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,大众凌渡的动力系统同样值得关注

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。

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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。

凌渡作为上海大众推出的首款轿跑车型,自首次发布以来一直备受关注。外形方面,大众凌渡采用了流畅的轿跑造型,加上宽体设计使其拥有了出色的视觉效果。不过除了优美的设计,大众凌渡的动力系统同样值得关注。第三代EA888发动机+全新DSG七速湿式双离合变速器,凌渡绝对是一名称职的跑男。

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典型德国工程师思路:缸盖内置的排气歧管


2014年2月20日,一汽-大众奥迪宣布奥迪A5家族2014年型正式上市。2014年型奥迪A5的最大特点是,奥迪A5 40 TFSI车型全部换装第三代EA888 2.0 TFSI发动机。这也是奥迪第三代EA888发动机系列首次登陆中国。

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。

此前我们已经对上海大众凌渡进行了详细的外观、内饰和配置方面的解析,您可以点击下方的相关阅读进行了解。

本次2014款奥迪A5/S5车型阵容庞大,共有19款车型,售价在49.98万至85.8万,具体价格如下:

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。

点击观看更多上海大众凌渡精彩视频

代言《奔跑吧,兄弟!》使凌渡未上市即拥有了非常高的人气。兄弟们奔跑起来需要强健的身体,而想让汽车奔跑起来,并且跑好,跑快,跑出自己的风格,那么一定离不开一台出色的发动机。今天我们就来聊聊凌渡搭载的那台第三代EA888发动机。

2014款奥迪A5/S5官方 指导售价

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?

点击了解2015年沃德十佳发动机名单

言归正传,下面我们就来看看,第三代EA888究竟有什么技术亮点,它又凭借什么蝉联了强手如云的沃德十佳发动机评选。

车型名称

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。

缸盖受热模拟分析及冷却系统效率图

第三代EA888通过调整缸盖和缸体内冷却液的流量分布,最终实现了理想的冷却系统。从冷却系统的效率图来看,虽然发动机启动后的沸腾强度较高,但当冷却系统介入后,工作温度下降的更快。

售价

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。

热管理系统

在冷却循环系统中,EA888采用了电机主动控制,相对于以前的热敏传感器的控制方式相比,电子节温器可更准确的进行温度控制。此前提到的利用排气歧管的热量,快速热机也能带来许多好处,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。从第二代EA888的温度对比图来看,第三代EA888暖机更快,工作温度也更高。

A5 Coupe 40 TFSI

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第二代与第三代1.8升EA888温度曲线对比

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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

全新设计的涡轮增压器

由于排气歧管布局的改变,大众还重新设计一个涡轮增压器。首次使用了电控泄压阀,与上一代的压敏装置相比,能够更快速和精确地控制排气泄压阀的开闭。另外,氧传感器也设置在更靠近废气涡轮口,这样能更早得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。

A5 Coupe 40 TFSI quattro

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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;曲轴轴承的尺寸调整以降低设计裕度;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,大众在第三代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发动机的整个气缸体重量仅为32kg,比上一代轻了5kg。3mm的气缸壁厚度也堪称史上最薄。

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图2 排气歧管结构

实际表现如何?

A5 Coupe 50 TFSI quattro

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。

第三代1.8升EA888与第二代1.8L/2.0L性能曲线对比

从上表来看,第三代1.8升EA888发动机可在1400转下便能爆发出320Nm的最大扭矩,并一直持续到3700转。而右边的坐标图显示在1500转额定不变的情况下,第三代的1.8升EA888发动机不足3秒便能到达峰值扭矩。

具体到凌渡身上,这台EA888发动机的调校为最大功率132kW,峰值扭矩为300Nm。据悉,搭载全新EA888发动机的凌渡百公里加速仅需7.9秒,这样的动力表现无愧于它轿跑车的身份。

总结:凌渡可以说是一款内外兼修的车型。不仅拥有视觉效果极为出色的轿跑外形,第三代EA888发动机加身让其内功同样深厚。排气歧管集成在缸盖内、先进的热管理系统、复合喷射系统配合涡轮增压的使用,不仅使第三代EA888发动机性能上实现质的飞跃,同时在油耗和环保方面也更胜一筹。这两个理论上互相矛盾的表现却能同时得到提升,就像将以快制敌的咏春拳和四两拨千斤的太极拳融为一体,有何理由不成为一代武林宗师呢?

