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线TSI拆解之正时缸盖篇

来源:华体会最新首页登录    发布时间:2024-04-01 01:43:01

  ,涡轮增压器、双独立冷却系统及外部进排气管道等“长发”部件的拆解和技术剖析已为大家详细呈现,而在此篇我们将为您揭开这款大众核心动力“短发”部件的“上层”线TSI发动机正时系统及缸盖部分那些不为人知的内部构造及背后的故事。

  注释:发动机“短发”部分:组成基础发动机的缸体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴等核心零部件;发动机“长发”部分:装配在基础发动机上最后形成完整引擎的外挂零部件;

  在1.4TSI发动机“短发”部分的拆解中,对于发动机“正时系统”相关执行部件的“分体”则是首道必行工序,而此道工序为何具备“首要执行”因素?“正时系统”又为何物?在本章进入正式拆解前,让我们率先走进发动机“正时”的原理世界:

  “正时系统”是发动机配气机构的重要组成部分,是保障发动机呼吸顺畅的主要的因素之一。其主要通过控制气门开闭的时刻,准确的实现定时开启和关闭相应的进、排气门,使新鲜充量的空气得以及时进入气缸,废气得以及时从气缸排出,保证发动机具有正常、良好的动力输出表现。

  而就目前大多数发动机的正时系统工作过程而言,其主要由曲轴通过链条或者皮带带动凸轮轴运转,通过凸轮工作面的旋转顶压气门挺杆,进而推动气门向气缸内运动,以此来实现气门被打开;在凸轮工作面旋转之后,气门会在气门弹簧的作用下回位,从而气门被关闭。而正是由于正时系统执行部件的运转,与上述发动机“短发”部分自上而下的诸多核心部件都有所关联,因此,在针对核心部件进行拆解前,卸除正时罩壳、正时皮带/链条等“关联”件,则成为首当其冲的必备工序。

  正时罩壳的主要功用,除却承担对于发动机侧部正时系统传动件的保护和密封作用外,集成发动机功能能部件也是其职责所在。

  1.4TSI的发动机正时罩壳,则将机油滤清器、油气分离器、加油注口集于一身。

  正时罩壳与发动机短发部分的连接主要是通过其上的21个螺栓来实现,虽然在实际的手动拆解和安装过程中,需要严格按照螺栓结构分类先后及位置排序来执行,并在装配过程中具有“预紧——按照不同螺栓力矩要求上紧——复紧”的多重步骤进行装配,但是,在实际依托生产线的制作的完整过程中,上述负责的多重步骤及装配效果,则仅需一台机器便可瞬间“一气呵成”。

  已于正时罩壳各部位填放好相应规格螺栓的发动机,被准确的定位在工作台上,拥有完整21个螺栓上紧装置的操纵机器,在“工序”指令下达后,准确移动至发动机前,并同时针对21个螺栓实施不相同力矩要求的上紧工作,而此举不仅实现了装配的简易,更能够有效消除人工操作较易具有的不当应力,保证发动机的良好装配质量。

  (二)1.4TSI发动机正时系统采用链条和链轮传动:传递可靠、降噪的保证

  卸除发动机正时罩壳后,1.4TSI引擎正时系统的执行硬件则完整的展现在我们眼前。双凸轮轴顶置,通过齿形链条和链轮与曲轴连接实现驱动,均延续了大众主流直列四缸引擎的结构方式。而正时链条具有的结构紧密相连、传递功率高、可靠性与耐磨性高、终身免维护等显著优点,同样在1.4TSI机身上得以传承。

  而就如图所示的发动机正时侧结构来看,1.4TSI的曲轴除却具有驱动凸轮轴的功用外,通过链条/链轮连接,驱动机油泵的运转,同样是其功用之一。

  上述正文中我们提及,正时链条具有结构紧密相连、传递功率高、可靠性与耐磨性高、终身免维护等显著优点。而结合传统的正时皮带对比而言,其二者在噪音水平上的表现究竟孰优孰劣,则是网友较为关心的话题。而针对这一疑问,在此次拆解过程中,一汽-大众的专家及工程师们也给出了我们肯定的答案:1.4TSI采用了齿形静音链条,在噪音水平上要优于正时皮带。但是,是否所有的正时链条的噪音水平都要优于正时皮带呢?结果并不尽然,因为正时链条类型的差异直接决定着结果的不同。

  目前,常见的正时链条大致上可以分为套筒滚子链条和齿形链条两种类型。其中,滚子链条受到其先天结构的影响,转动噪音相对正时皮带会更明显,传动阻力和惯性也会相应较大。而1.4TSI采用的则为后者,也就是我们一般俗称的“静音链条”,由于其采用了齿形结构设计,传动时入齿更柔和,冲击更小,运转也更加平稳,加之其并没有会产生噪音的链条滚子结构,因此,在噪音水平表现上要更优于传统正时皮带。

