解析第三代EA888发动机 亮点布满身

2013-10-16 21:23 来源:电子信息网 作者:蒲公英

如果要说当下量产发动机上比较先进的技术,大众的TFSI必占一席之地。2004年,首款TFSI发动机问世,而大众在2006年发布的EA888系列,自2007年3月在国内投产,截止到去年7月份,共生产了100万台,基本大众的B级车、奥迪A4L和Q5以及斯柯达的大部分2.0T车型上都是搭载的这款发动机,绝对称得上是大众的“明星”发动机。

如今大众要在中国引入这款发动机的第三代产品。与第二代相比,第三代EA888上有很多首次在大规模量产发动机上应用的技术。这些让人眼花缭乱的技术是否可以真正为第三代EA888加分?这款布满技术亮点的第三代EA888又能否取代上一代产品成为“今日之星”?还是先看看第三代的家当究竟如何吧。

典型德国工程师思路:缸盖内置的排气歧管

在大众列出的第三代EA888技术亮点中,最引人注目的就是缸盖内置的排气歧管。虽然其他技术也是首次在大规模量产发动机上出现,但是这项技术相对来说非常独特。

对发动机结构熟悉的人都知道,发动机的缸盖结构形状非常复杂,需要安置进排气凸轮轴、进排气门、气门摇臂、火花塞、进排气道、冷却水道等,直喷发动机还有喷油嘴,现在大众还想在狭小的空间中再加上排气歧管,除了增加复杂度之外,缸盖高度必然增加,发动机高度也会随之增加。

此外,发动机排气歧管的温度很高,四缸发动机的排气终点温度大多在900K-1100K(约为626-826°C)之间,而排气歧管与缸盖对散热的要求不同,因此,还需要解决冷却问题,要对冷却管道重新设计。可以说,这样的改动在设计和验证上需要耗费极大的人力物力,那么,大众如此改动的目的何在呢?

在车云菌看来,大众的目的在于降低涡轮增压器的进气温度和压力,从而减低涡轮的负荷,提高涡轮寿命。同时,因为在进入涡轮之前进行冷却,相当于提高了涡轮的进气温度限制,可以允许发动机有更高的排气温度,也就意味着可以将发动机的输出功率和扭矩调校得更高。而这样,也让中冷器的存在变得可有可无,涡轮的结构可以得到简化。

如图1所示,第三代1.8升EA888与第二代1.8升EA888在输出扭矩上的差距相当明显,第三代1.8升EA888的动力性能直追第二代2.0升版本。这其中就有缸盖内置排气歧管的功劳。

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图1 第三代1.8升EA888与第二代两版本性能曲线对比

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图2 排气歧管结构

第三代EA888排气歧管的最终结构如图2所示,在缸盖内与冷却水道毗邻。在这样的结构安排下,缸盖内热量交换在狭小的空间进行,而排气歧管的温度又很高,因此会存在极端的温度梯度。为了优化发动机的热力和热机械性能,兼顾不同负荷下的冷却效果,还需考虑量产的可铸性和可行性,对于大众来说,是个相当有难度的挑战,也是个费力难讨好的路子。

最终,通过对缸盖密封垫横截面的设计,来调整和划分缸盖和缸体上冷却水的流量:冷却水中75%在缸盖内循环,主管排气歧管的冷却;剩下的25%在缸体与缸盖间循环,对缸体和缸盖进行冷却,这部分冷却管路同样会经过排气歧管,加强其冷却效果。在对排气歧管的冷却中,热应力集中全区域的冷却尤其重要,否则温度过高,容易出现局部的冷却水沸腾情况。

在研发之初,因为缸盖内受热情况复杂,常规的模拟算法已经无法满足要求,大众还专门为此开发了一些新的算法。大众在对此款发动机进行宣传时,曾说,这是世界上首款使用这种方法来设计的排气歧管。当然,一般的汽车制造商也不会用到如此复杂的算法,因为没谁会想到利用缸盖内的冷却水道对排气进行冷却来。

或许这样对涡轮增压器的好处是十分明显的,即提高了寿命又精简了机构,然而代价是缸盖结构复杂度和负荷的增加,寿命肯定也会受到影响。另外,从图3看,与上一代发动机整体相比,起动瞬间的沸腾强度大幅增加,从维护角度,也很难说真正地得到了优化,典型的德国工程师思维:制造出一个全新的东西去解决固有的问题,然后又产生新的问题。

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图3 缸盖受热模拟算法

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发动机 EA888

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