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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。

A5 Cabriolet 40 TFSI

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。

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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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以精细之名:摩擦力优化设计与热力管理系统

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虽然缸盖内置排气歧管的设计让人忍不住想要吐槽,不过第三代EA888技术上的闪光点并不会被此遮盖,比如精细化设计了的摩擦力和热力管理系统。

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在第三代EA888中,与摩擦相关的主要组件都全部进行了重新设计。比如,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;曲轴轴承的尺寸被适度减小以降低设计裕度,避免不必要的浪费和统一寿命;首次使用的可切换式活塞冷却喷嘴提升了压缩进程和低负荷下的冷却效果,进一步提升了曲轴传动性能;而可变压力/流量的滑油泵减小了发动机的热负荷。

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为了降低燃油消耗,大众在热力管理系统上也下了不少功夫。除了首次使用电控冷却液恒温器之外,冷却循环也被设置得更加精细。

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电控冷却液恒温器可以通过设定,让冷却液在发动机起动时保持固定不动,从而更快地进行暖机。当检测到系统某个组件的温度达到了设定的温度之后,回转阀门会根据需要打开一定角度,让冷却液以最小流量缓慢流出,不会对暖机造成影响。

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图4 电控冷却液恒温器

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随着发动机工作温度的升高,同样用于温度控制的油/水热交换器(由电控冷却液恒温器控制)和变速器的热交换器(由附加的可切换式开关控制)会依次开始工作。当冷却液的温度达到107°C时,冷却液恒温器就会引入发动机主冷却器中的冷却水,保证冷却液的温度不会超过设定值。电控冷却液恒温器可以根据发动机的不同工况,设置冷却液的最高温度,提高发动机在全工况下的热效率。

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在奥迪A4上,发动机的热力管理系统是由自动加热系统控制的。自动加热系统通过可切换开关和电控加热泵控制供热循环的开启和关闭。供热循环的热量来自于缸盖内部的排气歧管。在系统控制下,可以让发动机的部分组件温度尽快提升,如活塞衬套组件,从而带来更低的油耗。

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下图是带自动加热系统的第三代1.8升EA888与第二代EA888在NEDC工况下的温度曲线对比,从图中可以看出,第三代EA888的工作温度和暖机速度明显优于第二代,使其每公里二氧化碳排放量大约降低了2.5g。

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图5 第三代1.8升EA888与第二代1.8升EA888温度曲线对比

A5 Coupe 40 TFSI 风尚版

法规推动下的进步:FSI+MPI双喷射系统

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FSI与MPI相结合的双喷射系统并不是大众的首创,丰田的D4-S发动机就是用的双喷射系统,但双喷射系统的意义对于大众和丰田却是不一样的。双喷射系统能够根据不同的工况选择不同的喷射方式,除了兼顾低转速和高转速下发动机的性能表现外,最重要的,是进一步降低碳排放,满足欧盟越来越严苛的碳排放法规限制。与第二代相比,FSI直喷压力最高从150bar调整到了200bar,但是双喷射系统加上更高的直喷压力对于燃油系统的稳定性也提出了更高的要求。另外,国内汽油油品一直参差不齐,整体较低,因此,如何更好地适应中国“国情”也是大众需要考虑的问题。

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图6 双喷射系统

A5 Coupe 50 TFSI quattro 风尚版

为了满足大幅提升的输出功率和全负荷下更优的燃油效率,奥迪在1.8升版本上配置了第二代2.0升才具有的奥迪可变气门升程系统。同时,第三代还在排气凸轮轴上增加了一个凸轮调节器,为对压缩过程的控制提供最大的自由度。

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TFSI技术核心:涡轮增压器

A5 Cabriolet 40 TFSI 风尚版

对于TFSI技术来说,核心还是涡轮增压器。第三代EA888上使用的是由日本石川岛重工提供的RHF4型涡轮增压器,在转子、涡轮、涡壳以及气体管道设计上均有所提升和加强。

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A5 Cabriolet 40 TFSI quattro 风尚版

