楼主 奥迪A4L用GEN3B EA888 发动机是技术倒退还是进步?
发表于2020-11-26 21:00:42查看 2148回复3浏览 2148

       EA888是奥迪和大众联合开发的一款经典发动机,目前也进化到第3代和第3.5代了(GEN3/3B)。相比于第三代产品,细心的车友发现发动机功率下降了,它的技术到底是进步还是倒退呢?

       从相关的论文了解到,在GEN 3B(第3.5代)EA888上,为了更加省油并满足严苛的排放法规,奥迪做了进一步的优化升级,提出了Budack-cycle B循环概念,在油耗性能上进一步突破。这发动机的技术明显领先于第三代机型。

大众/奥迪在EA888系列发动机的研发中,证明了发动机低速化和小型化能够显著改善燃油经济性。但是,若想进一步的降低油耗,只从排量方面考虑的化,反而会受到技术和成本的制约。大众/奥迪的研发工程师们另辟途径,提出了Budack-cycle概念,也就是对有Miller cycle米循环优化。和传的米循环相比,改良重点于进阀门关闭时的提,能够加快进气气的速,让燃料与空气混合的效提升,因此有着更的热效率表。另,对程进加长,提高膨胀比,明显高了压缩比,从而降低了耗。

EA888 GEN3B目标为替代EA888 GEN3机型,GEN3B的功率范围为125~147kW。这款发动机并不是追求性能,而是注重燃油经济性,满足严苛的排放法规,一定程度改善实际动态扭矩特性。

在NEDC工况下,发动机工况往往在中低负荷下运行,而传统的较大排量自然吸气发动机经济工况在中负荷,而小排量涡轮增压发动机经济工况在中低负荷,应对油耗排放法规具有优势,得以普及。面向WLTP工况,发动机循环工况下负荷有增大势,排量轮增压发动机的优势不再显,因此进步降油耗重点放在了高负荷。

在此背景下,EA888GEN3B的开发之初,对所有的降低燃油耗技术进行了先行研究。但是基于现款小型化的EA888GEN3发动机,在中低负荷已经达到瓶颈,且也很难再通过小型化技术提高中高负荷下的油耗。即使是采其他方面的技术,例如多喷射,分层稀薄燃烧,在优化负荷燃油方面,仅表出有限的潜力。因此,开目标于怎样才能最简的方法在中负荷围内获得最的燃经济性。

开发理论设想

大众/奥迪在研究之初对发动机排量进行研究。对于125~147kW功率范围和250~320Nm扭矩而言,以如今的增压技术,排量能够从1.8L降低到1.6L是没有技术难度的,虽然小排量涡轮增压发动机在应对耗法时有优势,但是实际驾驶耗并低。动机型化够将佳经油耗间提,但在高负荷小会恶化,奥迪基于此研究,出的的涉及概念:用“合适的尺寸”替代“型化”(“right-sizing” rather than “down-sizing”)。大众/奥迪的工程师使了改过的Miller cycle米勒循环模式,由工程师Budack提出,所叫Budack-cycle,这里的GEN3B的B也就这个意思。传统的米勒循环采用进气门晚关的方式,动机压缩冲程期,进门依旧保持开状态,在活塞上过程将部进气出,从而使际压缩比小膨胀比,起到加长膨胀行程的作(丰、本、马自达等都采用该策略)。而B循环其道而行之,把进门关闭的时提早,在吸行程半段关闭进门,分保证燃料与空气合的时间,高效

燃烧过程

奥迪在采用了GEN3B上应用了一套AVS系统(可变气门升程),如图所示,在部分负荷时,气门开启时间为140°CA,全负荷时为170°CA。AVS系统的核心在于两步式进气凸轮轴设计。具体来讲,新设计采用一款动钝齿,可实现可变气行程:发动机可以需要大功时保持正常进气门启设置,也可以在分负条件,利凸轮凸角提关闭进气门,从而现更长的膨胀行程。

