被神化了的奥迪TDI发动机

被神化了的奥迪TDI发动机无论是附加了多少技术的柴油发动机，永远都跳脱不了一个先天的缺陷，这个缺陷是由于柴油本身的特性造成的，那就是发动机响应速度慢，下面让我们从技术的角度彻底剖析一下这款拥有众多技术的TDI发动机。随着油价的上涨，在欧洲柴油发动机已经开始大行其道。近两年，越来越多的中国用户也开始关注起柴油发动机。那么为什么柴油发动机能够比汽油发动机拥有更高的经济性呢？大众奥迪集团一直鼓吹的TDI到底是什么样一种柴油发动机技术？与竞争对手相比优越性到底体现在哪里？TDI实际上是大众奥迪集团开发的一种带涡轮增压的直喷柴油发动机的名字。与传统的柴油发动机相比较，它主要拥有电控缸内直喷，涡轮增压，共轨供油这三项技术，再加上可变涡轮增压值，以及可变进气截面积技术，使其成为十足用技术武装起来的柴油发动机。那么这些技术对于性能的提高起到了哪些作用呢？要了解这个问题我们首先的来了解一下柴油这种燃料与汽油相比优越性是什么。其实任何一种燃料都有一下可以从一下几个方面来衡量其性能：流动性，挥发性，发火性，燃烧速度。对于汽油和柴油来说，这些性能都存在很大区别。我们知道汽油的流动性和挥发性是很强的，如果汽油漏油，那么离很远就能闻到汽油味，而柴油其流动性比汽油差，粘度较大。对于发火性来说，柴油也是次于汽油的，有生活常识的人都知道汽油是极易燃烧的液体，遇到一点点明火就能迅速燃烧，并且燃烧速度非常快。柴油则刚好相反。柴油直接用火时点不燃的，必须在高温高压环境下才能燃烧，而且燃烧速度比汽油慢很多。不过别看柴油在上述性能中都比汽油要次，但这正是其优越性之所在。我们知道对于汽油发动机来说，压缩比越高那么汽油的燃烧效率就越高，燃烧同样多的汽油放出的热量越多，并且燃烧更充分排放更低。但是压缩比是不能无限制增高的。因为在发动机的压缩行程中混合气体会放出大量的热，过高的压缩比会使混合气在活塞达到上止点之前开始自燃，这样会使发动机产生爆震严重丧失动力以及损害发动机。所以汽油发动机的压缩比不能设计得太高，通常自然吸气的汽油发动机压缩比在9.0-10.3左右即便是稀燃发动机压缩比也不会超过13。不过对于柴油来说情况要好得多，柴油的发火性差。需要高温高压才能燃烧，所以柴油发动机的压缩比可以比汽油发动机高很多，而且柴油发动机在压缩行程时，压缩的是纯空气，只有到了压缩终了时柴油才会喷出。自然吸气的柴油发动机的压缩比通常能到到18左右。所以柴油发动机的工作效率比汽油发动机要高很多，并且高压缩比能够使混合气燃烧更充分，因此柴油发动机的一氧化碳和碳氢化合物的排放比汽油发动机要少。经济型自然也更好。也正是因为柴油的性质稳定，而且不需要点火系统引燃，自己能够在高压缩比环境下压燃，所以柴油发动机省去了整套点火系统，这样可靠性更高，安全性也更高。基于柴油不易燃烧的特性，涡轮增压在柴油发动机上也更容易实现。其实对于涡轮增压的汽油发动机而言最大的制约增压值提高的瓶颈就是汽油的易燃烧性。因为我们知道无论是发动机的压缩行程还是涡轮增压器对空气的压缩都是会放热的，虽然可以通过中冷器降温，但毕竟有限，所以汽油发动机如果要采用涡轮增压则必须降低压缩比，通常中值增压的汽油发动机压缩比能降到6左右。这样会使得发动机工作效率降低。那么对于柴油发动机来说，基于柴油的稳定性，在采用了涡轮增压的同时压缩比仍然能保持相对较高的水平，所以能够进一步提高燃烧效率，这样带来的直接好处就是经济性的提高和废气排放的降低。不过由于柴油的燃烧速度慢，并且为了设计高压缩比活塞行程都比较长所以传统的柴油发动机转速都很低，而且供油系统采取的都是机械喷射。