EA211發(fā)動機的幾點目標(biāo):
·油耗及CO2排放降低10%到20%
·發(fā)動機重量降低至多30%
·通過緊湊性結(jié)構(gòu),縮短整車前懸架長度
·滿足未來更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)
·通過模塊化結(jié)構(gòu),以實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的生產(chǎn),并統(tǒng)一大眾汽車集團范圍內(nèi)其他發(fā)動機的安裝位置
EA211 1.4TSI 與 EA111 1.4TSI 發(fā)動機對比
結(jié)構(gòu)緊湊,前部尺寸縮短7%:缸蓋集成排氣歧管,缸體集成機油尺插管和曲軸箱通風(fēng)通道,附件支架與缸體集成,正時中段罩蓋集成發(fā)動機懸置。
EA211 1.4TSI 特征參數(shù)
功率:96/110 kW
扭矩:200/250 Nm
排量:1395 cm3
沖程/缸徑:80/74.5 mm
缸心距:82 mm
壓縮比:10.5:1
混合氣:燃油直噴
增壓形式:廢氣渦輪增壓
發(fā)動機重量:ca.106 kg
·鋁合金缸體
·兩段式缸蓋,凸輪軸在罩蓋中
·模塊化結(jié)構(gòu)
·雙循環(huán)冷卻系統(tǒng)
·節(jié)溫器控制橫流冷卻系統(tǒng)
·增壓空氣水冷技術(shù)
·長壽命齒形皮帶傳動
·可調(diào)式機油泵
·集成式排氣歧管
缸蓋
?集成排氣歧管
?冷卻液進水口在缸蓋,燃燒室冷卻充分,減少爆震可能性
?取消帶有歧管的催化轉(zhuǎn)換器,安裝一個緊挨著發(fā)動機的主催化轉(zhuǎn)換器
排氣歧管是完全集成在缸蓋上的,并充當(dāng)了廢棄熱量交換器的角色。利用廢氣能量,發(fā)動機在熱運轉(zhuǎn)中可迅速被加熱,此外,也有充足的熱量用于汽車供暖,這對于小型發(fā)動機在冬季的有效運轉(zhuǎn)來說意義尤其重大。相反,在全負(fù)荷狀態(tài)下,廢氣可冷卻降溫100K,因此,在高速公路行駛狀態(tài)下的燃油消耗可降低2 l/100km。與傳統(tǒng)的外部歧管相比,廢氣在集成歧管內(nèi)的流動路徑得到了明顯的縮短,短時的管壁熱量損失因此能保持在可接受范圍內(nèi)。
集成排氣歧管的優(yōu)勢:
1、通過排出的氣體使冷卻液加熱更快,預(yù)熱發(fā)動機,使發(fā)動機可更快地達到其工作溫度。可降低耗油量,并且能更迅速地對車廂內(nèi)進行加熱。
2.由于排氣側(cè)壁表面擴展至催化轉(zhuǎn)換器的面積減小,因此排氣在預(yù)熱階段不能釋放出足夠的熱量,催化轉(zhuǎn)換器可更快速地升溫至其工作溫度。
3.冷卻水進水口布置在缸蓋上,燃燒室冷卻充分,減小爆震風(fēng)險,提高了發(fā)動機的壓縮比從而提升了燃油使用效率。
4.若系統(tǒng)在全負(fù)載狀態(tài)進行工作,冷卻液溫度將繼續(xù)降低,從而擴大了發(fā)動機在氧傳感器空氣系數(shù)λ= 1 時的工作溫度范圍,降低了耗油量和廢氣排放量。
可變配氣相位調(diào)節(jié)
在110Kw的發(fā)動機上裝備進/排氣相位調(diào)整機構(gòu)
進氣相位調(diào)整角度:50°曲軸轉(zhuǎn)角
排氣相位調(diào)整角度:40°曲軸轉(zhuǎn)角
三段式正時齒帶罩蓋:上下塑料護罩,中段鋁合金材質(zhì)(因其與發(fā)動機支撐元件集成)齒形皮帶使用了一種耐磨的聚四氟乙烯(特富龍)的涂層,齒形皮帶的壽命很高。
正時鏈條改為正時皮帶,具有特氟龍涂層,使用壽命可達30萬公里,噪音低。(首次檢查90000公里,之后每30000公里檢查,必要時更換;德國標(biāo)準(zhǔn)為首次檢查240000公里,之后每30000公里檢查)
潤滑系統(tǒng)
可調(diào)節(jié)機油泵
