大众途岳EA211发动机技术解析,“一代经典”是否名符其实
1、大众EA211发动机的研发背景
EA211发动机是大众为MQB平台研发的一款横置发动机,大众MQB平台是大众横置模块化平台,MQB平台是一种高效的生产方式,通过模块化的应用,降低设计和制造成本,MQB将大量的汽车零部件实现标准化,可以在不同品牌和不同级别的车型中实现共享。MQB平台的应用将降低了车型的开发费用、生产周期以及生产环节的制造成本。简单地讲就是降低了车辆成本和方便进行车辆造型设计改进。
EA211发动机于2011年发布上市,EA211系列包含了不同的排量,不同的功率扭矩,国内主要为1.2T、1.4T、1.5L(DLF)、1.6L四种发动机,国外则还有1.0L自然吸气和1.0T发动机。
2、大众途岳发动机
大众途岳搭载了两款发动机,分别是EA211发动机和EA888发动机。EA211为1.4T涡轮增压发动机,EA888发动机为2.0T涡轮增压发动机,这两款发动机为大众汽车的主打发动机。不仅应用于大众车型,还应用于奥迪、斯柯达等车型。
本篇文章主要讲的是大众途岳搭载的EA211发动机,大众途岳EA211发动机有两个型号,分别是CSS和DJS,为了区分国五排放和国六排放,CSS为国五排放标准的发动机,DJS为国六排放标准的发动机。但是有些车友可能会发现为什么有些车的铭牌上发动机型号标着DSB,其实DSB和DJS基本上是一样的。不一样的是涡轮增压器生产厂家,DJS是长春富奥石川岛增压器有限公司提供生产的涡轮增压器,DSB是由上海菱重增压器有限公司提供生产的涡轮增压器,这两款涡轮增压器除了编码不一样,其他都是一样的。
3、EA211发动机技术亮点
EA211发动机采用了轻量化设计、模块化设计、350bar高压燃油系统、集成式排气歧管、集成式气门室盖、进排气可变气门正时机构、可变排量机油泵、双循环冷却系统、水冷式中冷器、涡轮增压器电控阀技术等。
3.1、轻量化设计
EA211发动机为全铝发动机,气门室盖、缸盖、缸体、油底壳均为铝合金材质,曲轴通过重新调整设计,EA211发动机相比上一代EA111铸铁发动机,整体减重20kg以上,提升了发动机的工作效率,同时发动机散热性能更好,延长了发动机的使用寿命。缺点是成本较高,且没有铸铁材料耐磨、耐高温、耐腐蚀及抗变形能力较强。
3.2、模块化设计
模块化设计是指不管是1.2T、1.4T、1.5L(DLF)、还是1.6L发动机,只要是EA211发动机系列,大部分零部件可以实现共享,降低了发动机的生产成本,因此不同排量的EA211发动机看起来有很多相似之处。
3.3、350bar高压燃油系统
前面讲到DJS为国六排放的发动机,而EA211发动机在国六排放时,发动机已经升级为350bar高压燃油喷射系统,CSS国五排放的EA211发动机的高压燃油压力为200bar。DJS发动机采用了缸内直喷的燃油喷射方式,350bar侧置式高压燃油喷射系统,可以实现发动机一个循环高精度喷射5次燃油,燃油雾化性更好、精度更高、响应速度更快,同时减少颗粒物的排放。这就是国六发动机采用350bar高压燃油系统的原因。
3.4、集成式排气歧管设计
集成式排气歧管设计的意思是指排气歧管设计在缸盖内部,没有了普通排气歧管那样弯弯拱拱的设计,而是把排气歧管集成在缸盖内部,排气汇聚在一起,从4个缸的排气汇聚成一个排气口。
这样的设计具有以下几个优点
1.减轻发动机的整体重量和发动机的体积,由于去掉了外部的排气歧管,同时还降低了生产成本。
2、涡轮增压器响应速度更快,由于发动机去掉了外部的排气歧管,尾气排放出口距离变短,尾气经过涡轮增压器的距离更近,增大了尾气的压力,因此涡轮增压器响应更快。提升了发动机工作效率。