再加上柴油的挥发性差，所以不能像汽油那样迅速挥发跟空气混合。这样一来制约柴油发动机工作效率的最大因素就是其混合性能。对于传统的柴油发动机来说在气缸以外会专门设计一个球形的混合室。机械喷油器定时定量的把所需柴油喷射到这个球形混合室中来，在球形混合室中产生强烈的回旋涡流，让空气和柴油尽可能的混合。不过传统的机械喷射受到供油压力的限制很难实现理想的混合状态。对于TDI柴油发动机来说，它采用了共轨技术，抛弃了老式柴油发动机采用多个分泵的设计，而是靠一个油泵提供高压燃油，然后依靠共轨把这些燃油分配给各个气缸。所以供油压力能够明显提高TDI的供油压力能达到2000bar。高压力的喷射让燃油更加能够充分与空气混合，缸内直喷也得以实现。TDI除了共轨高压喷射以外另一个技术亮点就是缸内直喷。如图与传统柴油发动机不同，TDI通过电控喷油器把定量的柴油直接喷射进气缸。由于柴油的压缩比高，所以在压缩终了时气缸内的缸压也非常高，经过高压泵加压以后的柴油喷射进气缸内后迅速在活塞顶部行程强烈的回旋涡流，从图上我们可以看出活塞顶部设计有特殊形状的凹槽，喷油器成锥形喷射燃油，在活塞顶部形成强烈回旋，加上活塞在压缩行程中顶部凹槽内本身也会有强烈的涡旋，以及回旋设计的进气道，都能有助于增加涡流的行程机会。所以燃料能够尽可能的跟空气混合，提高燃料燃烧效率达到提高经济性降低排放的目的。不过这种设计的震动和噪音比较大，所以这也是TDI发动机的一个弊端。大众和奥迪通常是通过隔音的手段来组织噪音合震动传入驾驶舱的。而发动机本身震动室不可小视的。TDI的第二个技术亮点就是其涡轮增压技术（如图）-空气被涡轮增压器压缩以后密度大幅度增加，高密度的空气就意味着有更多的氧气能参与燃烧，那么动力性自然也能大幅提高，不过由于压缩后的空气会放热，所以TDI发动机还配备了进气中冷器来降低进气温度，从而更好的配合缸内直喷以及高压缩比的设计。不过无论是附加了多少技术的柴油发动机，永远都跳脱不了一个先天的缺陷，这个缺陷是由于柴油本身的特性造成的，那就是发动机响应速度慢。几乎所有的柴油发动机都存在这个毛病。因为柴油的燃烧速度比汽油慢得多，所以导致发动机的油门响应性降低，在加上涡轮增压的通病涡轮迟滞，使得TDI发动机在起步顺间的提速并不是那么理想。但是柴油发动机的经济型是绝对不容置疑的，这也是为什么德国很多厂家大力发展大排量柴油发动机的原因。奥迪甚至推出了V12缸6.0升TDI发动机。功率达到500匹扭矩超过1000牛米。无论功率多大，柴油发动机的响应性问题仍然不能回避。排放方面，也得打破很多人的惯性思维。很多人认为柴油发动机在废气排放方面的环保性能一定比汽油好很多，其实不然。的确在缸内直喷合高压缩比的帮助下，柴油比汽油燃烧更加充分，更加完全。但这只能有益于降低因燃烧不充分引起的一氧化碳合碳氢化合物的排放。对于氮氧化物的排放柴油发动机不但不能降低，甚至比汽油发动机高很多倍。因为氮氧化物主要是燃烧时空气中的氮气根氧气结合发生反应所致。氮气是一种很稳定的气体，正常情况下是很难跟氧气发生反应的，但是在高温高压下，部分氮气会跟氧气反应产生氮氧化物。我们知道柴油的压缩比比起有高很多，所以柴油的气缸内压力是非常大的，这样正好给氮气跟氧气的结合创造了机会。所以氮氧化物的排放成倍增加。不过好在有三元催化器可以对氮氧化物进行催化反应，排放才能得以控制，但可见柴油发动机的排放性能也不是想象中的那么好的。所以归根结底一句话，柴油发动机并不完美，虽然有很多经济性上的优势，但跟汽油发动机相比仍然存在一些缺陷。