如果你是一位大众粉,你大概率熟悉大众EA211系列发动机。在当前大众集团大规模应用生产的MQB模块化平台中,除了EA888系列发动机,EA211系列也扮演着非常重要的角色。毫不保留地说,在大众汽车的产品矩阵当中,大众EA211的地位,丝毫不输地球梦系列在本田发动机中的地位。比如,大众旗下的宝来全系搭载的都是大众EA211系列发动机。
基于EA111升级而来,EA211优势分析
EA211发动机是大众汽车的新型汽车发动机。需要说明的是,在大众汽车的产品矩阵当中,该系列发动机也是四缸发动机上第一台采用闭缸系统的发动机,为此,搭载该发动机的车型的油耗也可以在之前的基础上实现降低。
按照大众汽车的说法,EA211发动机主要有高动力/低油耗、轻量化以及通用性三大特点。而这些特点,都是相比于同排量的EA111发动机得来的。与EA111的铸铁缸体不同,EA211发动机采用铝制缸体加铸铁内衬的形式,减轻了22公斤的重量,同时,对比铸铁,铝制缸体的热推性也是更好的。比如2016款的途观.1.4T就是搭载的这款发动机。
1.4T EA111(2016款途观发动机舱)
据悉,减轻的这22公斤能使燃油经济性提升20%。此外这款发动机的曲轴重量轻了20%,轻量化的设计,让整车的节油表现变得更好。在大众模块化生产的平台中,发动机的进阶并非是单纯地升级这么简单,比如EA211系列发动机相比EA111系列发动机变得更紧凑了,轴向安装长度缩短了50mm,所以车内乘坐空间更大一点。
EA211系列发动机
其实,在发动机的布局上,有了EA211系列发动机之后的MQB平台以及后继的MQB Evo平台,也发生了一定的调整。其中,EA111采用的是排气管前置安装,而EA211系列发动机则是采用了后置安装。
哪些车型搭载了EA211发动机?
大众真正发布EA211系列发动机是在2012年,在EA211系列发动机的布局上,主要是适用于MQB平台生产的一些经济型小车上,比如捷达、朗逸、宝来、速腾、POLO等。所匹配的引擎包括1.0、1.4、1.6升MPI多点电喷引擎和1.2、1.4升TSI涡轮增压引擎。
细分来看,在国内EA211发动机共有五个版本,分别是1.5L/1.6L自吸、1.2T以及1.4T的高低功率。而大众宝来所搭载的分别为DMB、DLS、DJS这三款发动机,在定位上,这三款引擎分别对应不同的排量和进气形式,所产出的最大功率和最大扭矩也是不同的。
EA211-DMB发动机(1.5L)供油方式是点电喷(歧管喷射),使用成本、维护成本都比较低。作为一款自吸引擎,这款发动机搭载了无级调节的可变排量机油泵,机油泵通过ECU传来的电信号调节泵油量,将泵油量控制得更为精准。在供油方式上,DMB发动机的供油方式为多点电喷,汽油的喷射器安装在每个气缸的进气管上,同时,这款引擎还不挑油,使用92号汽油就可以。
EA211-DLS发动机(1.2T)选用的是涡轮增压的进气形式,对比前者,1.2T引擎的动力有着明显的提升,它的最大功率可达85kW,最大扭矩200N·m,相对于DMB发动机需要3900rpm才能达到最大扭矩来说,DLS的动力更为强劲。在大众宝来的中配车型身上,搭载的就是这款发动机。
EA211-DJS发动机(1.4T)同样选用的是涡轮增压的进气形式,依托更大的排量,它的最大功率可达110kW,最大扭矩200N·m。参考这台车的动力表现,发动机在1750rpm时,即可输出最大扭矩,动力性能相对于另外两个型号的发动机来说更为优秀。
1.4T EA211(2021款宝来发动机舱)
大众EA211应用了哪些技术?
