大众1.4TSI发动机拆解之缸体活塞

1.4TSI发动机拆解之缸体活塞篇

文章要点：

TSI发动机的核心：高压共轨供油系统

取消分层燃烧并不是所谓的减配

1.4TSI发动机不烧机油

前面我们已经对1.4TSI发动机的涡轮增压器，进排气和缸盖部分进行了拆解，下面我们将为大家介绍1.4TSI的缸体和活塞部分。和涡轮增压技术一样，缸内直喷技术是1.4TSI发动机另外一个关键点，因为与直喷技术最相关就是发动机的供油系统，缸体和活塞结构了。那么，最后就让我们来了解下1.4TSI发动机最内部最核心的缸体及活塞结构。

首先，我们先来了解一下缸内直喷到底有何优势。1.4TSI发动机和普通的涡轮增压发动机最大的不同就是其采用了缸内直喷技术。目前市面上一般的电喷发动机都是将喷油嘴安置在进气歧管内，气门之前的位置。因此油气混合的过程是在进气歧管内进行的，在气门打开吸入油气的短暂时间里，进气歧管内的混合气的空然比难以得到十分精确的控制，因此也影响到了最终的燃烧效果。而缸内直喷技术顾名思义就是将喷油嘴直接置于汽缸之内，燃油的喷射和油气的混合均在气缸内进行，使燃油喷射时间和油量与油气混合的控制更为精准。这样，汽缸内的混合气浓度可以得到精确控制，而高压燃油和在缸内湍流的作用下也能够得到更充分的混合，因此，燃烧效率大大提高，同时可以进一步减少尾气中的有害物质。

一、高压共轨供油系统：按需供给，合理分配

1.4TSI的高压供油系统可以分为发动机控制模块（ECM）、高压油轨、高压油泵和喷油嘴四部分。缸内直喷首先需要解决的是如何将燃油直接喷入压力很高的气缸内，并且喷油系统还需要对喷射的燃油进行精确的控制，这样才能保证缸内直喷的燃烧效率。

首先，将燃油直接注入高压的气缸内，就气缸内就必需具备足够的喷射压力。另一方面，要想精确控制每一滴燃油，喷油孔就必须设计得很细小，细小的喷口对于制造精度要求更高。因此要从技术上实现缸内直喷，对高压供油系统设计水平和制造工艺都提出了更高的要求。所以，直喷发动机的燃油供给系统成本和技术含量相比传统发动机有了明显的提高，它也是直喷发动机中最核心最关键的部分。

高压油泵

通过四方凸轮驱动的高压油泵

高压燃油泵是燃油加压的关键环节，1.4TSI同时配备高压燃油系统和低压燃油系统，低压为4bar，在低压油泵将燃油送到高压油泵之后，高压油泵可以将汽油加压到100bar的压力（这是普通汽油泵压力的数十倍），并将其送入油轨。TSI的高压燃油泵是一个结构简单的单柱塞泵，用螺栓倾斜的安装在凸轮轴盖上，靠进气凸轮轴上的四方凸轮来驱动。高压油泵里集成了燃油压力限制阀，为系统提供过压保护。高压油泵按照控制单元中的脉冲，只泵入喷射所需燃油量进入燃油分配管，以此减少了高压燃油泵的驱动功率，有助于节省燃油。

进气凸轮轴利用四方凸轮设计驱动高压燃油泵

由于高压油泵内可能残留有较高的油压，因此拆卸时必须严格遵守操作规程

高压油泵的另一个特点是，供油系统可以在很短的时间（0.5S）内建立起60bar的压力，因此就可以实现在低温条件下的高压分层启动。此外，由于高压油泵在工作之后，内部仍会有较大的压力，因此在拆装过程中都要倍加小心。

注释：

高压分层启动：在低温条件下，1.4TSI发动机的ECU会调整喷油模式，在点火前提前喷油，利用分层燃烧技术启动发动机。高压分层启动技术不仅能提高低温天气下冷启动的成功率，还有利于降低油耗和排放。