3.发动机热车更快,由于缸盖内部设计有冷却水道,发动机冷车启动时,利用发动机的尾气使缸盖内部水道的冷却液升温更快,使发动机可以更快的达到最佳工作温度(95℃左右)。
该设计在天气温度较低时优势比较明显,发动机冷车时,发动机水温低,热车时间变长,由于集成式排气歧管的设计,减少了发动机的热车时间,因此提升了燃油经济性。
3.5、集成式气门室盖设计
集成式气门室盖设计是指气门室盖与进排气凸轮轴集成在一起,没有使用传统的凸轮轴盖,而气门室盖替代了凸轮轴盖,该设计也减轻了发动机的整体重量,不过后期因凸轮轴或气门室盖出现问题,则需要一起更换掉,因此维修成本偏高。
3.6、进排气门VVT可变正时技术
EA211发动机进排气均采用了液压式VVT技术,VVT是可变气门正时技术,VVT电磁阀安装在气门室盖正上方,进气侧相位调整角度可达50°曲轴转角,排气侧相位调整角度可达40°曲轴转角,更好的提升发动机工作性能,降低发动机排放。
该发动机采用正时皮带传动,相比于链条传动,正时皮带传动具有静音、成本低、重量轻的优点,该皮带经过加强设计,大众官方宣称可以使用20万公里左右。缺点是维护成本较高,而正时链条理论上来讲是无需更换的,也就是免维护。
3.7、可变排量机油泵
可变排量机油泵是指利用机油泵油压调节阀调节机油压力,在车辆怠速时发动机需要的机油压力在1bar左右,当发动机转速提升至1400rpm/min时,发动机机油压力为1.8bar,当发动机急加速至4000rpm/min时,发动机机油压力为3.3bar,简单的讲,可变排量机油泵是按照发动机的负荷需求来调节机油压力。
而搭载普通机油泵的发动机,发动机在1400rpm/min时,机油压力就已经达到3.5bar了,经过这样的对比可以看出,搭载可变排量的机油泵可以减少发动机的能量损耗,从而提升了燃油经济性。
3.8、双循环冷却系统
双循环冷却系统是指“发动机主冷却循环”和“增压器和增压空气冷却循环”,两个相互独立的冷却循环组成的双循环冷却系统。
发动机主冷却循环主要是为发动机散热,该循环流经水泵、缸盖、节温器、机油冷却器、水箱副水壶、散热器、缸体等。
当发动机在87℃以下时,节温器处于关闭状态,可使发动机尽快达到最佳工作温度。当发动机温度处于87℃-105℃之间时,节温器1打开,节温器2处于关闭状态,缸盖温度在87℃,缸体温度继续上升,当冷却液温度在105℃以上时,节温器1和节温器2都打开,发动机进行大循环冷却,缸盖温度设定为87℃,缸体温度设定为105℃。从而使发动机缸体进行降温。
增压器和增压空气冷却循环是指冷却涡轮增压器和涡轮增压空气,由冷却液循环泵、增压空气冷却器、冷却液、散热器等组成。
冷却循环泵为电子水泵,提供冷却液循环动力,为涡轮增压器和涡轮增压空气进行散热,采用电子水泵的优势是即使发动机不工作,电子水泵根据需求可以进行工作,单独对涡轮增压器进行散热,无需担心车辆跑完高速长途后,导致涡轮增压器过热,不敢立即熄火,需要发动机怠速几分钟再熄火了。
3.9、水冷式中冷器
该发动机采用水冷式中冷器,并内置于进气歧管当中。中冷器的作用是冷却涡轮增压器所增压的空气,因为涡轮增压器的工作温度高,增压后的空气温度也会高,所以需要把增压空气进行冷却后再进入发动机进行燃烧。
涡轮增压中冷器主要分为水冷和风冷,水冷中冷器就是冷却液有单独的电子水泵提供循环冷却,冷却方式比较稳定,同时增压空气管路设计较短,降低了涡轮迟滞影响,比较适用于小排量涡轮增压发动机。
风冷式中冷器,一般安装于车辆空调冷凝器的前部下方,利用车辆行驶中产生的风阻,利用车辆前部的风对中冷器进行冷却。缺点是水冷式中冷器相比较风冷式中冷器成本较高,同时发动机的水温本身较高,因此冷却效果整体没有风冷的效果好。风冷式中冷器的优点是成本较低,缺点是增压管路较长,涡轮增压迟滞比较明显,因此风冷式中冷器比较适合大排量的涡轮增压发动机。