機油壓力調(diào)節(jié)閥N428負(fù)責(zé)將機油壓力加載到可調(diào)式機油泵的調(diào)節(jié)活塞上。該閥位于缸體的背面(發(fā)動機熱的一側(cè)),由發(fā)動機控制單元來操控。在較低轉(zhuǎn)速時,已經(jīng)加載上電壓(15好接線柱)了的機油壓力調(diào)節(jié)閥N428,由發(fā)動機控制單元給接地了。于是機油泵就切換到較低壓力級來工作了。較低壓力級是根據(jù)發(fā)動機負(fù)荷、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、機油溫度和其它工作參數(shù)來切換的。這樣的話,驅(qū)動該機油泵所耗費的功率就降低了,也就節(jié)省了燃油。在較高轉(zhuǎn)速或者較高負(fù)荷時(全負(fù)荷加速),發(fā)動機控制單元J623會使機油壓力調(diào)節(jié)閥N428斷開接地。于是機油泵就切換到較高壓力級來工作了。在較高壓力級和較低壓力級,通過讓移動單元移動來適配因發(fā)動機轉(zhuǎn)速改變而變動了的機油需求量。機油泵殼體內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)閥負(fù)責(zé)將機油壓力調(diào)節(jié)到約3,5bar,這就可保證不管機油濾清器的負(fù)荷如何,發(fā)動機內(nèi)的機油壓力都能保持足夠大。這可防止比如在發(fā)動機起動時,機油壓力猛升而損壞密封件。
冷卻系統(tǒng)
在橫流式冷卻的缸蓋上,冷卻液從進氣側(cè)經(jīng)燃燒室流向排氣側(cè)。在排氣側(cè),冷卻液又分成兩部分:排氣歧管的上部和下部。冷卻液流經(jīng)多個通道并吸收熱量。冷卻液從缸蓋流入冷卻液調(diào)節(jié)器殼體并與剩余的冷卻液混合。
這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點如下:
· 在發(fā)動機預(yù)熱運行過程中,冷卻液可由廢氣來加熱,于是發(fā)動機就可很快達到正常的工作溫度了。這樣也就節(jié)省了燃油,且能使車內(nèi)快速升溫。
·由于排氣側(cè)的壁面?。ㄖ敝链呋瘍艋鳎栽陬A(yù)熱階段時廢氣散出去的熱量很少,那么盡管有冷卻液在進行冷卻著,催化凈化器也會很快到達正常工作溫度。
· 在全負(fù)荷工況時,冷卻液會被強冷,發(fā)動機就可在一個很大范圍內(nèi)以λ=1來工作(這樣油耗和廢氣排放均最佳)。這樣的話,在全負(fù)荷工況時,油耗最多可降低20%(指與外置排氣歧管的渦輪增壓發(fā)動機相比)。在混合氣過濃時,通過冷卻效果可以實現(xiàn)部件保護。
冷卻液調(diào)節(jié)器與冷卻液調(diào)節(jié)器殼體是一體的,直接安裝在缸蓋上。冷卻液調(diào)節(jié)器殼體內(nèi)有兩個節(jié)溫器,負(fù)責(zé)雙回路冷卻系統(tǒng)的工作。
節(jié)溫器1:在水溫超過87°C時打開,這就敞開了從散熱器到水泵的通路了。
節(jié)溫器2:在水溫超過103°C時打開,這就敞開了從缸體到散熱器的已熱起來的冷卻液的通路了。整個冷卻循環(huán)管路都打開了。
水泵與冷卻液調(diào)節(jié)器殼體是一體的,整個這個模塊用螺栓擰在缸蓋上。使用橡膠密封件(EPDM,即三元乙丙橡膠)來密封冷卻液通道。一個密封件在水泵殼體和缸蓋之間,另一個密封件在水泵和節(jié)溫器殼體之間,水泵通過一個單獨的齒形皮帶機構(gòu)由排氣凸輪軸來驅(qū)動的,這個齒形皮帶機構(gòu) 安裝在發(fā)動機的動力輸出側(cè),是免保養(yǎng)的。但是要是更換了水泵的話,那么也必須更換這個齒形皮帶機構(gòu)。在拆卸和張緊齒形皮帶前,一定要注意維修手冊中的相關(guān)說明。只有正確張緊的齒形皮帶,才能保證水泵正常工作。
增壓空氣冷卻
增壓空氣冷卻系統(tǒng)的冷卻循環(huán),是由冷卻液續(xù)動泵V51來驅(qū)動的。廢氣渦輪增壓器也是接在了這個所謂的低溫冷卻循環(huán)中了。這個循環(huán)應(yīng)該看成是獨立的,它只與膨脹罐相聯(lián),通
過節(jié)流閥和止回閥來分隔的。通過這個分隔,與主散熱系統(tǒng)的溫差可高達100°C。冷卻液續(xù)動泵V51由發(fā)動機控制單元借助于PWM-信號來操控。冷卻液續(xù)動泵V51一直以100%占空比在工作著,其接通和關(guān)閉時通過特性曲線計算來的。為此,在發(fā)動機工作時,會用到發(fā)動機負(fù)荷、增壓空氣冷卻器前、后的增壓空氣溫度來作為最重要的計算量。
