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一刀说丨德系三强发动机黑科技,小钢炮的动力解决方案(下)

2019年02月04日 09:45:43
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来源:myautotime

上半部分我们分析了宝马的方案,下半部分重点来分析一下奔驰奥迪的方案。

对于宝马来讲,还有M2这种纵置平台来容纳直列6缸3.0T发动机,但是奔驰A级平台和奥迪的RS3的MQB平台是横置平台,没用空间容纳直列6缸发动机。于是奔驰奥迪分别提出了自己的解决方案。

下面重点来看看奔驰A45 AMG的2.0T M133 AMG 和奥迪RS3 上使用的EA855 2.5T 5缸发动机。

一、 奔驰A45 AMG 2.0T M133 AMG发动机-将性能压榨到极致

奔驰的M133是目前市场上功率最大的2.0T四缸量产发动机(图1),也是AMG第一次开发的四缸机版本,之前他们都是在6缸8缸甚至12缸上做性能提升。

M133具有相当强劲的性能,功率280KW,扭矩475Nm。要实现如此高的性能,M133主要采取了以下几个方面的技术措施来讲2.0T的性能压榨到极致:

1. 低压缩比设计

一般目前主流的发动机都设法增加压缩比以提高部分负荷的热效率,但是高压缩比会导致大负荷情况的爆震,爆震会严重的限制发动机的最大功率和扭矩。

而M133作为AMG发动机,油耗不是主要的关注点,工程师主要关注极限性能,因此,低压缩比成为更好的选择。M133的压缩比只有8.6,这保证了在全负荷极其高的爆震边界,可以利用增压器来尽量压榨发动机的性能实现非常高的功率。

2.双流道增压器+高增压压力

双流道是指增压器涡轮机的进口采用了双流道。双流道就是把发动机的1-4和2-3排气管分成两组,分别的引入增压器,增压器的涡轮机也设计了两个流道,这样可以加快增压器相应速度,同时降低涡前背压。双流道的特性使M133可以使用非常高的增压压力,M133的最大增压压力达到非常高的1.8bar,这样可以将更多的空气压进入汽缸参与燃烧,才可以达到极高的性能。

3.缸孔NANOSLIDE镀层

为了承受如此变态的性能,M133采用了重力砂型铸造的铝缸体,相对于压铸铝缸体结构强度更大。同时缸孔还采用了奔驰称为NANOSLIDE的电弧丝喷涂技术。

这一技术和宝马的LDS电弧丝喷涂技术类似,也是利用电弧将铁材料喷涂到缸壁上,性能一层铁碳合金镀层,从而代替缸套。但是由于AMG发动机最早采用此技术,因此,奔驰的涂层只有0.1-0.2mm厚,可以说是当前最先进的喷涂技术。

这种电弧丝喷涂工艺带来了耕地低的摩擦和更好的散热,为发动机的超高性能提供的条件。NANOSLIDE一直是所有AMG发动机的标配工艺,目前奔驰也初步开始将NANOSLIDE技术应用到普通版本的奔驰发动机上。

4.结构加强

M133的活塞也采用了特殊的锻造活塞,以承受极大的汽缸爆发压力。其他曲轴,连杆等结构也做了相应的优化设计,连杆采用和H型的断面结构,以承受巨大的爆发压力。

5.加强冷却

如此大的功率必须有足够的冷却来保证。M133增加了整理在车上的冷却能力,同时采用了水冷中冷器来加强压气机后进气温度的降低,保证高性能的实现。下图可以看到在发动机后端硕大的水冷中冷器:

机油冷却器也是特殊设计的,集成在了机油滤清器的侧面以实现更好的冷却能力,从而加强了机油的冷却能力。下图可以看到左侧和机油滤清器壳体集成的机油冷却器:

二、 奥迪RS独特的直列5缸2.5L涡轮增压直喷EA855发动机

奥迪的入门级的高性能RS3是横置前驱的坚定支持者,因为奥迪RS3采用的是大众集团的MQB平台。他们从来没有像宝马那样纠结前驱还是后驱,6缸机发动机装不进去怎么办?

