瀕臨絕種的“大排量”!大眾3.0TFSI機械增壓發動機

在市面上眾多的增壓發動機中,這款大眾3.0TFSI機械增壓V6發動機是增壓發動機家族中設計精巧、做工精緻的一款。其採用的燃料分層噴射技術(FSI),將燃油直接噴入燃燒室,降低了發動機的熱損失,從而增大了輸出功率並降低了燃油消耗。不僅如此,在動力上還利用到機械增壓的方式增大了對馬力的輸出。今天就讓我們細細的品味一下這款發動機的魅力所在。

瀕臨絕種的“大排量”!大眾3.0TFSI機械增壓發動機

瀕臨絕種的“大排量”!大眾3.0TFSI機械增壓發動機

圖:從外形上不難看出,成90°角的V6發動機。其設計更是為了縮短高度,轉而增加寬度,對於橫置發動機的車來說,有效利用到汽車的橫向位置,更有利於發動機緊湊性的設計。

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圖:該款機械增壓發動機做得十分細緻。筆者注意到,要是想拆下發動機上的某些螺絲是需要技巧的。如圖所示,需要在凸輪軸轉過一定角度後,才能透過凸輪軸拆出裡面的螺絲。

說到燃料分層噴射技術,很多人會對其有疑問:何為燃料分層噴射技術?籠統點來講,不同於以往的發動機將汽油和空氣混合後再噴入燃燒室,燃料分層噴射技術其實也就是把原來噴油嘴的位置由進氣歧管處改安在了燃燒室的上方,直接、分層地將汽油噴射到氣缸裡頭,在燃燒室裡面與空氣進行混合,使空燃比達到25:1以上,而缸內氣體以由濃至稀的分層方式燃燒。通過缸內空氣的運動在火花塞周圍形成易於點火的濃混合氣,混合比達到12:1左右,外層逐漸稀薄。濃混合氣點燃後,燃燒迅速波及外層。這樣一來,汽油得以充分燃燒,既經濟又環保。

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而從搭載的車型上來看,這款機械增壓發動機搭載在許多流行的中高檔車型上,如奧迪A6、奧迪A4、奧迪S4等。而眾多的大排量的車型都選擇搭載這款發動機,足以證明這款發動機動力的充足:可輸出最大功率333匹馬力和440牛米的最大扭矩(奧迪S4的數據)。為什麼它能輸出這麼強大的馬力呢?這就讓我們不得不說其採用的強制進氣結構:機械增壓式增壓器。

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圖:圖中可見其機械增壓器所採用的雙螺旋式結構。

什麼是機械增壓?機械增壓器(Supercharger)採用皮帶與發動機曲軸皮帶盤連接,利用發動機轉速來帶動機械增壓器內部葉片,以產生增壓空氣送入引擎進氣歧管內,以此達到增壓並使發動機輸出動力變高的目的。工作溫度界於70℃-100℃,由於不像渦輪增壓器需要依靠引擎排放廢氣驅動,須接觸400℃-900℃的高溫廢氣。因此機械增壓系統對於冷卻系統、潤滑油脂的要求與NA自然進氣引擎相同,機件保養程序亦大同小異。

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從發動機背後可以看到,機械增壓器(Supercharger)通過皮帶與發動機曲軸皮帶盤連接。圖中所圈白色小輪即為壓縮機皮帶輪,下圈為發動機曲軸。通過皮帶的動力傳遞,皮帶輪從曲軸獲得動力。

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圖:圖為機械增壓器。發動機曲軸通過皮帶帶動機械增壓器皮帶輪旋轉,動力傳遞到主動軸上的主動齒輪帶動從動齒輪旋轉。壓縮機轉子也由此開始旋轉,空氣通過轉子凸緣集中起來吸入,由於轉子具有錐度,空氣從增壓器進氣口流向排氣口,氣道會變小。 隨著氣道的收縮,空氣便被壓入到更小的空間,使得空氣的壓縮可以連續進行。

不同於渦輪增壓發動機,其採用的機械增壓器的最大好處是可以“全時介入”,使其在低轉速下便可獲得增壓,加速感受相當的線性化,沒有增壓的遲滯感。讓駕駛者在低檔進入高檔時,沒有渦輪增壓發動機入檔時略感停頓而後再加速的不快。

根據構造不同,機械增壓器曾經出現過許多種類型,包括:葉片式(Vane)、魯茲(Roots)、溫克爾(Wankle) 等型式。而這款大眾3.0TFSI機械增壓發動機採用的機械增壓器屬於雙螺旋式機械增壓器,雙螺旋式機械增壓器通過兩根類似於一組渦輪傳動的齧合凸緣轉子吸入空氣,增壓器中的空氣也是通過轉子凸緣集中起來吸入的。 但不同的是,雙螺旋式機械增壓器還會壓縮轉子殼體內的空氣。 其原因在於這些轉子具有錐度,這意味著隨著空氣從增壓器進氣口流向排氣口,氣道會變小。 隨著氣道的收縮,空氣便被壓入到更小的空間,使得空氣的壓縮可以連續進行,提高增壓器的效率,使得增壓器不需要造得十分龐大。這使得這款機械增壓器能安在V6發動機的V字形凹位上面,在不佔用汽車其他空間的前提下,大大地提高了發動機的性能。整個發動機由此變得更加緊湊實用。

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圖:圖中所畫圓圈處為旁通閥門,它是由發動機節氣門產生的真空度操縱。當發動機不需增壓時,這個旁通閥就會使增壓空氣進行環流,使空氣直接進入進氣歧管,以便節省能源。

由於經過機械增壓器壓縮後的空氣溫度會上升,直接進入進氣歧管的話會導致進氣溫度傳感器誤以為進氣溫度過高,向ECU報上錯誤的溫度信號。為了避免這種狀況,該款機械增壓發動機採用了中間冷卻器(簡稱中冷器)冷卻空氣溫度,把空氣溫度降至正常溫度後再進入進氣歧管,使進氣溫度傳感器不會誤報信號。另一方面,經中冷器冷卻渦輪壓縮之後的空氣,亦使引擎不會因為進氣溫度過高而出現爆震等問題。而理論上進入汽缸的空氣溫度越低,氧分子密度越高,對提高發動機動力性能夠起到一定的幫助。

瀕臨絕種的“大排量”!大眾3.0TFSI機械增壓發動機

圖:空氣經過機械增壓器增壓以後流到中間冷卻器(簡稱中冷器),壓縮空氣經過中冷器冷卻以後再流向進氣歧管。

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圖:由於結構緊湊,水冷器也一併安裝在該發動機上方了。該發動機採用的是水冷式中冷器(圖中所示為中冷器),由於位置以及結構等的考慮,中冷器採用了水冷式,使得在如此緊湊、狹小的空間內就能完成冷卻空氣的工作。


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