控制模块

控制模块等于是发动机的大脑，它通过采集发动机数据，按照预定程序控制喷油时机和喷油量，从而实现最高燃烧效率。而大众1.4TSI发动机的控制模块则是来自于博世，型号为Motronic MED 17.5.20，为适应国内的油品，这套程序经过了针对性的升级。控制模块拥有一个庞大的数据库，可以通过传感器识别出车辆使用的燃油标号，环境温度和大气含氧量，从而根据这些数据合理调整喷油程序，使发动机达到最佳的工作效果。

喷油嘴

1.4TSI发动机的喷油嘴被安装在燃烧室的上方，将燃料直接喷入燃烧室，喷嘴工作控制精度为0.01毫秒，喷油压力最高达100 bar，而进气歧管喷射方式的喷射压力一般只有3bar。六孔燃油喷嘴进过优化之后具有更合理的三维喷雾分布，有效改善喷油效果，提高燃烧效率。

◆你所不知道的1.4TSI：取消分层燃烧并不是所谓的减配

在欧洲，最早推出的TSI发动机是拥有分层燃烧和缸内直喷两项技术的，而引进国内版本的TSI发动机只保留了缸内直喷技术，在正常工况下取消了分层燃烧技术,这也被很多网友质疑为减配。不过在事实上，除了欧洲市场，大众TSI发动机在全球范围内都没有使用分层燃烧技术，那么这一项“减配”到底原因何在？

什么是分层燃烧？

首先，我们必须先了解一下到底什么是分层燃烧。我们都知道，气缸内混合气必须达到一定的空燃比后，才有可能被点燃，而能够让缸内混合气在浓度在低于空燃比时依旧被点燃的技术则被称为稀薄燃烧。我们文中提及的分层燃烧便是实现稀薄燃烧目的的手段之一，它能够使发动机在低负荷时的燃烧效率得到大大提高，从而拥有更低的油耗。

分层燃烧的工作原理：

第一次喷射先充分混合第二次喷射形成混合气较浓的区域

我们再来了解一下TSI发动机的分层燃烧技术具体工作原理。首先，发动机在吸气行程活塞到达下止点时，ECU控制喷油嘴先进行一次小量的喷油，使气缸内形成稀薄混合气，而在活塞压缩到上止点时再进行第二次喷油，利用活塞顶的特殊结构让火花塞附近出现混合气相对浓度较高的区域，然后利用这部分较浓的混合气引燃汽缸内的稀薄混合气，从而实现气缸内的稀薄燃烧，这就可以用更少的燃油达到同样的燃烧效果，使得发动机的油耗更低。

为什么要取消正常工况下的分层燃烧？

分层燃烧的确可以更好的提高低负荷工况下的燃烧效率，但是它也有一个较难克服的问题。在分层燃烧的过程中，由于气缸内混合气的空燃比很低，使气缸内的空气大大超过了维持汽缸内燃油燃烧所需要的量。在气缸内高温高压的环境下，在未参与反应空气中，氧气和氮气就很容易发生化学反应，产生大量的氮氧化物。而为了对付这些氮氧化物，则必须对现行的三元催化器装置进行全面升级，才能达到尾气排放的标准。升级尾气处理系统不仅需要较昂贵的成本，而且使用分层燃烧技术之后对燃油质量要求也更高，会导致消费者使用成本增加。

另外，实际应用中，分层燃烧只是在低转速、低负荷工况下使用，节油作用有限，相对于升级三元催化和使用高标号燃油所产生的成本，分层燃烧技术所节省的燃油并不划算。大众在对制造成本和消费者的使用成本进行一番权衡之后，决定在全球范围内取消分层燃烧技术，只保留了缸内直喷均质燃烧技术。所以，没有使用分层燃烧技术的中国市场其实并没有受到不公平待遇，因为大众在在全球范围都已不再使用分层燃烧技术。欧洲市场也只有少部分发动机保留了分层燃烧技术。