因为他们有自己的绝活,直列5缸2.5L涡轮增压直喷EA855发动机,比2.0T 四缸机多一个汽缸能够提供更强劲的动力,同时又不会像直列6缸一样那么长,塞不进横置的发动机舱中。

直列5缸EA855发动机是奥迪发动机产品序列里面的另类,这个系列的历史可以追溯到上世纪70年代,奥迪的直列5缸产品从诞生开始就是专为奥迪横置高性能车而开发的,跟其他产品都不共平台,如果硬要拉个亲戚的话,目前的EA855 2.5T和著名的EA888 2.0T算是表兄弟吧,因为它们的缸径、行程和汽缸中心距都是一样的。

目前奥迪的EA855系列是2016年最新更新过的版本,最新的奥迪5缸发动机有一些显著的特点:

1、 进一步减少发动机轴向尺寸

为了能够更容易的布置在横置发动机舱中,EA855最大的开发目标之一就是要尽量压缩长度,目前最新版本的发动机将原来的两层前端驱动皮带修改为单层皮带,将链传动系统布置在发动机后端,从而降低整体发动机的轴向长度。

2、 缸体升级为铝缸体

之前EA855的版本都是铁缸体,这次奥迪特别为铝缸体开发了APS缸孔涂层,从而解决了气缸中心距太小导致的无法布置铸铁缸套的问题。

奥迪的缸孔APS(Atmospheric Plasma Spray)涂层采用气相沉淀的工艺,和奔驰宝马的电弧丝喷涂工艺不同,但实现的目标是一样的,可以为铝缸体缸孔表面涂覆上一层超薄的铁合金涂层来代替缸套。

这种工艺带来更低的摩擦磨损和更好的散热,尤其对于EA855系列来讲,由于发动机非常紧凑,缸孔间距只有88mm,而缸孔尺寸是82.5mm,两个缸孔之间只有5.5mm的壁厚,在这个壁厚上还需要一个2.5mm的冷却水孔,因此根本无法放置传统的厚度达到2mm的铁缸套,可以说如果没有APS涂层技术,EA855是无法升级为铝缸体的。

3、 排气侧可变气门升程AVS

和其他发动机一般都在进气侧增加可变升程系统来降低油耗不同,EA855的可变升程系统AVS是在排气侧的。主要原因是EA855主要的开发目标是性能取向,排气侧AVS能够加快增压器的响应速度,带来更快的加速感受,同时也对油耗有一定的帮助。

4、 GDI+PFI双喷射系统

为了适应最新的欧6排放中对颗粒物排放的要求,EA855升级了GDI+PFI双喷射系统。每个气缸有两个喷嘴一个GDI直喷喷嘴加一个PFI气道喷射喷嘴。主要的目的是降低颗粒物排放,尤其是颗粒物数量PN。

在小负荷时采用气道喷射喷嘴,在大负荷时采用GDI直喷喷嘴,中间负荷两种喷嘴共同工作。冷机状态和暖机状态的可以采用不同的策略,冷机的时候更多的采用PFI气道喷射喷嘴来降低排放。

同时,采用PFI的时候高压油泵驱动力变小,还可以降低摩擦阻力,减少油耗。这一技术方案和EA888 GEN3采用的双喷射方案是一样的。

5、 高耐温增压器

为了进一步提升最大功率,同时应对最新欧6排放法规中WLTC循环的要求,EA855发动机采用了能够耐受1000℃排气温度的涡轮增压器(一般增压器只能耐受950℃的排温),该增压器使用德国标准编号1.4849的高镍合金来实现1000℃的耐受温度,这几乎是目前工业化中能够使用的最高耐温等级的材料了。

总结一下,为了实现豪华品牌入门级高性能车的要求,BBA三家可以说是在发动机技术上各显神通,创造出了另类但是让人惊艳的发动机技术。

希望这些性能足以媲美跑车的入门级高性能车能够继续开发下去,并保持个性,让我们在厌烦了无聊的普通家用车的时候能够多一些谈资,也为那些真正为车辆性能着迷的普通车迷们能够拥有真正属于他们自己的超级跑车。

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