奥迪第三代EA888发动机全能技术解析

http://www.qipei.hc360.com2015年03月12日15:25 来源:中国汽车发动机网作者:宋卫东T|T

    在2014年年底,由美国权威杂志《Ward'sAutoWorld》杂志社评的“沃德十佳发动机”获奖名单出炉,第三代EA888发动机继续蝉联了这一殊荣。评委们对这款发动机的评论是:这台发动机是家族中的第三代产品。相比上一代发动机,新发动机虽气缸结构未发生变化,但整体性能有了明显提升。

    

    遥想在2006年,伴随着新一代奥迪A4的诞生,一台具有革命性的汽油直喷发动机也随之展现在大家面前,它就是第一代EA888发动机,伴随着可变正时气门和直喷技术的应用,这款涡轮增压发动机在低速扭矩的表现上尤为突出,同时也大大提升了经济性,成为当时非常耀眼的一颗新星。2011年,随着新奥迪A4在海外的面世,第三代EA888发动机也随之浮出水面,而这第三代EA888发动机也像当年第一代EA888面世一样,引起了不小的轰动。在国内,随着2015款Q5的上市,国产第三代EA888发动机也展露出了真容。第三代EA888的变革撼动了发动机的传统结构,让我们认识到了发动机原来还可以这么造。

    排气歧管跑到了缸盖内

    在当年做发动机设计课程时,最让我头痛的就是缸盖部分了,因为这里有结构复杂的正时、进排气、点火系统。而当我看到第三代EA888发动机时深深被它有着唯美外表的缸盖所吸引住,因为传统粗糙的排气歧管已经暗藏到了缸盖里,让它的表面展现出一种金属的艺术感。这也是奥迪首次在缸盖内集成了废气冷却系统以及废气再循环系统,可想而知它的设计难度。

    

    把排气歧管直接放在了缸盖之内,使发动机结构更为紧凑和整洁。好处还有缸盖内的水冷系统可以快速降低排气温度,使到达增压器的废气温度大大降低,使增压器的工作温度随之降低,大大提升了进气效率,在高负荷情况下效果尤其显著。另外,这非常有利于寒冷地区冷启动时的快速升温,让排气热量也能更好地被空调暖风系统等设备使用。总之是提升了发动机的热效率。另外,使用了耐高温涡轮增压器,在高转速时取消了用于保护涡轮的全负荷加浓工况了。因此,在正常行驶工况以及以运动方式驾车行驶时,燃油消耗就明显降低了。

    另一项重要改进,就是在排气凸轮轴上也有凸轮轴调节器了。这样的话,在操控换气过程时,就可以达到最大灵活度了。奥迪气门升程系统与排气凸轮轴调节器一起使用,就可满足在全负荷和部分负荷时对于换气的不同需求了,其结果就是能快速产生所需力矩。发动机在一个转速很宽的范围内都能获得高达350Nm的扭矩,这样的话就能更轻松的与各种变速器匹配,同时也就降低了燃油消耗。

    气缸盖内本就结构复杂,在狭窄的空间内再布置排气歧管绝非易事。此外,由于排气歧管工作时的温度较高,冷却要求与缸体和缸盖不同,所以对冷却系统也提出更高的要求。对于发动机缸盖的制造工艺也提出了巨大挑战,缸盖内的冷却系统也进行了全面改进,这也导致了全新一代热管理模块的应用。

    更先进的热管理模块

    奥迪在开发第三代EA888发动机时深感传统冷却系统需要变革,再加上缸盖结构的改变,改变冷却系统也是势在必行,于是和舍弗勒共同开发了新一代多功能热管理模块TMM。在发动机暖机阶段,模块完全关闭发动机水套循环或将循环保持在一个较小的流量。发动机温度达到正常水平后,热管理模块可根据发动机负荷和外部环境将冷却液温度快速且灵活地调节至不同的水平,保证发动机运行在最佳状态。

    

    与前一代使用传统蜡式节温器的机型相比,通过使用热管理模块可更准确地进行温度控制,冷却液的升温速度提高了约30%,达到目标机温度的时间缩短了约50%。发动机快速升温也能带来许多好处,如减少冷启动产生的摩擦,降低油耗、减少二氧化碳排放量等。有效使用热管理模块可降低每公里4g的CO2排放。

    双喷射系统更高效

    随着汽油缸内直喷技术日渐普及,车辆的低速动力和燃油效率都得到了提升,不过要兼顾低速和高速动力单靠缸内直喷是无法实现的,第三代EA888发动机的变革就是采用了缸内直喷和歧管喷射的双喷射系统,就是缸内直喷(FSI)和传统多点电喷(MPI)同时工作。奥迪新的复合喷射系统不但获得了均衡的高低转速动力性能,同时也降低了排放。同时高压喷射系统也采用了更高的直喷压力,从先前的150Bar上升到200Bar。

    

    全新设计的涡轮增压器

    由于排气歧管的变化,第三代EA888的增压器也要进行重新设计,于是采用了基于石川岛播磨(IHI)的RHF4型增压器。新的单涡轮增压器在转子和壳体等方面都进行了改进,以兼顾低速扭矩和高负荷工况的性能表现。另外,由于较短的排气距离,涡轮增压器被废气推动的效率得以提升,但是也需要对点火重新设计,确保排气不会干涉(尤其是低转速下这种干涉可能会比较明显)。

    第三代EA888发动机还首次采用了电动废气阀和泄压阀,这有利于对废气阀/泄压阀开启的时机和开度进行精确控制,一方面可以提升整机的经济性,另外又可以主动开启废气阀让催化器快速加热,减少车辆启动时的冷机排放。同时在结构上也首次把氧传感器布置在涡轮增压器上游,能更早对排气成分进行分析,进而实时调整发动机混合气的浓度,进一步提升发动机的效率和动力性能

    

    摩擦力优化和轻量化设计

    在第三代EA888发动机中,设计师们重新设计了与摩擦相关的主要组件。例如,对活塞衬套和活塞环进行改进以减小与缸体之间的摩擦力;使用的可切换式活塞冷却喷嘴提升压缩进程和低负荷下的冷却效果,提升曲轴传动性能等。另外,在第三代EA888发动机的轻量化设计上也是下了一番功夫,轻量化设计的最直接贡献就是油耗的降低。第三代EA888发动机的整个缸体重量仅为32kg,比上一代轻了5kg。3mm的气缸壁厚度也堪称史上最薄。与第二代发动机相比,曲轴主轴承直径从52mm降至48mm,平衡重块的数量从8个降至4个,可以使重量降低1.6kg。主轴承的上轴瓦和下轴瓦都是双层无铅轴承,可保证适用于智能起停的工作模式。

    由于发动机排量和缸数的减少,平衡轴正在被越来越多地使用,因为这可以使小型发动机运行相对平稳,以使用户得到更舒适的用车环境。但由于平衡轴的支撑轴承(轴瓦)具有一定的摩擦阻力,因此平衡轴会“吃掉”一部分发动机的能量。而对于第三代EA888来说采用了舍弗勒创新的滚动轴承来代替轴瓦,使平衡轴摩擦损失减少了50%。另外,在几何结构上也进行了优化,这一举措可以使EA888发动机的重量减少1kg。

责任编辑:梅琴

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