取消正常工况下的分层燃烧技术并不等于减配

在使用成本和生产成本综合考虑之后，大众最终决定在全球范围内取消分层燃烧技术

虽然国内的TSI发动机正常工况下取消了分层燃烧技术，但是这并不是所谓的减配，只是大众在经过平衡利弊后的所作的修改。因为，对于发动机本身的结构来说，取消了分层燃烧只是在喷油程序做了一些调整，别的地方并没有发生变化。而且，所谓的取消了分层燃烧是指在绝大部分情况下，发动机只使用均质燃烧，但不表示它不能进行分层燃烧。比如在东北地区，天气气温降到零下30度以下时，点火启动就会变得比较困难，此时TSI发动机通过调整喷油程序，使用分层燃烧（高压分层启动）从而保证点火的一次成功。

二、活塞顶结构：均质燃烧的关键

我们看到，1.4TSI发动机的活塞顶结构比较与众不同，它并不是一个完整的平面，而是有一个凹坑，另一侧还有一小段凸起。这样的结构又有什么特殊之处呢？

首先，我们需要了解一下什么是均质燃烧。所谓均质燃烧即为普通燃烧方式，燃料和空气混合形成一定浓度的可燃混合气，整个燃烧室内混合气的空燃比是相同的，经火花塞点燃燃烧。这种燃烧方式由于混合气形成时间长，可以使燃料和空气充分混合，燃烧更均匀，从而获得较大的输出功率。均质燃烧的目的是在高速行驶、加速时获得大功率；分层燃烧是为了在低转速、低负荷时节省燃油。

1.4TSI发动机活塞顶的特殊结构就是直喷发动机均质燃烧的关键所在。为了将混合气直接导向火花塞，活塞凹坑开口被设计在对向进气门侧，喷油器通过把燃油喷入活塞凹坑中，然后依靠进气流的惯性将油气混合送往火花塞。而喷油嘴则被安置在温度较低的进气门侧，从而避免了喷油器的温度过高。在1.4TSI发动机的分层燃烧技术中，正是因为有了活塞的凹坑结构，第二次喷油时，才可以在火花塞附近形成较浓的混合气。由此可见，活塞顶的凹坑是实现分层燃烧的关键所在，那么取消了分层燃烧的国内TSI发动机是不是就不需要这个设计了呢？

活塞顶的凹坑更利于空气在气缸内形成涡流

其实不然，这个活塞凹坑的设计的另一个作用就是形成气缸内的气旋涡流，在均质燃烧过程中，气旋涡流的可以更好地让气缸内的燃油和空气混合，达到更好的燃烧效果。而且在低温状态下，如果没有气缸顶的凹坑，分层启动就无法实现。

三、缸体结构

薄壁铸铁实现轻量化

薄壁铸铁技术制造的缸体

轻量化和小型化也是1.4TSI发动机的一大优势，首先，1.4TSI发动机采用了薄壁铸铁技术制造缸体，这就在保证发动机强度与性能的前提下，有效地降低了发动机重量，缸套采用铸造的方式，缸桶壁厚则减至最小来减轻重量和惯性质量，独特的敞开式水套设计不仅大大减轻了缸体重量，同时让冷却系统的工作效率更高。而据悉，TSI发动机的铸铁缸体将会在不久之后全面升级为铝合金材质，更轻的质量将会给新一代的TSI发动机带来更出色的节油表现。

采用开放式水套的双循环冷却系统

1.4TSI发动机使用的双循环冷却系统采用双节温器控制，对于通过缸体和缸盖的不同温度的冷却水产生一个分开的冷却水导向，分别对缸体和缸盖进行大小循环控制。冷启动时只在缸体内开启小循环，使得缸体快速加热，高的缸体温度有利于减小曲柄连杆机构的摩擦，降低驱动磨损，同时缸盖的大循环并不会受到干涉，因此冷却性能更好，降低了进气温度，同时提高了充气效率。