  凸轮轴是发动机配气机构的主要部件,其主要承载着控制气门开启和关闭的功用,而1.4TSI发动机具有的双顶置凸轮轴的功用同样如此。

  此外,凸轮轴同样肩负的驱动燃油泵的任务,也在该款引擎上得以体现,位于1.4TSI引擎进气凸轮轴上,鲜明的四方凸轮结构设计,便是用作驱动高压燃油泵之用。(注:高压燃油泵工作原理将在后续“1.4TSI发动机拆解之活塞缸体篇”,针对1.4TSI供油系统的讲解中为您做详细地理解阅读)。

  丰田的VVT-i,本田的i-VTEC,通用的DVVT,无论是何种英文简写,上述代号中均包含了一项共通的技术,这便是“可变气门正时”。而该项技术借由丰田车型上的早期宣传及发扬光大,其也成为目前国内车型宣传必备亮点,以及国人对于车辆有没有燃油经济性的重要考量指标。但是,对于具有“技术品质领先”口碑的大众而言,我们却很少能够在其产品宣传及介绍中,发现针对此项技术所做的专项说明。而带着诸多网友心中“大众究竟是否拥有可变气门正时技术”的谜团,我们在本次拆解中也为您找到了答案。

  “大众的TSI系列发动机都应用了VVT可变气门正时技术。”一汽-大众工程师在就正时系统来进行讲解之前给出了我们上述肯定的答案。而本次拆解的EA111系列1.4TSI发动机,同样也不例外,不过有别于DVVT进排气系统气门正时双可变,其仅在进气系统上采用了该项技术。

  1.4TSI可变气门正时系统主要由ECU(电子控制单元)、叶片槽式调节器、凸轮轴调整电磁阀以及传感器等部分组成。

  1.4TSI具有的VVT叶片槽式调节器由外壳体、内部叶片转子以及位于叶片转子内部的锁销组成。其中,外壳体与外部的正时齿轮固定,实现曲轴通过链条传动驱动进气凸轮轴的功用;而位于壳体内部的叶片则直接与进气门凸轮轴固定,并与之一同旋转,通过带动凸轮轴与壳体产生相对的转动位移,来实现凸轮轴的进气相位改变;而锁销的主要功用,则用于外壳与叶片的连接,实现进气相位的固定,防止凸轮轴复位。

  1.4TSI的气门正时可变则由上述核心元件来共同协调执行,其中,ECU储存了最佳气门正时参数值,在发动机运转过程中,ECU通过收集凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、曲轴位置传感器等相关元件反馈的信息,并与存储的最佳参数值作对比,在计算出修正参数后,发出指令到凸轮轴调整电磁阀:

  通过双油道机油压力差值驱动叶片,带动凸轮轴旋转改变进气相位,是1.4TSI正时可变核心所在

  电磁阀则根据ECU的指令,通过改变机油液压实现对于内部机油槽阀位置的控制,把提前、滞后、保持不变等压力信号指令,转化为输送至叶片槽式调节器中不同油道上的机油压力,通过双油道机油压力差值驱动调节器中的叶片,带动凸轮轴旋转改变进气相位实现气门正时的“提前”或者“滞后”,以此来实现气门正时的连续可变。而1.4TSI的正时相位调节范围可达20°凸轮轴角或40°曲轴角,为大众该款核心动力在减少排放和燃油消耗,以及改善动力性能表现上提供了积极的“可变”保障。

  而除却在工作原理上具有的显著功用外,在1.4TSI引擎的轻量化设计中,凸轮轴及凸轮轴室的贡献同样突出。前文提及的凸轮轴四方台的设计结构,使得1.4TSI的凸轮轴升程更小,从而减小了凸轮轴和凸轮轴室的直径。加之在凸轮轴室的设计上,相较此前凸轮轴盖与凸轮轴的上下分体式结构,这款EA111系列引擎采用了结构更为紧凑、安装更为简便的一体式凸轮轴室的设计,仅凭结构上的改进便为该款引擎减轻了大约450克的重量,是1.4TSI引擎在轻量化设计中的重要一环。

