大众奥迪EA888系列1.8L增压燃油分层直喷式汽油机详解(三)

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在暖机运转时,首先关闭旋转滑阀2, 冷却液进口完全禁止冷却液流入发动机, 并且所有外部阀门完全关闭,整个发动机 中的冷却液停止流动。若此时用户需要暖 风的话,静止的冷却液不得不局部流动, 由专门配备的辅助水泵形成自给自足的暖 风水循环回路,用来自整体式废气冷却汽 缸盖的余热为车厢内部供暖,而流入汽缸 体曲轴箱的冷却液因旋转滑阀2关闭着而仍
创新的热管理策略若与一种在发动机 停机后发挥作用的独特后运转功能相配套将 会变得更加完善,那么电动暖风水泵(即前面 提到的辅助水泵)和旋转滑阀模块的后运转 调节功能就能使合适的冷却液流量流经汽缸 盖和涡轮增压器这些对冷却液沸腾敏感的部 件,并通过汽车主散热器进行冷却,这样就 能够将储存在这些部件中的热量迅速地带 走。在进行后运转调节期间,冷却液不流经 汽缸体曲轴箱,以免汽缸套产生不必要的冷 却。通过这种功能能够明显缩短发动机停机 后的后运转时间,不会产生过多的热量损 失。这种创新的热管理在新欧洲行驶循环 中能获得2.5g/kmCO 的燃油消耗优势,即
高压燃油泵
高压系统 低压系统
MPI喷油器 低压传感器 进气歧管压力传感器
高压喷油器
可变滚流装置(VTS) 图32 双喷油系统
节气门
开辟降低CO2排放的潜力,除了缸内直接 喷射系统之外,还附加配备了一套进气道
耗的优势,同时确保较低的颗粒排放,因此 这种最新一代汽油机目前就已能满足未来欧
喷射系统(图32)。
栏目编辑:文二霞 wex@motorchina.com
31a所示,与第二代机型相比,整体式废气 冷却和全电动冷却液调节明显缩短了发动机 的预热运转阶段,并加速了汽车车厢内部空 间的加温。 (3)温度调节
创新的热管理策略能够在整个特性曲 线场内进行最佳的冷却液温度调节,从而 获得了最小的摩擦和最高的热力学效率。 如图31b所示,在低速低负荷时,为使发 动机摩擦最小,冷却液的温度被调节到 105~107℃,随着负荷和转速的提高,冷 却液温度直至被降低到85℃,这样在降低 摩擦与效率最佳的点火或最小的爆燃倾向 之间获得了最好的折中,因此能确保发动 机获得最佳的总效率。旋转滑阀模块的高 调节速度及其由此所获得的冷却液高动态 调节,使得在突变至高负荷时能够非常快 速地降低冷却液温度,从而避免零件的温 度骤升。
泵输入到MPI共轨中的燃油压力波动减小到
在发动机冷起动时温度极低的情况下,
最低程度,在输油接头中装有一个节流阀; 以及热机运转时负荷较高的情况下采用3次
为了调节喷油压力,在共轨上配备了一个低 缸内直接喷射能够确保燃油对发动机机油
压传感器。MPI喷油器被集成在可变滚流装 的稀释最少和最低的废气排放,特别是较低
时间[s]
a.发动机预热曲线
360
320
280
240
85℃
200
90℃
160
95℃
120
100℃
80
105℃
40
0
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
发动机转速[r/min]
b.特性曲线场中的温度调节
图31 热管理性能
2013/10·汽车维修与保养 93
基础知识讲座 Master the Basics
圈将高压喷油器与汽缸盖隔开以降低噪声。 负荷下也运用2次缸内直接喷射。采用这样
这种最新一代机型在部分负荷范围内采用 的喷油策略能够确保在爆燃倾向、颗粒排放
MPI喷油器运转,而在较高负荷和发动机起 和机油稀释程度等方面获得最佳的效果。
动时Байду номын сангаас采用高压喷油器运转。高压共轨脱离
由于增压压力提高了,集成在进气管
置(VTS)法兰上,并且其喷射油束的方向与 的颗粒排放。在发动机起动和催化转化器加
汽缸盖中的滚流阀隔板相匹配。由于系统压 热时,运用2次缸内直接喷射形成混合汽。此
力已提高到200bar,必须选配合适的高压 时,运转平稳性、燃油品质变动时的耐久性
燃油泵和高压喷油器,并且用一个钢弹簧垫 以及最低的排放是最重要的优化指标。在高
DOI:10.13825/j.cnki.motorchina.2013.10.020