气缸壁网纹珩磨技术

气缸壁使用了网纹珩磨技术

1.4TSI发动机的气缸壁还采用了一种在发动机已经广泛使用的平台网纹珩磨技术。所谓平台网纹珩磨，就是通过珩磨在气缸壁表面形成细小的沟槽，这些沟槽有规律地排列形成网纹，并由专门的珩磨工艺削掉沟槽的尖峰，形成微小的平台。平台网纹珩磨在缸孔表面形成的这种特殊结构有如下优点：

1.微小的平台增加了接触面积，削掉尖峰，消除了气缸壁表面的早期快速磨损，提高了表面的耐磨性。

2.细小的沟痕形成良好的储油空间,并在气缸壁表面形成良好的油膜，降低了气缸壁表面与活塞及活塞环的摩擦，因而可以使用低摩擦力的活塞环。而且机油储存在细小的沟痕中能有效减小散失量，进而降低了机油消耗。

3.珩磨后在气缸壁表面形成了无数微小的平台，增加了缸壁与活塞及活塞环的接触面积，加大了缸壁表面的支撑度，减少了缸孔的初期磨损，因此减少了磨合时间，甚至于不用磨合。

◆网友提问：烧机油源于网纹珩磨？

此前网上曾有一个流传比较广的一种说法：大众TSI发动机的气缸壁网纹珩磨的加工工艺会造成机油的过度消耗。但从平台网纹珩磨技术的特点来看，它虽然有利于在气缸壁形成油膜，但并不是造成机油消耗过多的原因，机油储存在细小的沟痕中反而可以有效的减小缸内机油的散失量。此外，这种平台网纹珩磨技术并不是TSI发动机的特有技术，它在发动机领域已经得到了很广泛的应用，很多同样使用了网纹珩磨技术的发动机并不存烧机油的问题，因此用它来解释TSI发动机烧机油并不严谨。

◆网友提问：1.4TSI发动机是否“烧机油”？

针对网友们的这个问题，一汽大众方面也给出了官方的说法：“1.4TSI发动机不存在烧机油的情况，对于大众旗下所有车型来说，都是会有一定量的机油消耗的，这是发动机设计的需要，也是完全正常的。”

首先，我们必须区分清楚烧机油和机油正常消耗的关系，从发动机设计的角度看，机油有一定的消耗量并不是弊病，而且是设计需要。活塞在上下往复运动时会将极少量的机油带到活塞顶端和气缸壁上,这些机油在起到了润滑作用之后,也会在燃烧室里随着汽油一起燃烧掉。一定量的机油消耗，可以使活塞和缸壁之间获得更好的润滑，从而更好的保护缸体和活塞，延长发动机的寿命。从这个角度上看，这也是大众发动机一贯皮实耐用的原因之一。

那么1.4TSI发动机机油正常的机油消耗量是多少呢?官方的说法是，在原则上发动机10000km保养周期内不出现机油液面过低的情况（机油报警灯亮起），便不应该被视为烧机油。而当机油消耗量的超过这个范围时，就是存在机油异常消耗的问题了，这种情况下，车主就需要检查自己的爱车查找原因了。

从我们此前对高尔夫论坛车主调查的情况看，1.4TSI发动机也确实没有出现异常烧机油的情况，只有少部分车主反应1.4TSI机油的消耗量略高，但也都在正常范围内。这说明了1.4TSI发动机并不存在烧机油的现象，对于搭配1.4TSI发动机的车型，车友们可以放心选购。

总结：

在TSI发动机的拆解结束之后，不仅让我们对涡轮增压和缸内直喷等发动机技术有了一个更深刻的认识，而且此前很多关于TSI发动机的流言都不攻自破，1.4TSI发动机在各个层面上确实达到了目前家用车发动机的标杆水平，在下一代TSI发动机换装铝合金缸体之后，这种优势还将继续延续下去。我们也会在不久的将来，还会对大众EA888（1.8TSI和2.0TSI）系列发动机以及DSG双离合变速箱的全程拆解，尽请期待！