如果要說當下量產(chǎn)發(fā)動機上比較先進的技術(shù)，大眾的TFSI必占一席之地。2004年，首款TFSI發(fā)動機問世，而大眾在2006年發(fā)布的EA888系列，自2007年3月在國內(nèi)投產(chǎn)，截止到去年7月份，共生產(chǎn)了100萬臺，基本大眾的B級車、奧迪A4L和Q5以及斯柯達的大部分2.0T車型上都是搭載的這款發(fā)動機，絕對稱得上是大眾的“明星”發(fā)動機。
如今大眾要在中國引入這款發(fā)動機的第三代產(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)動機上應(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究竟如何吧。
典型德國工程師思路：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)動機上出現(xiàn)，但是這項技術(shù)相對來說非常獨特。
對發(fā)動機結(jié)構(gòu)熟悉的人都知道，發(fā)動機的缸蓋結(jié)構(gòu)形狀非常復雜，需要安置進排氣凸輪軸、進排氣門、氣門搖臂、火花塞、進排氣道、冷卻水道等，直噴發(fā)動機還有噴油嘴，現(xiàn)在大眾還想在狹小的空間中再加上排氣歧管，除了增加復雜度之外，缸蓋高度必然增加，發(fā)動機高度也會隨之增加。
此外，發(fā)動機排氣歧管的溫度很高，四缸發(fā)動機的排氣終點溫度大多在900K-1100K(約為626-826°C)之間，而排氣歧管與缸蓋對散熱的要求不同，因此，還需要解決冷卻問題，要對冷卻管道重新設(shè)計。可以說，這樣的改動在設(shè)計和驗證上需要耗費極大的人力物力，那么，大眾如此改動的目的何在呢?
在車云菌看來，大眾的目的在于降低渦輪增壓器的進氣溫度和壓力，從而減低渦輪的負荷，提高渦輪壽命。同時，因為在進入渦輪之前進行冷卻，相當于提高了渦輪的進氣溫度限制，可以允許發(fā)動機有更高的排氣溫度，也就意味著可以將發(fā)動機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，渦輪的結(jié)構(gòu)可以得到簡化。
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明顯，第三代1.8升EA888的動力性能直追第二代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行，而排氣歧管的溫度又很高，因此會存在極端的溫度梯度。為了優(yōu)化發(fā)動機的熱力和熱機械性能，兼顧不同負荷下的冷卻效果，還需考慮量產(chǎn)的可鑄性和可行性，對于大眾來說，是個相當有難度的挑戰(zhàn)，也是個費力難討好的路子。
最終，通過對缸蓋密封墊橫截面的設(shè)計，來調(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)，對缸體和缸蓋進行冷卻，這部分冷卻管路同樣會經(jīng)過排氣歧管，加強其冷卻效果。在對排氣歧管的冷卻中，熱應(yīng)力集中全區(qū)域的冷卻尤其重要，否則溫度過高，容易出現(xiàn)局部的冷卻水沸騰情況。
在研發(fā)之初，因為缸蓋內(nèi)受熱情況復雜，常規(guī)的模擬算法已經(jīng)無法滿足要求，大眾還專門為此開發(fā)了一些新的算法。大眾在對此款發(fā)動機進行宣傳時，曾說，這是世界上首款使用這種方法來設(shè)計的排氣歧管。當然，一般的汽車制造商也不會用到如此復雜的算法，因為沒誰會想到利用缸蓋內(nèi)的冷卻水道對排氣進行冷卻來。
或許這樣對渦輪增壓器的好處是十分明顯的，即提高了壽命又精簡了機構(gòu)，然而代價是缸蓋結(jié)構(gòu)復雜度和負荷的增加，壽命肯定也會受到影響。另外，從圖3看，與上一代發(fā)動機整體相比，起動瞬間的沸騰強度大幅增加，從維護角度，也很難說真正地得到了優(yōu)化，典型的德國工程師思維：制造出一個全新的東西去解決固有的問題，然后又產(chǎn)生新的問題。
圖3 缸蓋受熱模擬算法
