Audi汽車技術介紹

一 Vairable Valve Timing-可變氣門正時

   使用凸輪軸作為開關進排氣門裝置的傳統發動機因先天限制之故，發動機要有最佳動力輸出，各個轉速區間需要的進排氣門開關時間其實并不相同；例如在怠速為了讓發動機運轉平穩，燃燒室殘余廢氣要盡量減少，進氣門需晚開晚關；高轉速需大馬力，排氣門晚開晚關好讓爆發在活塞上作用時間盡量延長....等等。傳統的作法是，依據發動機的市場定位與用途，設定一個折衷的固定正時(這也是為何會有改裝"高角度凸輪軸"的原因)。

   VAG的這套可變正時裝置可以在發動機運轉時調整凸輪軸與尺盤之間偏移角度，解決部分上述設計難題(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調整器，這個調整器實質上是一個雙向油路環型油路裝置，電磁閥用來導引機油流向來調整尺盤與凸輪軸之間的偏移角度，進而調整正時的提前或延后。至于角度的提前或延遲，監理計算機會依據發動機轉速、進氣質量及溫度、冷卻水溫，比對儲存在計算機中的程序參數

   后運算出結果。曲軸位置感應器感應曲軸偏移的角度，如果偏移量(偏移量由機油壓力驅動)太大，計算機會指示電磁閥讓機油壓力反向流動，如此反復調整。具有本裝置的發動機目前有福斯的2.8V6, 2.3V5, W8, W12。

二 W系列發動機Volkswagen

   這個系列的發動機是由2個V型狹夾角(15度)發動機組合而成，2個V型氣缸再以72度夾角組合，從側面看來宛如W字故以此為名。VAG旗下的W發動機目前有W8與W12兩款。右圖是W與傳統發動機在氣缸排列構型上的差異。

   W發動機的曲軸箱分為上下2個部分，容納活塞的上半部由硬度高的「過共析鋁硅合金(AlSi17CuMg)」制成；承受較大應力與震動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一步降低運轉震動。

   W發動機有兩個鋁材質氣缸蓋，每個氣缸蓋有兩支凸輪軸控制每缸四個進排氣門。凸輪軸的驅動由鏈條帶動，W8與W12都有連續式可變氣門正時裝置，可在各轉速曲間微調氣門開關時間。

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動機，TDI是專門用在轎車上的柴油發動機，有別于商用車用柴油發動機的吵雜粗造，它的運轉平順噪音低，已相當接近汽油發動機的水準，且仍保有柴油發動機低油耗與大扭力的特色。

   傳統的噴射系統，噴油嘴將燃油噴入進氣歧管與空氣混合后，再吸入燃燒室內壓縮點燃。直接噴射則是將燃油直接噴入已壓縮的氣缸內，其優點是在點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（許多汽油發動機也開始使用這項技術，不過汽油的燃點較柴油低，要克服諸如爆震，排氣含過多氮氧化合物等技術問題）。TDI發動機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動機高出約50%，這表示在走走停停的行車環境中車子的油門反應快比較好開。

   97年出現每缸四氣門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動機。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，并使用量產車上極罕見，屬于高科技的葉片角度可調渦輪增壓器）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，而新發展的V型8氣缸3.3升TDI更可輸出225hp/480Nm。根據歐盟標準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準。可以說是最省油的高性能發動機。

四 VR6發動機

   在VAG集團計劃將福斯汽車推向高級車級距的同時，福斯許多骨子里流著國民車血液的發動機系統面臨了被汰換的命運。

  少數例外之一就是傳奇的VR6，不僅如此，由VR6衍生而來的VR5,W8,W12等各式衍生發動機，在VAG集團高級化過程中將扮演非常吃重的角色。

   VR6設計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V6發動機則呈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V6上分離的兩個氣缸蓋便被整合在一起，機械機構得以大幅簡化，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，在行路表現上有行云流水的順暢感。甚至與問世時間晚許多的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的運轉平順度只有四缸發動機的水準，經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型發動機，但已有極可觀的進步。難能可貴的是，VR6沒有新發動機常有的可靠度的問題；盡管研發過程并不順利，預定問世時間一再延遲，VR6的可靠度卻有超越傳統老四缸發動機的高水平表現，后續衍生型式也保有相同的水準。