3.10、涡轮增压器电控废气调节阀
涡轮增压废气调节器是指发动机怠速或低速时,尾气不经过涡轮增压器,而是直接从旁通阀排出,当急加速或发动机转速超过一定规定值时,发动机电脑控制涡轮增压废气调节器关闭阀门,让尾气经过涡轮增压器后再排出,这样就可以带动涡轮增压器进行工作,达到增压空气的目的。
涡轮增压器废气调节器一般有两种控制方式,一种是利用发动机真空控制,另一种是利用电机控制,目前大多数发动机采用了电机控制,因为电机控制相对于真空控制,电机控制反应更灵活,不过电机控制相对于真空控制,成本稍高一些。
4、EA211发动机装配了那些品牌车型
EA211系列发动机广泛应用于奥迪入门级车型、大众和斯柯达等主力车型。但是文章说到的这款EA211-DJS这款发动机装配了以下车型:
大众车型:大众宝来、大众高尔夫、大众凌渡、大众帕萨特、大众迈腾、大众探影、大众途铠、大众T-ROC探歌、大众途岳、大众探岳、大众途安L。
奥迪车型:奥迪A3、奥迪Q2L、奥迪Q3、奥迪Q3 Sportback
斯柯达车型:斯柯达明锐、斯柯达速派、斯柯达柯珞克。
5、同级竞品对比分析
以广汽本田皓影2021款240TURBO CVT两驱豪华版对比大众途岳2022款280TSI两驱旗舰版对比分析。
广汽本田皓影搭载本田的地球梦发动机,发动机型号为L15BT,为1.5T涡轮增压缸内直喷发动机,缸体缸盖都为铝合金材质,在本田独家的VTEC技术和Dual VTC进排气双可变正时技术加持下,发动机最大功率为142kW,发动机最大功率转速为5600rpm,最大扭矩为243N·m,最大扭矩转速为2000-5000rpm,传动系统为CVT无级变速箱,官方百公里加速时间为9.3s,懂车帝实测8.43s。
虽说EA211发动机有ACT闭缸技术,但是国内的EA211发动机并没有引进该技术,大众途岳EA211发动机仅装配VVT进排气可变气门正时技术,最大功率为110kW,最大功率转速为5000rpm,最大扭矩为250N·m,最大扭矩转速为1750-3000rpm,传动系统为7挡干式双离合变速箱,官方百公里加速时间为9.7s,懂车帝实测为9.05s。
可以看出大众途岳EA211发动机的涡轮增压在1750rpm就可以爆发出最大扭矩了,因此大众途岳起步时会比较快,但是在3000rpm以后发动机就无法输出最大扭矩了,所以中高速时提速比较慢了,而本田皓影的1.5T发动机在2000rpm时,发动机爆发出最大扭矩了,在发动机5000rpm时依旧可以爆发出最大扭矩,发动机超过5000rpm后,发动机就无法输出最大扭矩了。所以本田皓影中高速时提速比较快,因此本田皓影百公里加速时间比大众途岳快一些。
对于家用车来讲,发动机最大扭矩来得越早越好,比较适合跑市区,同时也比较省油,跑高速时,一般发动机在2000rpm时,车速基本上达到了120km/h了,因此大众途岳的燃油经济性更好。对于喜欢性能好一点的车,那选择本田皓影就比较合适了。
大众途岳输出扭矩比本田皓影大一些的原因是本田皓影采用了CVT无级变速箱,CVT无级变速箱采用钢带传动,因CVT无级变速箱结构设计原因无法承受较大扭矩,而大众途岳的双离合变速箱可以则采用齿轮传动,因此大众途岳变速箱承受的扭矩较高一些。
总结
大众途岳搭载的EA211发动机的总体设计理念是比较先进的,如350bar高压燃油喷射系统,也是当下比较先进的技术之一,其次集成式排气歧管和水冷式中冷器等。并且该款发动机装备车型较多,投放至市场的表现也不错,综合质量比较稳定,被市场一度传为“经典”,甚至被称为“一代神机”,配上7挡双离合变速箱,被大众号称为“黄金动力组合”。
多一个燃烧室的玛莎拉蒂海神发动机,有多强?
