轻量化和降低阻力方面下了功夫,但曲轴刚性低,发动机的NVH性能问题也仍需解决。因此,支撑曲轴的汽缸体采取高刚性的结构。

 

水泵模块

ウォーターポンプモジュールとウォーターポンププーリー
水泵模块与水泵滑轮

  水泵模块由水泵与温控器壳体构成。发动机冷却用水泵位于发动机后方,利用安装在排气凸轮轴上的水泵滑轮进行皮带驱动。发动机的两套系统冷却用温控器内置于该壳体中。

 



进气与涡轮模块

  由涡轮增压器与进气歧管构成。

 

涡轮增压器

ターボチャージャー
涡轮增压器

  涡轮增压器是具备小型单涡流涡轮机的规格,直接连接至汽缸盖内置的排气歧管。该涡轮机是由电子控制废气旁通阀,尤其是以提高低速扭矩为和改善响应速度为目标进行控制。这使得1,500rpm时的最大扭距达到250Nm,达到最大扭距前的响应时间也仅为2.5秒。还扩大了增压区域的λ=1驾驶范围,从而改善燃效。

 

进气歧管

インタークーラー内蔵の吸気マニホールド
内置中冷器的进气歧管

  进气歧管采用树脂材料,内置水冷中冷器。经过涡轮增压器增压的进气通过节气门体,进入进气歧管,在中冷器中冷却后导入发动机内。该中冷器采取水冷方式,其结构非常紧凑。

 


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关键词
分解、大众、途观、MQB、发动机、小型化、驱动系统、VVT、正时系统、正时皮带、交流发电机、空调压缩机、汽缸盖罩、凸轮轴、发动机汽门、凸轮凸角、轴承、汽缸休止、汽缸盖、排气歧管、喷油器、燃油泵、火花塞、汽缸体、曲轴、发动机冷却模块、水泵、水泵滑轮、温控器、涡轮增压器、废气旁通阀、进气歧管、中冷器、节气门体

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