關(guān)閉發(fā)動機后,在某些情況下(最高車速或者山路、外界溫度高),會因積熱效應(yīng)而導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)開鍋。因此在關(guān)閉發(fā)動機后,該泵會根據(jù)發(fā)動機控制單元內(nèi)存儲的特性曲線再繼續(xù)工作一段時間。特性曲線計算要用到一個模型,這個模型是計算廢氣溫度的。該溫度就是廢氣渦輪增壓器殼體溫度值。在冷卻液續(xù)動泵V51工作時,電動散熱器風(fēng)扇也同時激活
曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)-油氣分離裝置
連接管(接進氣歧管模塊)直徑經(jīng)過校準(zhǔn),這個校準(zhǔn)是限制流量的。這樣就可省去壓力調(diào)節(jié)閥了。
曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)-壓力補償
發(fā)動機內(nèi)的真空(負(fù)壓)足夠大時,新鮮空氣就從空氣濾清器的凈化側(cè)被輸送到發(fā)動機內(nèi),這些空氣經(jīng)曲軸箱通風(fēng)裝置與燃燒的竄氣一同被送走
為此,在發(fā)動機內(nèi)的真空非常小時,止回閥應(yīng)該打開,反之亦然,以防止空氣過濾元件被機油霧所污染
發(fā)動機控制系統(tǒng)
發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器 G28
根據(jù)這個信號,來確定計算出的噴油時刻點、噴油持續(xù)時間長度和點火時刻點。另外,該信號還用于凸輪軸調(diào)節(jié)
冷卻液循環(huán)繼動泵 V188
將冷卻液從散熱器送到增壓空氣冷卻器和渦輪增壓器,冷卻增壓空氣和增壓器
機油壓力開關(guān) F378
在達到較低機油壓力時此開關(guān)閉合。若開關(guān)失效,則會存儲故障碼并且儀表中機油壓力警報燈亮起
機油壓力開關(guān) F22
在機油壓力較高時開關(guān)閉合。若此開關(guān)失效,則發(fā)動機轉(zhuǎn)速被限制為4000轉(zhuǎn)/分,儀表EPC警示燈亮起
燃油供應(yīng)
系統(tǒng)內(nèi)控制在高油壓狀態(tài),怠速:140巴;加速時達到200BAR;泄壓壓力230BAR。
若N276、G247出現(xiàn)故障,則系統(tǒng)內(nèi)燃油壓力下降到7BAR,發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速受到限制,發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)聲音變化不大。
燃燒室內(nèi)的最大噴油壓力提升至200bar,該噴油壓力是使用日本日立公司最新型高壓燃油泵來產(chǎn)生的。工作壓力在最低100bar(發(fā)動機怠速時)和200bar(轉(zhuǎn)速約為6000轉(zhuǎn)/分鐘時)之間。壓力限制閥是這樣設(shè)計:當(dāng)壓力峰值超過230bar時,該閥會打開,將燃油泄放到油泵的供油側(cè)。這種新開發(fā)的泵的調(diào)節(jié)策略,與其它新開發(fā)的發(fā)動機(比如第3代EA888-發(fā)動機系列)上的調(diào)節(jié)策略是一樣的。這種調(diào)節(jié)策略是這樣的:如果中斷了燃油壓力調(diào)節(jié)閥N276的供電,那么就不會有燃油被送往高壓區(qū)了,發(fā)動機就熄火了。
最新式的五孔噴油嘴是通過優(yōu)質(zhì)鋼制油軌來獲得供油的。這樣的話,在一個工作循環(huán)內(nèi),最多可實現(xiàn)三次單獨的極其精確的噴油。
渦輪增壓器
EA211 1.4 TSI 110kw發(fā)動機的扭矩優(yōu)化了25%,當(dāng)負(fù)載增加到1500rpm/min時,2.5秒就能達到目標(biāo)扭矩
·N75電磁閥進行增壓壓力調(diào)控,電磁閥安裝在增壓器上
·取消了N249空氣循環(huán)閥
·優(yōu)化設(shè)計,重量減輕2Kg
·V型夾連接,更加緊湊
·更短的葉輪直徑,更小的慣性矩
·可承受950攝氏度最高排氣溫度
為減小進氣波動造成的噪音,在進氣管部分進行了更改,添加了降低噪音的結(jié)構(gòu)