如果要說(shuō)當(dāng)下量產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)上比較先進(jìn)的技術(shù)，大眾的TFSI必占一席之地。2004年，首款TFSI發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)世，而大眾在2006年發(fā)布的EA888系列，自2007年3月在國(guó)內(nèi)投產(chǎn)，截止到去年7月份，共生產(chǎn)了100萬(wàn)臺(tái)，基本大眾的B級(jí)車、奧迪A4L和Q5以及斯柯達(dá)的大部分2.0T車型上都是搭載的這款發(fā)動(dòng)機(jī)，絕對(duì)稱得上是大眾的“明星”發(fā)動(dòng)機(jī)。
如今大眾要在中國(guó)引入這款發(fā)動(dòng)機(jī)的第三代產(chǎn)品。與第二代相比，第三代EA888上有很多首次在大規(guī)模量產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的技術(shù)。這些讓人眼花繚亂的技術(shù)是否可以真正為第三代EA888加分?這款布滿技術(shù)亮點(diǎn)的第三代EA888又能否取代上一代產(chǎn)品成為“今日之星”?還是先看看第三代的家當(dāng)究竟如何吧。
典型德國(guó)工程師思路：缸蓋內(nèi)置的排氣歧管
在大眾列出的第三代EA888技術(shù)亮點(diǎn)中，最引人注目的就是缸蓋內(nèi)置的排氣歧管。雖然其他技術(shù)也是首次在大規(guī)模量產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)上出現(xiàn)，但是這項(xiàng)技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)非常獨(dú)特。
對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)熟悉的人都知道，發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋結(jié)構(gòu)形狀非常復(fù)雜，需要安置進(jìn)排氣凸輪軸、進(jìn)排氣門、氣門搖臂、火花塞、進(jìn)排氣道、冷卻水道等，直噴發(fā)動(dòng)機(jī)還有噴油嘴，現(xiàn)在大眾還想在狹小的空間中再加上排氣歧管，除了增加復(fù)雜度之外，缸蓋高度必然增加，發(fā)動(dòng)機(jī)高度也會(huì)隨之增加。
此外，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管的溫度很高，四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣終點(diǎn)溫度大多在900K-1100K(約為626-826°C)之間，而排氣歧管與缸蓋對(duì)散熱的要求不同，因此，還需要解決冷卻問(wèn)題，要對(duì)冷卻管道重新設(shè)計(jì)?？梢哉f(shuō)，這樣的改動(dòng)在設(shè)計(jì)和驗(yàn)證上需要耗費(fèi)極大的人力物力，那么，大眾如此改動(dòng)的目的何在呢?
在車云菌看來(lái)，大眾的目的在于降低渦輪增壓器的進(jìn)氣溫度和壓力，從而減低渦輪的負(fù)荷，提高渦輪壽命。同時(shí)，因?yàn)樵谶M(jìn)入渦輪之前進(jìn)行冷卻，相當(dāng)于提高了渦輪的進(jìn)氣溫度限制，可以允許發(fā)動(dòng)機(jī)有更高的排氣溫度，也就意味著可以將發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率和扭矩調(diào)校得更高。而這樣，也讓中冷器的存在變得可有可無(wú)，渦輪的結(jié)構(gòu)可以得到簡(jiǎn)化。
如圖1所示，第三代1.8升EA888與第二代1.8升EA888在輸出扭矩上的差距相當(dāng)明顯，第三代1.8升EA888的動(dòng)力性能直追第二代2.0升版本。這其中就有缸蓋內(nèi)置排氣歧管的功勞。
圖1 第三代1.8升EA888與第二代兩版本性能曲線對(duì)比
圖2 排氣歧管結(jié)構(gòu)
第三代EA888排氣歧管的最終結(jié)構(gòu)如圖2所示，在缸蓋內(nèi)與冷卻水道毗鄰。在這樣的結(jié)構(gòu)安排下，缸蓋內(nèi)熱量交換在狹小的空間進(jìn)行，而排氣歧管的溫度又很高，因此會(huì)存在極端的溫度梯度。為了優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力和熱機(jī)械性能，兼顧不同負(fù)荷下的冷卻效果，還需考慮量產(chǎn)的可鑄性和可行性，對(duì)于大眾來(lái)說(shuō)，是個(gè)相當(dāng)有難度的挑戰(zhàn)，也是個(gè)費(fèi)力難討好的路子。
最終，通過(guò)對(duì)缸蓋密封墊橫截面的設(shè)計(jì)，來(lái)調(diào)整和劃分缸蓋和缸體上冷卻水的流量：冷卻水中75%在缸蓋內(nèi)循環(huán)，主管排氣歧管的冷卻;剩下的25%在缸體與缸蓋間循環(huán)，對(duì)缸體和缸蓋進(jìn)行冷卻，這部分冷卻管路同樣會(huì)經(jīng)過(guò)排氣歧管，加強(qiáng)其冷卻效果。在對(duì)排氣歧管的冷卻中，熱應(yīng)力集中全區(qū)域的冷卻尤其重要，否則溫度過(guò)高，容易出現(xiàn)局部的冷卻水沸騰情況。
在研發(fā)之初，因?yàn)楦咨w內(nèi)受熱情況復(fù)雜，常規(guī)的模擬算法已經(jīng)無(wú)法滿足要求，大眾還專門為此開(kāi)發(fā)了一些新的算法。大眾在對(duì)此款發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行宣傳時(shí)，曾說(shuō)，這是世界上首款使用這種方法來(lái)設(shè)計(jì)的排氣歧管。當(dāng)然，一般的汽車制造商也不會(huì)用到如此復(fù)雜的算法，因?yàn)闆](méi)誰(shuí)會(huì)想到利用缸蓋內(nèi)的冷卻水道對(duì)排氣進(jìn)行冷卻來(lái)。
或許這樣對(duì)渦輪增壓器的好處是十分明顯的，即提高了壽命又精簡(jiǎn)了機(jī)構(gòu)，然而代價(jià)是缸蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和負(fù)荷的增加，壽命肯定也會(huì)受到影響。另外，從圖3看，與上一代發(fā)動(dòng)機(jī)整體相比，起動(dòng)瞬間的沸騰強(qiáng)度大幅增加，從維護(hù)角度，也很難說(shuō)真正地得到了優(yōu)化，典型的德國(guó)工程師思維：制造出一個(gè)全新的東西去解決固有的問(wèn)題，然后又產(chǎn)生新的問(wèn)題。
圖3 缸蓋受熱模擬算法