图7 排气管与涡轮增压器

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因为排气歧管的重新设计,排气歧管的长度整体减小,缩短了排气过程,使进入涡轮的气体冲量增加,从而减小了气缸内的残余废气数量,同时也增加了排气能量,提升了增压性能。

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涡轮上首次使用了电控泄压阀激励器,与上一代的压敏装置相比,能够更快速和精确地控制排气泄压阀的开闭。

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另外,涡轮上同时也首次在前部安装了氧传感器。在这里安装氧传感器的好处是,可以更早地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。

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涡轮增压器的壳体由铸钢制成,使涡轮增压器可承受的最大进气温度达到980℃,叶轮的制作材料也由713 C铬镍铁合金取代了MAR。从文章的图1中也可以看出,在动力性能上,第三代EA888 1.8升完全可以取代第二代的2.0升版本,除了能够大幅度提高热效率和机械效率,同时也能降低NEDC工况下的碳排量——每公里大约6到7克,兼顾了环保与动力性能。

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车云小结:

A5 Sportback 50 TFSI quattro 风尚版

第三代EA888上的技术亮点确实不少,猛一看,还真有“闪瞎眼”的感觉。除了上述提到的,还有一些细节上的改动,如采用薄壁曲轴箱、塑料油底壳和全铝制螺栓对机身进行减重;可微量伸缩的高压燃油喷嘴,降低喷嘴的热负荷,提高寿命等。

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上一代EA888因为在国内市场的良好表现被誉为“明星”发动机,而技术更为先进的第三代能否真正意义上取代上一代产品并继承其“明星”光环呢?而大众耗费如此的人力物力(比如缸盖内置排气歧管)研发新一代产品,当然也不希望仅仅是守成,而是能够进一步开疆拓土,第三代EA888能否不负大众所望?这一切还需要靠市场来验证。

制表:网上车市 www.cheshi.com

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外观方面,2014款奥迪A5/S5和现款车型并没有区别。配置方面,也与现款车型相同。2014款车型与老款的区别仅在40 TFSI车型全系更换了第三代EA888发动机。

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内饰方面,2014款车型也与老款车型大同小异,依然采用三辐多功能真皮运动方向盘,同时门内饰、座椅中央扶手、都采用了纳帕真皮面料。

动力系统的最大改变就是旧款A5车系上的2.0T发动全部换装第三代EA888 2.0 TFSI发动机。而2.0排量以上的发动机则保持不变。这是首内首款引入第三代EA888发动机的车型,相较于国内使用众多的第二代EA888引擎有了两大变化。

变化一:首次采用集合燃油歧管喷射的双喷射系统

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喷油系统是新EA888发动机的一大变化,在原有的缸内直喷技术的基础之上,加入了较为传统的歧管喷射,使其整体喷油系统形成了缸内直喷和歧管喷射的组合,通过二者各自的优势,以此更好的满足不同工况下的燃油喷射需求。事实上,混合喷射也不是什么新的技术,丰田的D-4S燃油混合喷射技术早已实现了量产和应用。燃油混合喷射的好处是兼顾了歧管喷射和缸内直喷的优点而弥补了彼此的缺点。由其是雾霾天气严重的中国一线城市,单纯的缸内直喷让尾气中产生更多的可吸入颗粒物实在不利于国内的空气改善。

变化二:排气歧管集成至汽缸盖内,具有独立的水循环进行热交换

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第三代EA888发动机另一项巨大的变化就是把排气歧管直接放在了缸盖之内,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。但由于排气歧管这部分的工作温度实在是比较惊人,同时结构也更为复杂,对于缸盖部位发动机的稳定性也提出了巨大挑战。对此,缸盖内的冷却系统也进行了改进,更高的流速确保了散热的效率。

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另外,A5上应用的第三代EA888发动机除了以上两在改变外,还有着两项小改动。使用旋转阀模块替代了传统的节温器,实现了冷却液循环方式的电动化控制;原有进气凸轮轴可变气门正时控制和排气门可变升程系统的基础上,增加了排气凸轮轴可变气门正时控制。

根据官方消息,第三代EA888系列发动机未来将应用到更多的奥迪和大众车型上,为用户创造更加愉悦的驾乘感受。笔者也希望在应用新的技术的同时,厂家能结合国内油品和路况做到适应国情。

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