8.进气道的开发
该机型新设计的进气道以EA111系列中1.4L--TSI汽油机的进气道为基础,运用计算流体动力学(CFD)模拟计算查明EA211系列TSi机型的流量系数和滚流值,其目的是寻找到高流量和强烈充量运动的最佳值。通过数学模型寻找到5种进气道,并用三维模拟方法对它们进行评价,将其中3种进气道浇铸成实体模型,并在流动试验台上进行测量来确认预选方案。所选择的这些进气道方案在燃油耗、运转平稳性和排放等方面显示出了较好的试验结果,它们的滚流值明显高于EA111系列丁引机型,而流量系数却略有逊色。
9.燃烧过程的优化
进气道的设计成为了优化EA211系列机型燃烧过程的基础,并运用计算流体动力学(CFD)模拟计算方法支持其优化工作,其中的重点是使燃油喷束特性与缸内充量运动匹配。
基于小型TSi汽油机的单位负荷较高,再加上多孔喷油嘴与高喷油压力相结合,不仅在最小喷油量时,而且在全负荷工况下都为混合汽的准备获得了最佳的状态,运用模拟技术能够优化多孔喷油嘴的喷束特性、喷油器的喷油节拍(指每循环的喷油次数及其间隔)及其他与缸内充量运动相配合因素等。
每次循环最多能进行3次燃油喷射,从怠速运转直至高达4000r/min转速范围内的全负荷都进行多次喷射,喷油压力最高可达200bar(1 bar= 100kPa)。新进气道产生的稳定的充量滚流与圆周上不对称分布的5孔喷射油束相结合,能够放弃在最小复合以及在催化转化器加热运行等特殊工况下用于引导混合汽形成的活塞顶凹坑。
火焰前锋从火花塞开始沿着径向均匀传播,即使在边界运行范围内也不会产生爆燃。因此,紧凑的燃烧室设计具有较短的火焰传播途径、向四周伸展的火花形态以及燃烧室中的高扰流等因素综合改善了部分负荷范围内残余废气的相容性,降低了爆燃倾向,提高了燃烧效率。
EA211系列TSI汽油机的燃烧过程具有较高的燃烧速率,从而降低了爆燃倾向,这非常有利于降低燃油耗。由于全负荷特性曲线燃烧持效期缩短了约10°曲轴转角,因而混合汽准备时间可以大大缩短,即使压缩比从10.0提高到10.5(在按ROZ95高辛烷值设计情况下),燃烧重心也处于较早的位置,同样爆发压力也要比EA111系列机型出现得早些,同时也要高些。总体来讲,EA211系列机型的比燃油耗最多可降低20%(见图76)。
即使在部分负荷情况下,燃烧过程也能使燃油耗降低,主要是通过提高压缩比和残余废气相容性来实现的。因为进一步避免了壁面润湿现象,所以即使在发动机很冷的情况下也能形成较浓的混合汽。
10.燃油耗和废气排放
新EA211系列汽油机成功降低了燃油耗,1. 4 L-TSI汽油机的新欧洲行驶循环燃油耗比EA111系列机型降低了8%-10%a装备标准部件的横置式模块化发动机与车辆的全面优化相结合可使紧凑型轿车(Golf或Audi-A3)的平均燃油耗处于大约5.0-5.2L/100km范围内,这相当于CO2排放量为120-125g/km,而功率为103kW的1.4L-TSI汽油机在具备汽缸切断功能同时节油最多可达20%,这种新的汽缸管理功能作为单项措施可使燃油耗降低大约0.4L/100km,特别是在低负荷和低速行驶情况下还能发挥更大的潜力。
如果车辆的发动机经常在高负荷工况下运行,那么排气歧管因集成在汽缸盖中能降低全负荷燃油耗而获得很大的收益。这种新设计方案还有另一个效果就是改善了乘客车厢的采暖效果。