除了吸气方式以及排量的差异,在一些技术层面,前面提到的三款引擎也存在着一定的区别。为了让大家更好地了解大众EA211,我们就以功率最强的EA211-DJS发动机(1.4T)给大家进行全面的介绍。在技术层面,这款引擎应用了大量的技术,像发动机闭缸技术,可变正时技术,铝合金缸体,集成式排气歧管,可变排量机油泵等都没有缺席。下面我们就选取几个重点技术,为大家介绍。
集成式排气歧管和气门室
要说优势,首先我们看到的就是集成式排气歧管和气门室。大众EA211系列发动机全部采用了缸盖集成式排气歧管,对比之前的引擎,发动机没有单独的排气歧管,这样布局的优势比较明显,可以让发动机整体重量降低,同时,发动机在冷启动时的暖机效率提升,有利于让发动机尽快维持稳定的工作状态。
可变气门正时技术
在不少车型身上,我们都可以看到这项技术。在这里需要给大家解释的是,气门正时是指进、排气门开闭的时间,气门正时直接影响发动机的性能和充气效率,可变气门正时,主要是在发动机四个工作循环中,通过调节进、排气气门开合的时间和角度,进而通过调节进气量,来改善发动机的进气效率。
发动机闭缸技术
在大众汽车的家族中,闭缸技术,又被称之为ACT主动气缸管理系统,其被开发出来的目的就是为了能够让本来就已经是小排量的EA211发动机变得更加省油。结合之前的信息来看,EA211系列发动机在配备了ACT主动气缸管理系统之后,百公里油耗大约会有0.4L的下降,同时,排放也降低了。
可变排量机油泵
一般的发动机,都是采用定排量机油泵。在系统工作的过程中,机油泵供油压力完全由发动机转速控制,与发动机转速之间呈现出高度的一致性,但如果遇到复杂的工况,这种工作状况就会被外界环境打乱。而大众EA211系列发动机采用了双级可变排量,可以根据发动机的工作状态,调整发动机机油泵的工作强度,为此,也就可以保证系统的稳定性。
对比同级车型,大众EA211-DJS发动机(1.4T)实力如何?
因为在大众汽车的家族矩阵当中,EA211-DJS发动机(1.4T)的性能是最强的,所以在对比环节,我们可以将这套动力与同级车型进行对比。我们可以对比本田思域、长安UNI-V这一类车型。
基于对比不难发现,除了大众宝来,其他两款车型均是用的92号汽油,不过在油耗方面,大众宝来略低,NEDC工况下仅为5.5L/100km,所以在用车成本上,三者相当于打了个平手。
我们重点看看发动机的性能,对比本田的1.5T和长安的1.5T,大众EA211的优势显然是不足的,甚至可以说是劣势。具体来看,大众宝来1.4T车型的最大功率为150马力,而同价位的思域1.5T的功率达到了182匹,长安UNI-V达到了188匹,差距是比较明显的。当然,站在稳定性的角度,大众的1.4T还是可以满足消费者的用车需求,毕竟旗下已经有多款车型(朗逸1.4T、速腾1.4T)搭载的这套动力。
结束语:
作为汽车三大件之一,发动机的重要性不言而喻。从大众宝来的表现来看,虽然同为EA211系列,但每款发动机因为排量和工作模式的不同,表现出了较大的差异。但不可否认的是,因为多种技术的加入,EA211系列在EA111系列的基础上有着明显的升级,而这,也是消费者选择大众宝来的原因之一。不过在同级车型面前,大众EA211系列的优势就不那么明显了。所以,对于那些只是关注家用车的朋友来说,大众EA211的表现还是比较均衡的,如果想要体验更强的性能,不妨关注那些搭载EA888发动机的车型。
经典寿命长好维护的大众1.4TSI发动机,带你一起涨知识对大众1.4TSI发动机进行了第一部分“黄金分割”后,涡轮增压器、双独立冷却系统及外部进排气管道等“长发”部件的拆解和技术剖析已为大家详细呈现,而在此篇我们将为您揭开这款大众核心动力“短发”部件的“上层”真相,为您详述1.4TSI发动机正时系统及缸盖部分那些不为人知的内部构造及背后的故事。
注释:发动机“短发”部分:组成基础发动机的缸体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴等核心零部件;发动机“长发”部分:装配在基础发动机上最后形成完整引擎的外挂零部件;
● 1.4TSI发动机正时系统
在1.4TSI发动机“短发”部分的拆解中,对于发动机“正时系统”相关执行部件的“分体”则是首道必行工序,而此道工序为何具备“首要执行”因素?“正时系统”又为何物?在本章进入正式拆解前,让我们率先走进发动机“正时”的原理世界:
何为发动机“正时系统”?
