EA888系列第三代MLBevo2,0l-4缸TFSI發動機結構圖解

EA888系列第三代MLBevo2,0l-4缸TFSI發動機結構圖解

EA888系列第三代MLBevo 2,0l-4缸-TFSI-發動機的結構和功能,這種發動機有兩種功率等級:140kW 和 185kW。

德國奧迪公司的這款4-缸-TFSI-發動機採用了新一代開發標準,該發動機是以第三代發動機為基型 。這款新式發動機排量為2升,功率分為兩個級別,其中一種取代了以前的功率等級1((125 kW - 147 kW)的1.8升第三代發動機。

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進一步開發的目標是:降低CO2-排放,以及按法規要求降低顆粒排放。這款2,0l-第三代BZ發動機表明,即使增大排量,仍有可能降低油耗。

“BZ“”這個縮寫表示的是 B-Zyklus(B循環),是德國奧迪公司改進過的米勒燃燒方式。

就發動機機械部分而言,這兩個功率等級的發動機改動是一樣的。這方面採用了一系列減小摩擦的措施,區別在於換氣和燃燒方式。功率等級1的發動機,採用的是米勒循環燃燒方式(這是1947年的專利了),該發動機在2015年五月的維也納發動機學術交流會上,被譽為本級別發動機中效率最高的汽油發動機。

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在10多年前,德國奧迪公司首次推出了帶有渦輪增壓裝置和直噴裝置的TFSI-發動機,那時就通過減小外形尺寸和降低轉速使得該發動機成為“突破科技”的里程碑。

目錄

⊙概述-目標設定

⊙發動機系列的開發

⊙發動機技術數據

⊙2,0l-TFSI-第三代MLBevo發動機

⊙發動機管理系統

⊙ 德國奧迪公司的新TFSI-燃燒方式 (B-循環)

目標設定

德國奧迪公司在減小尺寸後,又通過優化尺寸而向前邁了一大步。具體說就是有針對性地將發動機創新技術組合到一起,使得排量、功率和扭矩以及耗油量和使用條件相互形成最佳匹配。

新型發動機在部分負荷時,具有小排量發動機的省油的優點;在高負荷時,又具有大排量發動機的優點。因此,這樣的發動機在整個轉速範圍能,就實現了極佳的效率和功率特性。

新型發動機最開始是用在了最新一代的Audi A4 (車型 8W) 上了,以後還會用在大眾集團各種車上,橫置和縱置均有。

發動機系列的開發

EA113 和 EA888系列發動機在很多種奧迪車上已經使用多年了,是汽油機的基本成員。 在開發這些發動機時,降低油耗和減少CO2-排放無疑是處於最重要的地位。

在運動車型上,比如 Audi S3,也使用了這個系列的發動機。

下面就是各代發動機及其特點一覽。

EA888系列第三代MLBevo2,0l-4缸TFSI發動機結構圖解

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發動機技術數據

功率等級1↗ 的發動機,用於Audi A4 (車型 8W)

EA888系列第三代MLBevo2,0l-4缸TFSI發動機結構圖解

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功率等級2↗ 的發動機,用於Audi A4 (車型 8W)

EA888系列第三代MLBevo2,0l-4缸TFSI發動機結構圖解

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1)Audi A4 Limousine ,配備前驅和 S tronic

2)Audi A4 Avant ,配備 quattro 四驅和S tronic

2,0l-TFSI-第三代MLBevo發動機

2,0l-TFSI-第三代MLBevo發動機

(功率等級2)

下面概要列出了與2,0l-TFSI-第三代發動機相比的重要不同之處。如果車上裝備有智能起停系統,那麼使用的就是2.0版系統。

2,0l-TFSI-第三代MLBevo發動機的基本機型採用的是Audi A4 (車型 8K) 上的 165 kW 2,0l-TFSI-發動機(發動機代碼CNCB)。

