有一款发动机,从高尔夫、宝来、速腾、朗逸,到宽的不能再宽的辣馒头,再到迈腾、帕萨特和一大票SUV都有装配,从1.0-1.6,从涡轮到自吸,从四缸到三缸,如果有一天EA211停产断货,大众的半壁江山就没了。
未来即将出炉1.5T EA211 性能如何呢?
那么问题来了,买车前你真的只看一眼内饰和轮毂大小就下单吗?如此一款神机,你难道不想多了解一下吗?大众会不会和当年的DQ200一样怠慢消费者?本期我们从第八代高尔夫即将搭载的新款1.5T EA211 evo的几个核心技术要点说起。
EA211 型号众多
纵观所有发动机外围件,涡轮恐怕是大家最关注的,我们就从这项技术说起,VTG可变截面涡轮
VTG全称Variable Turbine Geometry
一位资深大众工程师跟老王讲, VTG这项技术为何会放在保时捷上面,是因为能调节大排量发动机低转速区域的涡轮灵敏度,这项技术早在997 GT2 RS上就已经搭载了,3.6水平对置的Boxer两侧各有一个大型涡轮将动力推至620马力
997 GT2 RS被称为一代经典
俗话说,我们花钱买马力,但用的是扭矩,从图中也能看出,从2250-5500rpm都能输出700N·m,那,这个扭矩平台相当宽泛的。现在VTG下放到EA211上,有人说因为大众在热效率上面的挖掘已经到了瓶颈,但老王恰恰不这么认为,因为相比极致压榨热效率来讲,更宽广的扭矩平台会让驾驶感受提升得更加直观,凡是开过涡轮机的人普遍反映一个现象叫做涡轮迟滞,猛踩油门后机器总是先思考人生一会儿,然后再有动力响应,这种情况在拥挤的道路上体验非常差,就算你热效率很高又如何?所以正所谓最懂中国人的大众,在这里拿捏的非常好。
3.6 Boxer的扭矩曲线十分优化
涡轮为啥迟滞?不是因为低转速涡轮叶片吹不起来,是达不到生效的转速,有的车子选择了小号低惯量涡轮,但增压效果不强,而且小涡轮高转速有回压,增加排气阻力,对输出功率造成损失,得不偿失。涡轮有个比较重要的参数叫做A/R比, A表示Aera指的是涡轮排气侧入口处最窄的横切面积。 R(Radius)代表半径,指的是入口处最窄的横切面积的中心点,到涡轮本体中心点的距离,而两者的比例就是A/R值。AR比越小,低转速的增压效果就越强,高转速的增压效果就越弱。增大A/R则反之
当然现阶段普遍采用双流道设计,在AR比的计算上有更多算法
那EA211这个VTG和保时捷类似,在涡壳内部、叶片的外围增设了一圈可变角度的导流叶片。这一圈导流叶片固定在壳体上,内部空心,带有插销,而插销固定在一个环状的圆盘上,圆盘相对壳体可以稍微偏转一定的角度。通过电机驱动圆盘带动插销,就可以让导流叶片改变角度,而叶片之间的流道间隙就会变化,回过头来看看改变叶片之后改变了什么?没错,就是前面说的AR比中的截面积A,在不同转速下可以切换不同的A/R比,让所有转速下的增压效果都能得到提升,那么新一代EA211搭载VTG,再结合进气部分的高滚流进气道,能力将会有提升,从数据来看,扭矩平台也优化到了1300-4100rpm相比上一代1.4T版本,扭矩平台宽泛了不少。
当然对消费者来说并不是所有EA211都有VTG, 目前来看国外某些版本96 kW 的TSI evo发动机有VTG,而110 kW版本的就阉割掉了,只采用常规气门正时和带有单涡旋废气旁通阀的EGT涡轮,那么对于消费者我们应该这么理解,就是功率越小越搭载这项技术,是为了补短板用的,绝对动力可能并不出彩,但低速响应会好很多。按照大众一贯的做法未来国内上市的1.5T的EA211应该也会有类似操作,作为消费者,提车之前,回来看看老王讲的几个点,可能会有帮助。
MK8 Golf
第二个问题,也是国内用户纠结最多的——停缸技术,早在15年日内瓦车展上市的Polo Blue GT就已经装备了这项叫做ACT的主动气缸管理技术,但国内211一直处于阉割状态,原因很多,我们先来看看结构,之前我们讲奥迪AVS气门升程调节系统,主要结构就是凸轮轴有一个负责改变升程的螺旋沟槽套筒。这种套筒上方有个电磁驱动阀,触发后伸出来一个铁舌头,卡在套筒斜槽中将套筒左右移动,绿色就是低角度凸轮轴,红色就是高角度,两者能够根据工况合理切换,改变气门的开启升程,优化发动机动力。