“正时系统”是发动机配气机构的重要组成部分,是保障发动机呼吸顺畅的重要因素之一。其主要通过控制气门开闭的时刻,准确的实现定时开启和关闭相应的进、排气门,使新鲜充量的空气得以及时进入气缸,废气得以及时从气缸排出,保证发动机具有正常、良好的动力输出表现。
正时系统执行元件示意
而就目前大多数发动机的正时系统工作过程而言,其主要由曲轴通过链条或者皮带带动凸轮轴运转,通过凸轮工作面的旋转顶压气门挺杆,进而推动气门向气缸内运动,从而实现气门被打开;在凸轮工作面旋转之后,气门会在气门弹簧的作用下回位,从而气门被关闭。而正是由于正时系统执行部件的运转,与上述发动机“短发”部分自上而下的诸多核心部件都有所关联,因此,在针对核心部件进行拆解前,卸除正时罩壳、正时皮带/链条等“关联”件,则成为首当其冲的必备工序。
(一)1.4TSI发动机正时罩壳:多元集成者
正时罩壳的主要功用,除却承担对于发动机侧部正时系统传动件的保护和密封作用外,集成发动机功能能部件也是其职责所在。
1.4TSI的发动机正时罩壳,则将机油滤清器、油气分离器、加油注口集于一身。
◆你所不知道的1.4TSI:正时罩壳装配一气呵成
正时罩壳与发动机短发部分的连接主要通过其上的21个螺栓来实现,虽然在实际的手动拆解和安装过程中,需要严格按照螺栓结构分类先后及位置排序来执行,并在装配过程中具有“预紧——按照不同螺栓力矩要求上紧——复紧”的多重步骤进行装配,但是,在实际依托生产线的制造过程中,上述负责的多重步骤及装配效果,则仅需一台机器便可瞬间“一气呵成”。
一汽-大众发动机生产线上,正时罩壳的安装“一气呵成”
已于正时罩壳各部位填放好相应规格螺栓的发动机,被准确的定位在工作台上,拥有完整21个螺栓上紧装置的操纵机器,在“工序”指令下达后,准确移动至发动机前,并同时针对21个螺栓实施不同力矩要求的上紧工作,而此举不仅实现了装配的简易,更能够有效消除人工操作较易具有的不当应力,保证发动机的良好装配质量。二)1.4TSI发动机正时系统采用链条和链轮传动:传递可靠、降噪的保证
卸除发动机正时罩壳后,1.4TSI引擎正时系统的执行硬件则完整的展现在我们眼前。双凸轮轴顶置,通过齿形链条和链轮与曲轴连接实现驱动,均延续了大众主流直列四缸引擎的结构方式。而正时链条具有的结构紧凑、传递功率高、可靠性与耐磨性高、终身免维护等显著优点,同样在1.4TSI机身上得以传承。
具有柱塞泵设计原理的正时链条张紧机构
机油泵同样采用链条/链轮驱动
而就如图所示的发动机正时侧结构来看,1.4TSI的曲轴除却具有驱动凸轮轴的功用外,通过链条/链轮连接,驱动机油泵的运转,同样是其功用之一。
◆ 网友关心热点:正时链条传动和皮带传动哪一种噪音更低?
