Audi汽車技術(shù)介紹

一 Vairable Valve Timing-可變氣門正時(shí)

   使用凸輪軸作為開關(guān)進(jìn)排氣門裝置的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)因先天限制之故，發(fā)動(dòng)機(jī)要有最佳動(dòng)力輸出，各個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間需要的進(jìn)排氣門開關(guān)時(shí)間其實(shí)并不相同；例如在怠速為了讓發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，燃燒室殘余廢氣要盡量減少，進(jìn)氣門需晚開晚關(guān)；高轉(zhuǎn)速需大馬力，排氣門晚開晚關(guān)好讓爆發(fā)在活塞上作用時(shí)間盡量延長....等等。傳統(tǒng)的作法是，依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的市場定位與用途，設(shè)定一個(gè)折衷的固定正時(shí)(這也是為何會(huì)有改裝"高角度凸輪軸"的原因)。

   VAG的這套可變正時(shí)裝置可以在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)整凸輪軸與尺盤之間偏移角度，解決部分上述設(shè)計(jì)難題(但凸輪軸總行程不變)。它的原理是在凸輪軸與尺盤之間加一個(gè)調(diào)整器，這個(gè)調(diào)整器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雙向油路環(huán)型油路裝置，電磁閥用來導(dǎo)引機(jī)油流向來調(diào)整尺盤與凸輪軸之間的偏移角度，進(jìn)而調(diào)整正時(shí)的提前或延后。至于角度的提前或延遲，監(jiān)理計(jì)算機(jī)會(huì)依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣質(zhì)量及溫度、冷卻水溫，比對(duì)儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中的程序參數(shù)

   后運(yùn)算出結(jié)果。曲軸位置感應(yīng)器感應(yīng)曲軸偏移的角度，如果偏移量(偏移量由機(jī)油壓力驅(qū)動(dòng))太大，計(jì)算機(jī)會(huì)指示電磁閥讓機(jī)油壓力反向流動(dòng)，如此反復(fù)調(diào)整。具有本裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)目前有福斯的2.8V6, 2.3V5, W8, W12。

二 W系列發(fā)動(dòng)機(jī)Volkswagen

   這個(gè)系列的發(fā)動(dòng)機(jī)是由2個(gè)V型狹夾角(15度)發(fā)動(dòng)機(jī)組合而成，2個(gè)V型氣缸再以72度夾角組合，從側(cè)面看來宛如W字故以此為名。VAG旗下的W發(fā)動(dòng)機(jī)目前有W8與W12兩款。右圖是W與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在氣缸排列構(gòu)型上的差異。

   W發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱分為上下2個(gè)部分，容納活塞的上半部由硬度高的「過共析鋁硅合金(AlSi17CuMg)」制成；承受較大應(yīng)力與震動(dòng)并支撐曲軸的曲軸箱下半部由鋁合金制成，與曲軸直接接觸的軸承由硬度極高的灰鑄鐵制成。曲軸箱裝置有上下兩支反向平衡軸以進(jìn)一步降低運(yùn)轉(zhuǎn)震動(dòng)。

   W發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)鋁材質(zhì)氣缸蓋，每個(gè)氣缸蓋有兩支凸輪軸控制每缸四個(gè)進(jìn)排氣門。凸輪軸的驅(qū)動(dòng)由鏈條帶動(dòng)，W8與W12都有連續(xù)式可變氣門正時(shí)裝置，可在各轉(zhuǎn)速曲間微調(diào)氣門開關(guān)時(shí)間。

三 TDI(Turbo-charged Direct Injection)

   顧名思義就是采直接噴射的渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，TDI是專門用在轎車上的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，有別于商用車用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的吵雜粗造，它的運(yùn)轉(zhuǎn)平順噪音低，已相當(dāng)接近汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的水準(zhǔn)，且仍保有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)低油耗與大扭力的特色。

   傳統(tǒng)的噴射系統(tǒng)，噴油嘴將燃油噴入進(jìn)氣歧管與空氣混合后，再吸入燃燒室內(nèi)壓縮點(diǎn)燃。直接噴射則是將燃油直接噴入已壓縮的氣缸內(nèi)，其優(yōu)點(diǎn)是在點(diǎn)燃引爆前才噴入燃油可以得到接近完美的理論值混合比，油耗因而可以大幅降低（許多汽油發(fā)動(dòng)機(jī)也開始使用這項(xiàng)技術(shù)，不過汽油的燃點(diǎn)較柴油低，要克服諸如爆震，排氣含過多氮氧化合物等技術(shù)問題）。TDI發(fā)動(dòng)機(jī)的馬力輸出雖然不起眼，扭力平均來說卻比相同排氣量的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)高出約50%，這表示在走走停停的行車環(huán)境中車子的油門反應(yīng)快比較好開。