大众evo各系统零部件通用程度很高,把AVS拆下来,在沟槽套筒上加入无角度的凸轮轴就是这套ACT。
ACT气缸关闭技术具体执行逻辑
也是电磁阀驱动,触发停缸后这个无角度凸轮轴生效,而且关闭的气缸进排气门都保持关闭。
一是让气缸保温随时再启动,减少湿壁效应。二是闭缸后会导致发动机震动表现突变,如果此时让气缸保持密闭,就能让中间两个气缸变成了一种广义的空气弹簧,进一步缓解振动。这项技术在即将上市的国产高尔夫MK8上最先搭载。
有朋友说其实大众也很愁,新技术提早进国内,你说我把国人当小白鼠,晚入国内,你说我中外不同步?这种理解内心戏就过多了,老王告诉大家,任何一个跨国企业,都不要将他们拟人化,任何减配、增配都是利益最大化的结果,之前这项技术没进国内,因为在当时就算没这技术,也能通过法规,而且大众发动机高度模块化,想上随时上,但随国VI-B甚至未来国VII的临近,大众经过预测必须提前上马这项技术,才能通过未来更严苛的测试。根据大众官网的说法,配备了ACT之后,百公里油耗大约会有0.4升的下降,所以从数据来看,在城市工况省油能力比较有限,而高速巡航由于小排量的局限性,启动停缸技术的区域也不多,更多的是对工况较为固定的测试循环成绩有帮助。
第三,本期我们聊点一般车评人不会讲的,就是这台发动机3C件如何?我们知道车辆有三大件,发动机、变速器和车身,实际上发动机也有三大件,我们叫3C件, Cylinder head、Crankcase和Crankshaft,指的是缸盖 缸体和曲轴,EA211每个都有特点。
从缸盖说,EA211系列缸盖集成了排气歧管,从名字就能看出来,集成排气歧管, iEGM( integrated exhaust gas manifold)排气管集成在缸盖内部
EA888的缸盖也是iEGM,而且是双流道设计
这样设计主要有三个好处,第一,外侧这个紫色的内置水套包裹着排气道,水套旁边是油道,吸收排气热量传递给油道进行预热,让冷启动机油流动性更高,冬季空调也热得更快;第二,对涡轮还有好处,集成排气歧管会加快阀芯的响应速度,因为排气需要的路径更短,涡轮迟滞更小;第三,你要知道,涡轮增压虽然是同轴涡轮,一个负责从排气摄取动力,另一个在对面负责压缩气体,两者看似隔离,但温度却无法做到完全隔离,再加上压气侧的涡轮本身会将空气压缩升温,所以空气进入涡轮之后温度很高,高工况下涡轮处于红热状态,排气温度将成为进气侧温度升高的主要矛盾,而集成排气的好处就是在空气进入中冷器之前使压缩空气温度没有那么高,空气更加稠密,对提升发动机功率帮助很大
另外,以高尔夫MK8为例,由于将排气歧管内置到了发动机中,减少了大量铸铁歧管、螺栓垫片和隔热瓦,减重而且最关键是,车身框架上可以将发动机舱尽头的空间腾出来,留给驾驶舱的腿部或者维修空间。不过值得注意的是,这种布置方案不仅大众有,其他家也有,比如现代的Kappa 1.4T、宝马B48TU、PSA的EP系列、海马的1.6 TGDI、奔驰M282也都是缸盖集成排气,大众在这里没什么好骄傲的,只能说这是未来的一个发展趋势,但老款1.4T发动机多余的热量让冷却系统承受巨大的压力,新款1.5T发动机做了些改进,把原来集成在进气管内的中冷又拿到外面单独放置,有人说这是减配,但实际上是为了减轻发动机小循环的压力。我不管在其他地方大家如何评价大众,但在老王节目里,技术本身并没有错,工业化落地中的瑕疵,或者别有用心的减配才是车企不该做的,但如果经过分析企业没有这个动机,那就不要胡乱黑。