上述正文中我们提及,正时链条具有结构紧凑、传递功率高、可靠性与耐磨性高、终身免维护等显著优点。而结合传统的正时皮带对比而言,其二者在噪音水平上的表现究竟孰优孰劣,则是网友较为关心的话题。而针对这一疑问,在此次拆解过程中,一汽-大众的专家及工程师们也给出了我们肯定的答案:1.4TSI采用了齿形静音链条,在噪音水平上要优于正时皮带。但是,是否所有的正时链条的噪音水平都要优于正时皮带呢?结果并不尽然,因为正时链条类型的差异直接决定着结果的不同。
1.4TSI采用了齿形静音链条
目前,常见的正时链条主要分为套筒滚子链条和齿形链条两种类型。其中,滚子链条受到其先天结构的影响,转动噪音相对正时皮带会更为明显,传动阻力和惯性也会相应较大。而1.4TSI采用的则为后者,也就是我们通常俗称的“静音链条”,由于其采用了齿形结构设计,传动时入齿更柔和,冲击更小,运转也更加平稳,加之其并没有会产生噪音的链条滚子结构,因此,在噪音水平表现上要更优于传统正时皮带。
(三)1.4TSI发动机凸轮轴:可变气门正时的核心执行者
1.4TSI采用了双顶置凸轮轴结构
1、“可变气门正时”的执行者
凸轮轴是发动机配气机构的主要部件,其主要承载着控制气门开启和关闭的功用,而1.4TSI发动机具有的双顶置凸轮轴的功用同样如此。
图示中,下侧为1.4TSI引擎的进气凸轮轴,上侧为排气凸轮轴
进气凸轮轴利用四方凸轮设计驱动高压燃油泵
此外,凸轮轴同样肩负的驱动燃油泵的任务,也在该款引擎上得以体现,位于1.4TSI引擎进气凸轮轴上,鲜明的四方凸轮结构设计,便是用作驱动高压燃油泵之用。(注:高压燃油泵工作原理将在后续“1.4TSI发动机拆解之活塞缸体篇”,针对1.4TSI供油系统的讲解中为您做详细解读)。
◆ 你所不知道的1.4TSI:“大众”也有可变气门正时技术
丰田的VVT-i,本田的i-VTEC,通用的DVVT,无论是何种英文简写,上述代号中均包含了一项共通的技术,这便是“可变气门正时”。而该项技术借由丰田车型上的早期宣传及发扬光大,其也成为目前国内车型宣传必备亮点,以及国人对于车辆是否具有燃油经济性的重要考量指标。但是,对于具有“技术品质领先”口碑的大众而言,我们却很少能够在其产品宣传及介绍中,发现针对此项技术所做的专项说明。而带着诸多网友心中“大众究竟是否拥有可变气门正时技术”的谜团,我们在本次拆解中也为您找到了答案。
技术知识辅读:何为“可变气门正时”?其有何功用?
1.4TSI发动机具有“进气系统”可变气门正时技术:
“大众的TSI系列发动机都应用了VVT可变气门正时技术。”一汽-大众工程师在就正时系统进行讲解之前给出了我们上述肯定的答案。而本次拆解的EA111系列1.4TSI发动机,同样也不例外,不过有别于DVVT进排气系统气门正时双可变,其仅在进气系统上采用了该项技术。
1.4TSI“VVT系统”的核心元件:
1.4TSI可变气门正时系统主要由ECU(电子控制单元)、叶片槽式调节器、凸轮轴调整电磁阀以及传感器等部分组成。
凸轮轴调整电磁阀:
凸轮轴调整电磁阀的主要功用为调节内容机油通道的压力值
凸轮轴位置传感器:
凸轮轴位置传感器负责传输凸轮轴相位信号
叶片槽式调节器:
可变正时系统的核心元件“叶片槽式调节器”位于左侧进气凸轮轴外端
叶片槽式调节器内部机械结构
叶片槽式调节器工作原理示意图