   97年出現(xiàn)每缸四氣門V型6氣缸的TDI，至此TDI開始多氣缸多氣門的方向發(fā)展。搭配加高的噴油壓力使得多缸TDI的馬力輸出逐漸接近相同排氣量的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。例如搭載于A4與A6上的2.5TDI就有150hp的最大馬力（每缸四氣門，噴油壓力為1500bar，并使用量產(chǎn)車上極罕見，屬于高科技的葉片角度可調(diào)渦輪增壓器）與V6 2.4的165hp相比已相差無幾，新版的2.5TDI更有180hp/370Nm的驚人輸出，而新發(fā)展的V型8氣缸3.3升TDI更可輸出225hp/480Nm。根據(jù)歐盟標(biāo)準(zhǔn)它們的油耗分別是每100公里消耗8與9.7升，廢氣排放也符合最新標(biāo)準(zhǔn)。可以說是最省油的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)。

四 VR6發(fā)動(dòng)機(jī)

   在VAG集團(tuán)計(jì)劃將福斯汽車推向高級(jí)車級(jí)距的同時(shí)，福斯許多骨子里流著國民車血液的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)面臨了被汰換的命運(yùn)。

  少數(shù)例外之一就是傳奇的VR6，不僅如此，由VR6衍生而來的VR5,W8,W12等各式衍生發(fā)動(dòng)機(jī)，在VAG集團(tuán)高級(jí)化過程中將扮演非常吃重的角色。

   VR6設(shè)計(jì)搭載于旗艦或跑車車款中，為了縮小體積，它的氣缸夾角狹小到只有15度，傳統(tǒng)V6發(fā)動(dòng)機(jī)則呈60度甚至90度夾角。從上圖可以清楚看到氣缸夾角的狹小；由于夾角小，傳統(tǒng)V6上分離的兩個(gè)氣缸蓋便被整合在一起，機(jī)械機(jī)構(gòu)得以大幅簡化，降低了制造成本也減少需要的空間。

   拜大排氣量之賜，VR6的扭力輸出非常充沛，在行路表現(xiàn)上有行云流水的順暢感。甚至與問世時(shí)間晚許多的1.8T比較起來還有略勝一籌之處，。可是早期每缸2氣門的VR6的運(yùn)轉(zhuǎn)平順度只有四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的水準(zhǔn)，經(jīng)過多氣門化等種種精致化改良后(即Bora/Golf4上的V6)，雖然仍比不上大夾角V型發(fā)動(dòng)機(jī)，但已有極可觀的進(jìn)步。難能可貴的是，VR6沒有新發(fā)動(dòng)機(jī)常有的可靠度的問題；盡管研發(fā)過程并不順利，預(yù)定問世時(shí)間一再延遲，VR6的可靠度卻有超越傳統(tǒng)老四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的高水平表現(xiàn)，后續(xù)衍生型式也保有相同的水準(zhǔn)。

五 Turbocharger

   一般自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)所需的空氣是藉由活塞向下移動(dòng)所產(chǎn)生的真空吸力，向大氣中"吸收"進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的；隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提升，空氣還來不及充滿燃燒室前，進(jìn)氣門就已經(jīng)關(guān)閉的情形會(huì)越來越嚴(yán)重，也就是容積效率(Volume efficiency)會(huì)越來越差。渦輪增壓器Turbocharger的功用就是用強(qiáng)迫的方式將空氣硬擠入燃燒室內(nèi)，徹底消除容積效率會(huì)隨著轉(zhuǎn)速提高而逐漸降低的問題，讓燃燒室內(nèi)每單位體積充滿更多的氧分子與油氣，來提升動(dòng)力輸出。

   雖然使用渦輪增壓可以解決容積效率的問題，但是灌入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣壓力不可太高，否則發(fā)動(dòng)機(jī)將嚴(yán)重受損。所以增壓器上面都會(huì)有旁信道的裝置，它的工作原理如左圖所示：進(jìn)氣歧管內(nèi)的增壓壓力高過一定的程度，便會(huì)迫使旁通閥打開，讓一部份廢氣從旁信道排出，以降低增壓壓力。在比較先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)理系統(tǒng)上(如A4/B5)，旁通閥由監(jiān)控計(jì)算機(jī)控制，不再是單純的機(jī)械裝置。