图 AVS可变气门升程系统

这种AVS气门机构能够在部分负荷范围内实现140°CA进气门开启持续时间,实现进气门早关的优点,提高热效率。下图示出了搭载EA888 GEN3B发动机的奥迪A4轿车在WLTP测试中的实例,在整个WLTP循环,得于变箱合理的换策略,发动机可以140°CA进气开启持续时内工作,法油耗得到降。另,即使在试验循环之外,140°CA进气门启持续时间能发挥作用,直至200km/h车速仍可使用短进气凸

图  奥迪A4在WLTP和等速行驶时进气门行程(140°CA和170°CA)的应用

为了降低油耗,提高热效率,除了上文提到的对进气门的优化之外,还对燃烧速度进行了优化。

图  EA888 3B 2.0L 提高滚流比的措施

EA888 GEN3B实现了高压缩比,因此对燃烧室的设计突出更高的要求,在持续不断的迭代优化中,在压缩比ε=11.0~12.0的范围内进行了多次研究,对活塞形状和气缸盖上的燃烧室进行了优化。

首先基于基础款气缸盖进行讨论,在考虑到全负荷目标值的情况下压缩比最高只能在11.2。为了进一步提高压缩比以提高热效率,对燃烧室进行了重大的调整,比如通过降低燃烧室顶面高度以及调整火花塞和直喷喷油器的位置,气盖侧燃烧室容积比EA888 GEN3 2.0L基础型减小13%。通减小缸盖的燃烧室容积,可进一步优化活塞顶形,降了圆凸起,而宽的燃烧室碗结构并无变,从而总体上能形成1个凑平和的燃烧室(如图)。通过这些措施,最终将新燃烧室的压缩比ε计成11.7。

图  EA888 GEN3B燃烧室优化

基础发动机/机械结构

除了上文介绍的发动机燃烧模型的改进之外,还对基础发动机进行了优化。这些变化的主要目的是进一步降低2.0L发动机曲柄连杆机构的摩擦。与EA888 GEN3 2.0L发动机相比,极限扭矩的下降让曲轴主轴承直径从52mm减到48mm,并对平衡轴链传动机构的总体布置也进了优(如图)。

图 发动机体和平衡轴传动机构的优化(GEN3和GEN3B)

在外形尺寸受限制的情况下,应用细传动链可以减小滑轨的弯度半径,这也能减小不摩擦力。并且在EA888GEN3B上首次使用0W20粘度等级的低粘度机油,它能降低发动机中许多摩擦部位的机械损失。由于机油粘度较小,对发动机上的某些部件进行适应性调整,例如优化了活塞环隙和机油泵传动比。

就整台发动机而言,这些措施的综合效果使平均摩擦压力比EA888 GEN3 基础机型降低了8%,如图所示。同时这种摩擦的降低也使试验循环中的CO2排放减少了约1g/km。

图EA888 GEN3B 降低摩擦的开发

降低油耗的措施

通过对上文优化方案的实施,相对于EA888 GEN3 1.8L发动机的燃油经济性对比如图所示,与理论推导相符,EA888 GEN3B的2.0L发动机在燃油经济性上具有优势。

下图示出了EA888 GEN3 1.8L和EA888 GEN3B 2.0L发动机的燃油耗特性曲线,两款发动机的最佳燃油耗点分别为231g/(kW·h)和220g/(kW·h),而在235g/(kW·h)等油曲线域的小更明显比较出两款发机的优劣。

图GEN3和GEN3B燃油特性曲线图

如下图所示,搭载了EA888 GEN3B 2.0L的全新奥迪A4上,相比老款1.8L发动机,在NEDC工况下,CO2排放降低了6~8g/km,A4轿车的最低CO2排放为1.9g/km,成为该级别的油耗杆。即使在际用户体验,也有良好燃油表现。

图  EA888 GEN3B 竞争力分析

总结

GEN3B的EA888 车型搭载在奥迪A4L上,虽然帐面功率有所降低。但是凭借着6.1L/100km的综合油耗表现,8.2s的百公里加速,依然在同级别具有优势。对于普通消费者来说,搭载这款发动机的奥迪A4L够带来更好驾驶受和更低的耗,用性显提