1.4TSI具有的VVT叶片槽式调节器由外壳体、内部叶片转子以及位于叶片转子内部的锁销组成。其中,外壳体与外部的正时齿轮固定,实现曲轴通过链条传动驱动进气凸轮轴的功用;而位于壳体内部的叶片则直接与进气门凸轮轴固定,并与之一同旋转,通过带动凸轮轴与壳体产生相对的转动位移,来实现凸轮轴的进气相位改变;而锁销的主要功用,则用于外壳与叶片的连接,实现进气相位的固定,防止凸轮轴复位。
1.4TSI“VVT系统”如何实现“可变”:
1.4TSI的气门正时可变则由上述核心元件来共同协调执行,其中,ECU储存了最佳气门正时参数值,在发动机运转过程中,ECU通过收集凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、曲轴位置传感器等相关元件反馈的信息,并与存储的最佳参数值进行对比,在计算出修正参数后,发出指令到凸轮轴调整电磁阀:
通过双油道机油压力差值驱动叶片,带动凸轮轴旋转改变进气相位,是1.4TSI正时可变核心所在
电磁阀则根据ECU的指令,通过改变机油液压实现对于内部机油槽阀位置的控制,把提前、滞后、保持不变等压力信号指令,转化为输送至叶片槽式调节器中不同油道上的机油压力,通过双油道机油压力差值驱动调节器中的叶片,带动凸轮轴旋转改变进气相位实现气门正时的“提前”或者“滞后”,从而实现气门正时的连续可变。而1.4TSI的正时相位调节范围可达20°凸轮轴角或40°曲轴角,为大众该款核心动力在减少排放和燃油消耗,以及改善动力性能表现上提供了积极的“可变”保障。
2、发动机轻量化的贡献者
1.4TSI引擎采用了一体式凸轮轴室的设计
结构紧凑、安装简便,是轻量化设计的重要一环
而除却在工作原理上具有的显著功用外,在1.4TSI引擎的轻量化设计中,凸轮轴及凸轮轴室的贡献同样突出。前文提及的凸轮轴四方台的设计结构,使得1.4TSI的凸轮轴升程更小,从而减小了凸轮轴和凸轮轴室的直径。加之在凸轮轴室的设计上,相较此前凸轮轴盖与凸轮轴的上下分体式结构,这款EA111系列引擎采用了结构更为紧凑、安装更为简便的一体式凸轮轴室的设计,仅凭结构上的改进便为该款引擎减轻了大约450克的重量,是1.4TSI引擎在轻量化设计中的重要一环。
◆ 你所不知道的1.4TSI:装配式凸轮轴制造工艺
不同于EA113机型的凸轮轴采用了整体式铸造方式以及铸铁材质,1.4TSI引擎无论在凸轮轴的制造工艺以及材料选用上,都具有了显著的改进。
1.4TSI采用了装配式凸轮轴
特点鲜明的装配式制造工艺,将1.4TSI凸轮轴的凸轮与主轴颈实现了分离加工,其中,加工完成的凸轮内壁具有攻丝后的螺纹,而钢管外壁则具有花键预装,装配时,采用“外凸轮加热,内主轴颈冷却”的热套法完成,恢复常温后,依靠匹配的螺纹和花键实现紧固,而工艺方法不仅可以消除装配的过盈应力,同时能够在短暂时间内完成联接,并在轴向尺寸和角度位置方面保持很高的精度。
“空心轴”设计大幅度减轻了凸轮轴的重量
而正是得益于装配式凸轮轴更为简易的制造工艺,在凸轮轴的材质上,1.4TSI也实现了质量更轻的“钢材”选用。而针对1.4TSI采用了强度更高的钢制凸轮轴,大众还做出了“空心轴”的相应改进,大幅度减轻了凸轮轴的重量,减小了其运动惯性,为提升进排气效率奠定了良好的基础。
● 1.4TSI发动机缸盖:进排气系统的终端优化
1.4TSI引擎采用了全铝缸盖设计
位于凸轮轴室下方,并与其通过密封胶紧密相连的,则为1.4TSI引擎采用了全铝材质的缸盖部分。而用以密封气缸上部,并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室,则是其的主要功用。此外,1.4TSI引擎的进、排气通道,进、排气门,以及火花塞的安装座孔也均在缸盖结构上设定完毕。