五 Turbocharger

   一般自然進氣發動機所需的空氣是藉由活塞向下移動所產生的真空吸力，向大氣中"吸收"進入發動機的；隨著發動機轉速的提升，空氣還來不及充滿燃燒室前，進氣門就已經關閉的情形會越來越嚴重，也就是容積效率(Volume efficiency)會越來越差。渦輪增壓器Turbocharger的功用就是用強迫的方式將空氣硬擠入燃燒室內，徹底消除容積效率會隨著轉速提高而逐漸降低的問題，讓燃燒室內每單位體積充滿更多的氧分子與油氣，來提升動力輸出。

   雖然使用渦輪增壓可以解決容積效率的問題，但是灌入發動機的空氣壓力不可太高，否則發動機將嚴重受損。所以增壓器上面都會有旁信道的裝置，它的工作原理如左圖所示：進氣歧管內的增壓壓力高過一定的程度，便會迫使旁通閥打開，讓一部份廢氣從旁信道排出，以降低增壓壓力。在比較先進的發動機監理系統上(如A4/B5)，旁通閥由監控計算機控制，不再是單純的機械裝置。

六 Adjustable Turbocharger

   發動機動力輸出的特性相當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動機低轉速時提供良好的反應，卻會在發動機邁入高轉速時限制發動機輸出功率；大增壓器雖然可以幫助發動機輸出較大的功率，但發動機在低轉速卻達不到需要的動力輸出(增壓遲滯現象)。

   可調式增壓器可以部分改善這個先天缺陷；它的作動原理如上圖所示，發動機轉速低時(如右上小圖所示)，可變葉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，所以發動機在低轉速也可以有理想的動力輸出；發動機轉速提高時，可變葉片也會逐漸改變角度，讓信道變寬降低廢氣速度，和緩增壓壓力。所以可調式增壓器不需要旁通閥(如左上圖所示)，可調葉片可也配合發動機轉速提供最佳的增壓壓力。除了上述的優點之外，可調式增壓器還有下列優點：

   ·排氣回壓力低，可改善高轉速時的油耗。

   ·發動機隨時保持在最佳增壓狀態，可降低排放污染。

七 FSI直接噴射系統

   傳統的燃油噴射系統將燃油噴于進氣道， 再由活塞吸入燃燒室內。 直接噴射系統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到最佳化，燃油也不會再凝結在進氣歧管中形成浪費，汽油的燃燒可以達到理論上稀薄燃燒的理想程度。不過VAG的這套FSI系統又以控制進氣氣流的方式更進一步提升燃燒效率。

   請注意右圖下的"Stratified-charge operation"在進氣道上有一個類似節氣門的活瓣物體，空氣流過該活瓣后會形成紊流，燃油在活塞的壓縮行程中注入燃燒室內，這道紊流加上在壓縮行程注入燃油形成混合氣會在火星塞附近聚集的效果，混合氣燃爆后廢氣周圍還會形成一圈未燃氣體，隔離廢氣與汽缸壁，發動機效率可因此提升。在Stratified-charge operation中空氣與燃油的質量比可達驚人的4，這是稀薄燃燒發動機的新里程碑。Stratified-charge operation適用于中低轉速，當于發動機需全力運轉的高轉速會切換為Homogenbetrieb operation，此時活瓣會完全開啟，燃油會在活塞向下移動吸氣時噴入，整個行程無異于其它直接噴射系統。

造就FSI的成就的另一個因素是高達110bar的汽油壓力(一般噴射系統多在5bar以下)，讓燃油得以在瞬間完全霧化。稀薄燃燒發動機的最大缺點是會排放大量的NOx氮氧化合物，FSI在觸媒轉換器之后加了一個很特別的"氮氧化合物專用觸媒"，用來將氮氧化合物轉化為氮氣與氧氣，配合一般觸媒上的2個含氧感應器，以及氮氧觸媒上面的溫度感應器與氮氧感應器，來嚴密監控排放廢氣。

FSI首先運用于4缸2升發動機，它源自于20V 2.0發動機，但為了空出安裝噴油嘴的空間，每個汽缸少了一個氣門而成為4個氣門，汽缸本體則完全不變。