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2003年大众公司在1.8L-5V-92kW进气道喷射汽油机的基础上为第二代奥迪A3和A4轿车开发了一种采用齿形 皮带传动的新型横置式自然吸气2.0L-4V-FSI分层直接喷射汽油机,其内部型号为EA113汽油机系列。2004年在 此平台基础上开发的世界上第一台涡轮增压缸内直接喷射2.0L-TFSI汽油机批量投入生产。而2006年新开发的 采用链传动的1.8L-TFSI汽油机则是在全新设计的基础发动机上应用了升级版的增压燃油分层直接喷射(TFSI)燃 烧过程。不断创新的TFSI技术为这种最新的机型提供了更大的低速扭矩和更低的燃油消耗,同时新一代发动机 管理系统和喷油系统高压部件还能用于满足特超低排放汽车(SULEV)废气法规要求的2.0L-TFSI增压分层直喷式 汽油机。这些新机型在大众公司内部被命名为EA888汽油机系列。
盖冷却液的进口范围内。试验和实际使用均证实,无 论是在稳态还是动态负荷交变运行状态,这种整体式 废气冷却的汽缸盖的冷却效果及其热机械负荷都达到
奥迪可变气门升程系统 奥迪可变气门升程系统
执行器(8个)
排气凸轮轴
凸轮轴相位调节器
整体式废气冷却 通道密封盖
汽缸盖和废气涡轮增压器: 合计减轻1.5kg
整体式废气 冷却通道 废气通道
发动机温度[℃] 车速[km/h]
发动机扭矩[N·m]
120
1.8TFSI第3代
110
1.8TFSI第2代
200 180
100
新欧洲行驶循环
160
90
140
80
120
70
100
60
80
50
60
40
40
30
20
20
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
然保持不流动,使得汽缸套的快速加温继 续正常进行,从而降低了摩擦。因此,通 过这种局部加温能够顾及用户对舒适性的 高要求,同时优化的预热策略又能使摩擦 降低到最小程度。
当发动机普遍升温后,旋转滑阀2被缓 慢打开,将冷却液调节到所必需的最小体积 流量,以确保零件足够的冷却。由于冷却 液加温非常快,因此进一步降低了预热运转 阶段的摩擦。然后,从某个特定的冷却液 温度起,通过旋转滑阀1适当地接通发动机 机油冷却器,使得发动机机油能获得附带的 加温。待发动机充分热透后,最后才能打开 通往变速器油冷却器的手动转换阀,以便用 多余的热量再来加温变速器油。通往汽车主 散热器的流量代表了对外的热损失,因而就 节油效果而言,冷却液应尽可能到最晚时刻 再通往汽车主散热器进行冷却。因此,如图
在这种汽缸盖的开发中,废气通道和整体式废气 冷却通道在热力学和热机械负荷方面的最佳组合是一 个特别重大的挑战,特别是还面临着工业化生产的要 求和大量生产的可铸造性。这种汽缸盖对铸造方法提 出了极高的要求,在具有12个砂芯的金属模中采用底 部浇注法铸造。为了达到高的热力学要求,这种最新 一代汽油机在排气侧使用了奥迪气门可变升程系统和 排气凸轮轴相位调节器,并且进气道经过加工。为了 优化控制发动机预热性能和较好地监测汽缸盖中的温 度,发动机出口的冷却液温度测量点改为设置在汽缸
Ⅵ废气排放标准的要求。此外,为了调节不
MPI喷油器是由高压燃油泵通过一个输 同的喷油模式,提出了以下评价标准:①效
油接头供油的,因而在发动机以MPI运转时 率,抗爆燃性能;②排放,特别是颗粒质量
能保证高压燃油泵得到内部冷却。燃油共轨 和颗粒数;③燃油湿润壁面和稀释发动机机
将燃油输送到MPI喷油器。为了将高压燃油 油;④运转平稳性。
发动机出水 发动机进水
通往汽车主散热器
辅助水泵 +切断阀
整体式废气冷却水套 废气涡轮增压器 冷却水套
图29 发动机冷却液循环回路
蜗轮蜗杆传动机构 旋转滑阀1 来自机油冷却器
汽车主散热器
来自汽车主散热器 图30 热流量全电动调节的旋转滑阀模块
来自暖风设备 涡轮增压器 变速器
了与第二代机型相当的水平,说明其开发设 计是非常成功的。
5.热管理系统