一、活塞

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• 活塞幾何形狀與165 kW的基本機型是一樣的

• 活塞材料與 Audi S3 (車型8V)的發動機一致

• 三件式刮油環

二、活性炭罐系統

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• 增大了空氣流量

• 採用了降噪措施

三、發動機管理系統

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• Simos 18.4系統

• 節氣門漏氣量減少

• 節氣門和燃油高壓泵的生產廠家是Bosch公司

• 發動機控制單元接在FlexRay-總線上

四、機油供給系統

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• 做了調整,以便適應電動機械式轉向系統(EPS)和將要使用的擺動穩定裝置的空間要求 。

• 通過機油濾清器模塊內的一個止回閥來快速地在所有潤滑點處建立起最大機油壓力,尤其是冷機時。在缸體內以及缸蓋內是沒有止回閥的。

• 增大了機油油麵最低和最高之間的機油容積,以保證即使司機以極具運動性的方式駕車行駛,也仍能保證機油泵吸油側有足夠的機油。

五、缸蓋

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• 使用了另一種材質(因為功率高,那麼熱負荷也就大)

• 增大水套厚度

• 氣門機構有所變化(因為功率高,那麼熱負荷也就大),比如排氣門注鈉

• 廢氣渦輪增壓器最高耐熱值高達 950 °C

六、

缸體

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• 通風路徑轉至平衡軸上方

• 由於曲軸箱通風裝置的變動,需要定向安裝活塞冷卻噴嘴

2,0l-TFSI-第三代MLBevo BZ (Audi ultra)發動機

2,0l-TFSI-第三代MLBevo BZ (Audi ultra)發動機

(功率等級 1)

下面概要列出了與185 kW的2,0l-TFSI-第三代MLBevo發動機相比的重要不同之處。

一、燃油系統

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• 壓力升至 250 bar

• 高壓系統部件有改動

二、鏈條機構

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• 鏈條導軌加長了

• 正時機構採用非圓形鏈輪

• 鏈條張緊器的張力更小了

• 機油泵傳動比更快了,鏈輪是22個齒(以前是24個齒)

三、發動機管理系統

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• Bosch MED 17.1.10

• 新燃燒方式 (BZ = B循環)

• 使用了新的空氣流量計(因為採用的是新的燃燒方式)

四、其它改變

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• Bosch公司的真空泵

• 廢氣渦輪增壓器變小了,熱力學性能有變化

• 新的發動機機油 0W-20 (標準為 VW 50800 和 VW 50900)

五、缸蓋

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• 奧迪氣門升程系統(AVS) 在進氣側

• 重做了進氣道

• 燃燒室擠氣帶

• 圍住氣門導管,以便更好散熱

• 排氣門的氣門杆油封採用雙密封唇口

六、活塞

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• 採用了減小摩擦的措施

• 活塞頂有變化

七、曲軸

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• 主軸承直徑變小了

發動機管理系統

一、空氣流量計

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功率等級1的發動機,使用的是Bosch 公司的發動機管理系統 MED

17.1.10 。在這種系統上,是使用另行安裝的一個空氣流量計來測量

吸入的空氣的。

之所以需要這樣,是因為在B-循環工作時,節氣門開度非常大,只有

用空氣流量計才能識別出迴流氣流。

二、燃燒方式

德國奧迪公司在功率等級1的發動機上首次採用了一種新的燃燒方式。其目標也非常之明確,就是要降低燃油消耗。具體實施方式就是縮短壓縮過程。

在內燃機的開發史上,早就有類似的用於改善汽油機效率的措施了,比

如阿特金森(Atkinson)循環和米勒(Miller)循環。

三、阿特金森(Atkinson)循環

在1882年,英國人James Atkinson(詹姆斯·阿特金森)就想設計一種發動機,該發動機可以大大提高內燃機的熱效率,同時還可以繞開Nicolaus August Otto開發的4衝程發動機專利。