  不同于EA113机型的凸轮轴采用了整体式铸造方式和铸铁材质,1.4TSI引擎无论在凸轮轴的制造工艺以及材料选用上,都具有了显著的改进。

  特点鲜明的装配式制造工艺,将1.4TSI凸轮轴的凸轮与主轴颈实现了分离加工,其中,加工完成的凸轮内壁具有攻丝后的螺纹,而钢管外壁则具有花键预装,装配时,采用“外凸轮加热,内主轴颈冷却”的热套法完成,恢复常温后,依靠匹配的螺纹和花键实现紧固,而工艺方法不但可以消除装配的过盈应力,同时能在短暂时间内完成联接,并在轴向尺寸和角度位置方面保持很高的精度。

  而正是得益于装配式凸轮轴更为简易的制造工艺,在凸轮轴的材质上,1.4TSI也实现了质量更轻的“钢材”选用。而针对1.4TSI采用了强度更高的钢制凸轮轴,大众还做出了“空心轴”的相应改进,大幅度减轻了凸轮轴的重量,减小了其运动惯性,为提升进排气效率奠定了良好的基础。

  位于凸轮轴室下方,并与其通过密封胶紧密相连的,则为1.4TSI引擎采用了全铝材质的缸盖部分。而用以密封气缸上部,并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室,则是其的主要功用。此外,1.4TSI引擎的进、排气通道,进、排气门,以及火花塞的安装座孔也均在缸盖结构上设定完毕。

  相信熟悉捷达的朋友,对于其1.6 RSH发动机一定不会陌生,其中,RSH实为德语Rollen Schlepphebel的缩写,代表的含义正是“滚子摇臂”技术,而这项隶属于气门总成,并用于实现凸轮轴间接驱动进排气门的装置,则同样应用于我们此次拆解的1.4TSI引擎之上,而除却大众以外,该项技术也被其他汽车厂商普遍的应用,凭借的便是其颇为先进的技术特点。

  滚子摇臂由一个具有杠杆作用的钢板型材和一个带有滚珠轴承的凸轮滚柱组成,其一端被固定在液压挺柱之上,一端则定位于气门之上,当凸轮轴通过“滚子”对摇臂施加作用力后,由摇臂完成对进、排气门的驱动。

  而由于凸轮轴不再直接顶压气门杆顶端,加之其采用的液压技术,既可消除凸轮与摇臂之间的间隙,又能通过飞溅油液对凸轮与摇臂接触的部位加以润滑,因此某些特定的程度上减少了配气机构的摩擦损失,并使发动机噪声降低,同时减小了运动惯量,使驱动凸轮轴消耗的发动机功率减少,运行更加平稳、经济。

  针对发动机工况的差异,进气系统的相应变化,对于燃烧室混合气体的形成有着至关重要的作用。而早期的TSI引擎由于均具有分层燃烧技术,因此,根据发动机工况,为满足“分层充气模式——均质稀混合气模式——均质混合气模式”多种不同燃烧室充气模式,“进气歧管翻板”的加入则应运而生。

  在发动机处于低速工况,采用分层充气模式下,进气歧管翻板通过“关闭下进气通道,形成较窄的横截面积”,增加气流流速,有效形成强烈的进气涡流,利于“分层”模式下混合气的形成与雾化,可提高燃烧效率,进而增大发动机扭矩输出;而当发动机进入高速工况,采用均质混合气模式时,进气歧管翻板通过“开启下进气通道,形成较宽的横截面积”,增大进气量,使更多的空气参与燃烧,从而提升发动机的输出功率。

  不过,随着“分层燃烧”技术逐渐在TSI引擎上的淡出,“均质充气”成为了目前该系列引擎的主流充气模式,而1.4TSI同样由于均质燃烧控制的改进,取消了进气歧管翻板的设计,不过,为了同样可以在一定程度上完成油气的充分混合,保证汽缸内形成很好的涡流,1.4TSI则在进气道上作出了相应的改进。

  1.4TSI进气道的角度被调整至更接近水平,同时,在进气道外缘的气门座上,设计了一个倾斜的凸峰,来保证进气吹过气门顶时,在汽缸内形成特殊的涡流,无论在发动机的任何工况下,都可以在一定程度上完成燃气充分混合的作用。而在1.4TSI发动机中,实现“小截面,流速增”、“大截面,流量增”的进气效果元件,则成为了节流阀体(节气门)的主要角色,通过“源头”的进气效果控制,辅以上述特殊的进气道“扰流”效果,从而完成1.4TSI充分提升燃烧效率的职责。

  如果说第一篇针对涡轮增压及双冷却系统展开的“黄金分割”,让我们深入而透彻的了解了1.4TSI引擎优势彰显的核心技术,那么,本篇针对其正时系统及缸盖部分所进行的“真相挖掘”,则让我们认识到,在1.4TSI看似平凡的两大系统背后,同样有着深厚的技术底蕴以及孜孜进取的品质追求。