无论是从发动机内部还是汽车方面来 考虑,这种最新一代机型在开发中将整个冷 却液循环回路设计成创新的热管理系统,以 便使发动机能迅速地预热,以及需要时使汽 车车厢内部空间能快速地加温。前面已介绍 过的整体式废气冷却以及用于全电动冷却液 调节的旋转滑阀模块是热管理系统中的两个 重要部件,此外整个冷却液循环回路还设置 了几只转换阀,以便能够有针对性地接通或 者关闭暖风设备和变速器油热交换器的流量 (图29)。 (1)全电动冷却液调节
大众奥迪EA888系列 1.8L增压燃油分层直喷式汽油机详解(三)
◆文/江苏 范明强
范明强 (本刊专家委员会委员) 教 授级高 级 工程师,参 加过陕西汽车制造总厂 的 筹 建 工作,主管柴 油 机 的产品开发,198 4年 调往机械工业部无锡油 泵 油 嘴研究 所,曾任 一 汽 无 锡 柴 油 机 厂、第 一 汽车集团公司无锡研究 所高 级技术 顾问、湖南 奔腾动力科技有限公司 总工程师。
2
使在用户实际使用中也显现出明显的节油效 果。此外,因汽车车厢内部空间能快速地加 温,用户也能享受到较高的舒适性。
6.混合汽形成
该机型的汽油缸内高压直接喷射系 统根据最高系统压力(从150bar提高到 200bar,1bar=105Pa)、噪声和单套成本 等方面的要求进行了全新的改进。同时, 为了达到欧Ⅵ废气排放标准所规定的颗粒 质量和颗粒数的排放限值,并具备进一步
EA888系列汽油机从一开始就是按照用于大众公司所有型号和汽车平台的“全球发动机”和全世界所有市 场应用的要求来设计的。大众公司于2007年春成功推出了这种全新汽油机系列的第一代机型,随后又在此基 础上成功开发了特超低排放汽车用的2.0L-TFSI机型;在2009年度的第二代机型上又进行了多处摩擦优化,并 同时推出了奥迪可变气门定时和升程机构(Avs);2011年又推出了经进一步广泛优化并装备Avs机构的第三代 1.8L-TFSI-Avs机型。从2005年以来,这种EA888直列4缸TFSI汽油机系列10次荣获著名的“年度国际发动机” 和“十佳发动机”奖。本文将详细介绍第一代和第三代机型的结构和性能。
用于全电动冷却液调节和热管理的核 心执行机构是用塑料制成的旋转滑阀模块 (图30),在其内部有两个机械联结的旋转
滑阀用来调节冷却液流量。电动机通过具 有大减速比的蜗轮蜗杆传动机构转动旋转 滑阀1,它再通过一套滚柱齿啮合机构与旋 转滑阀2联结。旋转滑阀1替代传统的石蜡 节温器,能够根据要求非常快速而全可变 地将冷却液温度调节在85~107℃之间。此 外,旋转滑阀1还接通发动机机油冷却器的 冷却液回流。 (2)预热策略
(接上期) 4.汽缸盖
这种最新一代汽油机系列首次为增压直喷式汽油 机采用了集成在汽缸盖中的整体式废气冷却和按点火 次序各缸分开配置的排气歧管(图28)。采用这种整体 水冷式排气歧管几乎能完全放弃为降低零部件温度的 全负荷加浓,这样就能在正常的用户使用范围内,特 别是在运动型行驶模式下,明显地降低燃油消耗。此 外,这种整体式废气冷却还有助于加速冷却液加温, 因而是热管理的重要组成部分。另一个优点源于各缸 排气歧管仍在汽缸盖中汇聚,这样就能得到相对较紧 凑和简单的涡轮增压器模块,因此若将汽缸盖和涡轮 增压器合起来计算的话,总的质量能减轻1.5kg。
进气管而用螺钉直接紧固在汽缸盖上,它将 中的可变滚流装置(VTS)已经完全重新设
燃油输送到高压喷油器中。高压系统通过一 计,其中曲柄状的整体式不锈钢转轴确保进
个量程合适的压力传感器来调节高压系统的 气道中的椭圆形滚流阀板具有最大的抗扭刚
压力。
度,而滚流阀板的位置由一个非接触式转角
新开发的喷油系统为发动机的运行开 传感器来识别。椭圆形滚流阀板在完全打开
汽缸盖冷却水套 图28 汽缸盖和废气冷却、气门升程系统及相位调节器
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-CHINA ·October
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Master the Basics 基础知识讲座
旋转滑阀1 旋转滑阀2
通往变速器加温 暖风设备 手动转换阀
电动机
旋转滑阀2 冷却液泵
冷却液泵传动机 (齿形皮带)
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