在阿特金森(Atkinson)發動機上,所有4個衝程都是在曲軸轉一圈內通過曲柄連桿的特殊結構來實現的。由於曲軸運動必須導致活塞有兩次向上的運動,阿特金森就能把活塞行程設計成不同的長度,於是就採用了較短的壓縮行程和較長膨脹行程(做功行程)。曲柄連桿機構是這樣設計的:壓縮比小於膨脹比。

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活塞在做功和排氣時,行程是大於進氣和壓縮行程的。進氣門關閉是很晚的,是在壓縮行程下止點(UT)後。這樣的好處在於:較大的膨脹比可以提高發動機效率。工作行程持續時間較長,這樣的話耗費在廢氣中的熱量就減少了。但是不利之處在於:在轉速較低時,發動機的輸出扭矩會很小。阿特金森(Atkinson)發動機需要有相對較高的轉速,以保證輸出必要的功率,防止出現“發動機憋死”。要想實現埃特金森循環,需要有複雜的曲柄連桿機構才行,這是很難的。

四、米勒(Miller)循環

另一種能改變壓縮比和膨脹比的方式,就是採用米勒(Miller)循環。該循環是發明人米勒(Miller)在1947年申請專利的。

米勒這項發明的目的,是想把阿特金森(Atkinson)循環用到“正常”曲軸式發動機上,並利用其積極的一面。 這樣的話,就可以不必使用阿特金森(Atkinson)循環上的那種複雜的曲柄連桿機構了。

在以前,亞洲有幾家汽車製造廠大量使用米勒循環發動機。

1、基本原理

在採用米勒循環的發動機上,氣門機構的控制比較特殊。

這種特殊性,最根本的是要提前關閉進氣門(與“正常”奧托發動機相比較而言)。

這會引起下述反應,尤其是在進氣行程時:

•較小的進氣量

•壓縮壓力基本保持不變

•減小了壓縮比

•增大了膨脹比

2、優點

•通過改變氣門開啟時間,就是說增大膨脹比,可以實現非節氣門負荷調節,那就大大提高了發動機工作效率。

•減小壓縮比可以降低廢氣中氮氧化物排放量。

•充氣溫度很低

•燃燒有所改善

3、缺點

•轉速較低時扭矩很小。這個缺點可以通過增壓來補償。

•由於減小了有效壓縮比,因此效率有所降低。這個缺點可以通過增壓和增壓空氣冷卻來補償。

•至少需要凸輪軸調整一次相位。

德國奧迪公司的新TFSI-燃燒方式 (B-循環)

德國奧迪公司的新TFSI-燃燒方式 (B-循環)

功率等級1的2,0l-TFSI-發動機上的這種新TFSI燃燒方式,就是一種改進型的米勒燃燒方式。因此,儘管因排量大而導致發動機內部摩擦較大,但是與第三代1,8l-TFSI-發動機相比,耗油量仍是較低的。

通過奧迪氣門升程系統(AVS)來改變進氣氣門的開啟時間。氣門升程系統作用到一個凸輪上,一方面可以改變氣門打開時間(提前關閉進氣門),另一方面還可以讓進氣門打開程度小一些。

這種燃燒方式就被稱作“延長了膨脹的燃燒方式”,或者也叫“B循環”。從實際來講,其實不是延長了膨脹過程,而是縮短了壓縮過程。

只有把這種燃燒方式與排量更小些的發動機(這種發動機在總行程減小時有相似的新鮮混合氣壓縮特性)比較時,才能覺得“延長了膨脹過程”很恰當。

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用奧迪氣門升程系統(AVS)來調節氣門升程

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在凸輪塊上,每個氣門有兩個凸輪輪廓。凸輪的配氣相位是按照所期望的發動機特性曲線設計的。因此可以影響開啟時長和時間點以及氣門升程(開啟橫截面)。

如果使用的是小的凸輪輪廓(圖中綠色的),那麼開啟時長可達140°曲軸角;如果使用的是大的凸輪輪廓(圖中紅色的)且達到最大升程,那麼開啟時長可達 170° 曲軸角。

【未完待續】


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