去年7月,玛莎拉蒂发布了自研的全新发动机,命名为“海神”(Nettuno),搭载于超跑MC20上。你也许听说过,这款发动机很厉害,但具体厉害在哪,我来告诉你。
按照惯例,先上数据。“海神”是一款3.0L双涡轮增压V6发动机,V形夹角90°,干式油底壳。
气缸内径88mm,冲程82mm,这种冲程小于缸径的设计,表明这是一款偏高转速取向的发动机。
7500rpm可输出最大功率630马力,在3000-5500rpm的范围内可维持730Nm的峰值扭矩。升功率210马力,超过了法拉利的那台3.9T V8。
零百加速时间小于2.9秒,0-200km/h加速时间小于8.8秒,极速超过325km/h,100km/h-0制动距离33米。
以上这些数据可以体现MC20的这款发动机很强,但能称之为惊艳的是这个数据——压缩比11:1。
有些朋友可能不觉得这个数据有多突出,因为市面上已经有几款压缩比达到14:1甚至15:1的发动机。但需要注意的是,这些发动机都是自然吸气的(而且大部分宣传的是有效压缩比而非几何压缩比),而涡轮增压发动机的压缩比要低得多。
举个例子,奔驰那台夸张的M139 2.0T发动机,压缩比9:1;GTR的3.8T,压缩比9:1;法拉利的3.9T,压缩比9.6:1。
压缩比越高越好吗?理论上是的。根据以下公式可知,对于绝大多数汽油发动机采用的奥托循环来说,压缩比CR越高,则热效率越高。更高的热效率的意义不仅在于省油,同时也能让燃烧更充分,爆发出更强的性能。
那为什么不把压缩比弄高一点呢?因为现实的限制很多,最主要的一点就是爆震。而涡轮增压发动机因为进气压力更大,所以更容易发生爆震,压缩比自然也就无法达到自吸的水平。
那玛莎拉蒂的海神发动机又是如何做到的呢?主要可以归结为:预燃烧室湍流喷射点火技术。
海神发动机比起市面上其他发动机,在燃烧室顶端多出了一个形似注射器的狭小空间,里面藏着一根额外的火花塞。它便是预燃烧室。
预燃烧室的存在便是为了解决爆震。目前针对爆震问题,主要有两种不同的解决方向。一个是像马自达的SPCCI一样,充入大量的空气,然后靠高压缩比压燃。另一个则是像大众的FSI那样,在燃烧室内形成不均匀的油雾,靠火花塞把中间最浓的部分点燃。
两条路线本质上都是稀薄燃烧,即空燃比大于14.7。这同样带来一个问题——太稀的汽油,点不着怎么办?中间点着了以后火焰扩散不出去怎么办?
预燃烧室则是另一种解决方案。这项技术几年前开始应用于奔驰和法拉利的F1发动机,和海神发动机不同的是,F1发动机的预燃烧室内还有一个喷油嘴。预燃烧室内浓郁的混合气体被点燃后,火焰的湍流经由下方的几个喷孔喷射而出,从而引燃整个燃烧室。
这样一来,喷油的时机便可以进一步推迟,并且油雾主要集中在预燃烧室内,自然不必担心爆震。借助多孔喷孔的设计,又保证了燃烧的充分。这种燃烧方式被称为湍流喷射点火。
不过海神发动机并没有在预燃烧室内布置喷油嘴,而是把350Bar的高压直喷嘴放在预燃烧室附近,两个进气门的中间。
玛莎拉蒂并没有详细解释这一设计的原理,只是说,这样已经能够满足性能和排放等要求,同时能够保证发动机运行的质量,可靠性和稳定性。但这不妨碍我借助所学过的知识,进行一些推理。
可以注意到,缸内喷油嘴和预燃烧室的距离比较近,而且活塞顶部相对应的位置有一个凹坑。所以“海神”应该是借助特殊的缸内气流设计,以及活塞顶部的特殊形状,加上合适的喷油时机,在预燃烧室内和外部的一小片区域内,形成一个“浓油气混合区域”。这样一来,便实现了类似于预燃烧室内置喷油嘴的效果。
而且别忘了,MC20终究是一款民用跑车,它不可能像赛车一样长期工作在满负荷工况,而在低负荷低转速工况下,并不适用湍流喷射点火。
所以海神发动机在主燃烧室内还有一根火花塞,另外还有一套进气歧管喷油系统,让它在日常生活中也能像一台普通的发动机一样工作。
这也从另一个角度解释了它为何不将喷油嘴放在预燃烧室内——因为放在外面更灵活。想要用预燃烧室点火了,就晚点喷油,让油气集中。想要普通点火的话,就早点喷油,让油气分散均匀。
对于预燃烧室技术的研究已经有很多年的历史,但其中有诸多技术难关。所以最近几年这项技术才被应用于F1,而玛莎拉蒂率先将其装在了量产车上。
这款发动机的生产装配要求极其严格,工厂位于意大利摩德纳,发动机中心内部是正压环境,具有极高的无尘标准。每一台完成组装后的发动机还将进行40分钟的台架测试,每台发动机的生产大约需要25个小时,目前每天的产量为4-6台。
大家可能会猜测,将来玛莎拉蒂的其他车型,例如总裁、Levante,会不会换装海神发动机。玛莎拉蒂给出的答案是:不会。其他车型也许会共享部分海神发动机的技术,但海神是独属于MC20的。
过去的一些年,玛莎拉蒂的车型,尤其是发动机,或多或少地借鉴了集团内其他品牌的技术。但如今,随着100%自研的海神发动机的问世,人们对于玛莎拉蒂研发实力的担忧应该可以告一段落了。
随后,我们还将见到玛莎拉蒂的纯电跑车Gran Turismo和全新SUV Grecale,不知道焕发新生的玛莎拉蒂会给我们带来什么新的惊喜。
本文作者为踢车帮 敖奕丰