六 Adjustable Turbocharger

   發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的特性相當(dāng)程度決定于增壓器的尺寸大小；就是小增壓器雖然能夠提供在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)提供良好的反應(yīng)，卻會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)邁入高轉(zhuǎn)速時(shí)限制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率；大增壓器雖然可以幫助發(fā)動(dòng)機(jī)輸出較大的功率，但發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速卻達(dá)不到需要的動(dòng)力輸出(增壓遲滯現(xiàn)象)。

   可調(diào)式增壓器可以部分改善這個(gè)先天缺陷；它的作動(dòng)原理如上圖所示，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低時(shí)(如右上小圖所示)，可變?nèi)~片改變角度使信道便窄，讓廢氣速度變高，渦輪速度一高增壓壓力也可以提升，所以發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速也可以有理想的動(dòng)力輸出；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高時(shí)，可變?nèi)~片也會(huì)逐漸改變角度，讓信道變寬降低廢氣速度，和緩增壓壓力。所以可調(diào)式增壓器不需要旁通閥(如左上圖所示)，可調(diào)葉片可也配合發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提供最佳的增壓壓力。除了上述的優(yōu)點(diǎn)之外，可調(diào)式增壓器還有下列優(yōu)點(diǎn)：

   ·排氣回壓力低，可改善高轉(zhuǎn)速時(shí)的油耗。

   ·發(fā)動(dòng)機(jī)隨時(shí)保持在最佳增壓狀態(tài)，可降低排放污染。

七 FSI直接噴射系統(tǒng)

   傳統(tǒng)的燃油噴射系統(tǒng)將燃油噴于進(jìn)氣道， 再由活塞吸入燃燒室內(nèi)。 直接噴射系統(tǒng)的噴油嘴直接裝置于燃燒室上，燃油直接噴射于燃燒室中，如此燃油的霧化可以達(dá)到最佳化，燃油也不會(huì)再凝結(jié)在進(jìn)氣歧管中形成浪費(fèi)，汽油的燃燒可以達(dá)到理論上稀薄燃燒的理想程度。不過VAG的這套FSI系統(tǒng)又以控制進(jìn)氣氣流的方式更進(jìn)一步提升燃燒效率。

   請(qǐng)注意右圖下的"Stratified-charge operation"在進(jìn)氣道上有一個(gè)類似節(jié)氣門的活瓣物體，空氣流過該活瓣后會(huì)形成紊流，燃油在活塞的壓縮行程中注入燃燒室內(nèi)，這道紊流加上在壓縮行程注入燃油形成混合氣會(huì)在火星塞附近聚集的效果，混合氣燃爆后廢氣周圍還會(huì)形成一圈未燃?xì)怏w，隔離廢氣與汽缸壁，發(fā)動(dòng)機(jī)效率可因此提升。在Stratified-charge operation中空氣與燃油的質(zhì)量比可達(dá)驚人的4，這是稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的新里程碑。Stratified-charge operation適用于中低轉(zhuǎn)速，當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)需全力運(yùn)轉(zhuǎn)的高轉(zhuǎn)速會(huì)切換為Homogenbetrieb operation，此時(shí)活瓣會(huì)完全開啟，燃油會(huì)在活塞向下移動(dòng)吸氣時(shí)噴入，整個(gè)行程無異于其它直接噴射系統(tǒng)。

造就FSI的成就的另一個(gè)因素是高達(dá)110bar的汽油壓力(一般噴射系統(tǒng)多在5bar以下)，讓燃油得以在瞬間完全霧化。稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的最大缺點(diǎn)是會(huì)排放大量的NOx氮氧化合物，F(xiàn)SI在觸媒轉(zhuǎn)換器之后加了一個(gè)很特別的"氮氧化合物專用觸媒"，用來將氮氧化合物轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀c氧氣，配合一般觸媒上的2個(gè)含氧感應(yīng)器，以及氮氧觸媒上面的溫度感應(yīng)器與氮氧感應(yīng)器，來嚴(yán)密監(jiān)控排放廢氣。

FSI首先運(yùn)用于4缸2升發(fā)動(dòng)機(jī)，它源自于20V 2.0發(fā)動(dòng)機(jī)，但為了空出安裝噴油嘴的空間，每個(gè)汽缸少了一個(gè)氣門而成為4個(gè)氣門，汽缸本體則完全不變。