◆ 你所不知道的1.4TSI:特殊的进排气门驱动装置“滚子摇臂”
1.4TSI引擎配气机构中的滚子摇臂
相信熟悉捷达的朋友,对于其1.6 RSH发动机一定不会陌生,其中,RSH实为德语Rollen Schlepphebel的缩写,代表的含义正是“滚子摇臂”技术,而这项隶属于气门总成,并用于实现凸轮轴间接驱动进排气门的装置,则同样应用于我们此次拆解的1.4TSI引擎之上,而除却大众以外,该项技术也被其他汽车厂商广泛运用,凭借的便是其颇为先进的技术特点。
1.4TSI发动机气门总成结构图
滚子摇臂由一个具有杠杆作用的钢板型材和一个带有滚珠轴承的凸轮滚柱组成,其一端被固定在液压挺柱之上,一端则定位于气门之上,当凸轮轴通过“滚子”对摇臂施加作用力后,由摇臂完成对进、排气门的驱动。
而由于凸轮轴不再直接顶压气门杆顶端,加之其采用的液压技术,既可消除凸轮与摇臂之间的间隙,又能通过飞溅油液对凸轮与摇臂接触的部位加以润滑,因此一定程度上减少了配气机构的摩擦损失,并使发动机噪声降低,同时减小了运动惯量,使驱动凸轮轴消耗的发动机功率减少,运行更加平稳、经济。
◆ 你所不知道的1.4TSI: 取消进气歧管翻板,进气道也“扰流”
TSI进气歧管翻板背景解读:
针对发动机工况的差异,进气系统的相应变化,对于燃烧室混合气体的形成有着至关重要的作用。而早期的TSI引擎由于均具有分层燃烧技术,因此,根据发动机工况,为了满足“分层充气模式——均质稀混合气模式——均质混合气模式”多种不同燃烧室充气模式,“进气歧管翻板”的加入则应运而生。
进气歧管翻板工作示意图
在发动机处于低速工况,采用分层充气模式下,进气歧管翻板通过“关闭下进气通道,形成较窄的横截面积”,增加气流流速,有效形成强烈的进气涡流,利于“分层”模式下混合气的形成与雾化,可提高燃烧效率,进而增大发动机扭矩输出;而当发动机进入高速工况,采用均质混合气模式时,进气歧管翻板通过“开启下进气通道,形成较宽的横截面积”,增大进气量,使更多的空气参与燃烧,从而提升发动机的输出功率。
1.4TSI取消“进气歧管翻板”,进气道实现“扰流”
不过,随着“分层燃烧”技术逐渐在TSI引擎上的淡出,“均质充气”成为了目前该系列引擎的主流充气模式,而1.4TSI同样由于均质燃烧控制的改进,取消了进气歧管翻板的设计,不过,为了同样能够实现油气的充分混合,保证汽缸内形成很好的涡流,1.4TSI则在进气道上作出了相应的改进。
1.4TSI进气道的角度被调整至更接近水平,同时,在进气道外缘的气门座上,设计了一个倾斜的凸峰,从而保证进气吹过气门顶时,在汽缸内形成特殊的涡流,无论在发动机的任何工况下,都能够实现燃气充分混合的作用。而在1.4TSI发动机中,实现“小截面,流速增”、“大截面,流量增”的进气效果元件,则成为了节流阀体(节气门)的主要角色,通过“源头”的进气效果控制,辅以上述特殊的进气道“扰流”效果,从而完成1.4TSI充分提升燃烧效率的职责。
总结:
如果说第一篇针对涡轮增压及双冷却系统展开的“黄金分割”,让我们深入而透彻的了解了1.4TSI引擎优势彰显的核心技术,那么,本篇针对其正时系统及缸盖部分所进行的“真相挖掘”,则让我们认识到,在1.4TSI看似平凡的两大系统背后,同样有着深厚的技术底蕴以及孜孜进取的品质追求。