我们接着说,缸体部分, 147 马力版本EA211的缸套,采用大气等离子喷涂工艺APS,全称atmospheric plasma spray ,其实这项技术并不新,二战后就有了,很多人对这个并不陌生,喷气发动机的矢量喷口、医用假肢、核电站耐高温内壁、芯片微电子处理工艺,都会用到APS,这项技术最基本原理就是通过微观粒子碰撞将熔融状态下的材料,沉积在另一材料的表面,这种喷涂材料可以是熔融状态下的粉末、金属丝、甚至悬浮液体,而大众EA211的APS技术能更好地贴合缸体的珩磨工艺,珩磨后的缸体内壁微观表面会有网状纹路,APS会将耐磨材料注入其中,形成适中的润滑腔,注入机油之后减少活塞环滑动过程中的摩擦,能够更好锁定机油颗粒,减少烧机油的比例。相比宝马的电弧喷涂、日产的镜面喷涂工艺,原理上大同小异,但材料便宜不少。
最后一个技术点,曲轴。作为发动机的心脏,除了在车间中可以当作健身器材以外,在生产工艺上也非常有趣,而且跟用车息息相关,未来会给大家带来更多内容,本次我们就讲一个点,表面热处理。
大众的曲轴工艺,前几年我还是工程师的时候,去大众EA211生产线上交流,深度对比了EA211和奔驰M270的工艺优劣势,老王发现EA211如此廉价的发动机都有表面热处理技术,而奔驰M274和270都没有
这个大众内部编号为AF65的工艺,来自德国SMS Elotherm这个供应商.这家公司历史悠久,世界上第一个电弧熔炉就是他们生产的,而且实话说,表面热处理技术和电磁炉在原理上差不多,都是涡流感应。
我们知道,曲轴时刻承受着交变载荷的冲击,轴颈表面还有磨损风险。主要失效形式也是疲劳断裂或轴颈表面的严重磨损两种。有了这项技术,EA211的耐久、NVH的表现优化了很多。像奔驰M274或者270的曲轴,必须有一个工艺叫做滚压
海根塞特作为滚压工艺的垄断地位供应商至今无法被撼动
这工艺有两个主要作用,1是夯实轴颈沟槽表面,2是曲轴轴线较直,但没有经过表面热处理,带来的问题就是曲轴轴颈的低耐久度和物流机械手的夹伤,如果装配漏检就会影响整车最终的NVH,甚至造成粘瓦报废。国内其他厂商也有解决方法,就是表面热处理之后再滚压,但这样一来,多了一道工序影响了生产节拍,很多厂家像奔驰一样,压根儿不要这个技术,毕竟发动机不太想让你使用那么久,而表面磨损实际上带给用户最大的影响,充其量就是噪音和振动表现的下降,并不会失去动力,恶心你让你早点换车,美其名曰计划性报废。
但大众EA211这里算是对得起消费者,还是给用了表面热处理这项技术,而且这里有个绝活,热处理之后,不经校直就可以进入精加工,比滚压工艺冷加工变形量还要小,后来请教供应商,对方跟我们讲,说无论是锻钢还是铸铁,曲轴在热处理加热过程中,不同回火工艺的毛坯,珠光体向奥氏体转变的开始温度不太一样,回火时,加热升温速度也有讲究。主要参数是线圈频率、淬火时间和磁靴间隙,这三个参数影响着曲轴表面的淬火深度、表面硬度,和硬化均匀度,这些维度众多的参数,经过他们几十年的数据沉淀最终才找到了上述维度的一个配比最优解,细节他们不讲,但事儿就是这么个事儿。在这里,大家只需要知道EA211的曲轴耐久度还可以,再加上前面的VTG、ACT、缸体集成水套和缸体喷涂工艺,对得起Volkswagen这个名字。
讲着讲着就快结尾了,其实在发动机领域很多东西,我们从业了好多年,最终落脚点都败在了材料学方面,曲轴表面热处理是这样,刚才讲的缸体喷涂也是这样、其实还有磨削工艺的碳纤维砂轮及修整工艺、抛光工艺等等,这些工艺我们和国外的差距非常大。当然,最近在了解上汽名爵、荣威、大通,红旗的HS7、H9这些车型的发动机工艺中,我欣喜的看到了大众和通用技术的影子,说明这些年,中国人从外企中还是学习到了一些东西,上一期我们讲了中国缺乏王牌供应商,但目前我们国内企业,起码训练出来一群会提出合理需求的工程人员,从有需求就有市场这个公理来看,不远的将来,国内供应链应该会有一批脱颖而出者。
但作为近期大家最关注的上汽大众帕萨特的问题,发动机固然重要,安全同样重要,在这个问题点上,希望大众也能懂中国人的诉求,听见消费者的声音,尖端技术在发动机应用是一回事,车身框架的碰撞成绩能不能同步也做好一些呢?听说这回帕萨特要在C-NCAP重新碰撞,结果怎么样大家可都等着呢,谁都想让自己的有个好销量,但只有夯实基础不能有短板才能发展更好对么?我是老王,下期见。
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