大眾奧迪集團有三款神機,一款是入門級EA211,主要是1.2T、1.4T和1.5T,搭載在眾多小型和緊湊級大眾車型上;一款是中端的EA888,有1.8T和2.0T,廣泛搭載於大眾、奧迪、斯柯達旗下的產品;在其之上,有一款高階發動機,代號EA839。在EA839之前,大眾奧迪集團使用一款代號為EA837的機械增壓3.0T V6高效能發動機,該發動機連續蟬聯5年的沃德十佳發動機,可謂盛名在外。為了給使用者提供更奢華的享受,在EA837基礎上全面升級,由奧迪和保時捷聯合研發了代號為EA839全新的V6渦輪增壓發動機。
這款發動機有兩個排量,一個是3.0T版本,一個是2.9T版本,令人驚訝的是,2.9T的版本反而效能更強,扭矩更大,這是為什麼呢?下面由我進行技術揭秘。
1 哪些搭載了3.0T,哪些搭載了2.9T?
這款發動機非常經典,幾乎大眾集團下面的所有高階車型都搭載了該發動機,涵蓋了MQB、MLB、MSB、MNB、MMB等不同品牌的平臺。
下圖是目前搭載這款系列發動機的車型,可以看到根據不同車型其功率扭矩範圍都是不同的,其中低功率版本的功率從210kW到260kW,210kW的奧迪A8L為雞肋軟體閹割版本;高功率版本的功率從243kW到331kW,243kW的保時捷Panamera也是雞肋軟體閹割版本,他們都是市場策略的產物。
圖 奧迪A8L搭載3.0T EA839 功率210kW~250kW
圖 奧迪S4:搭載3.0T 終極版EA839的最便宜車型,功率260kW
圖 保時捷Panamera搭載2.9T EA839 功率243kW~324kW
圖 奧迪RS4:搭載2.9T 終極版EA839的最便宜車型,功率331kW
2 3.0T EA839 發動機有什麼技術亮點?
奧迪覺得上一代EA837更不上時代了,為了實現極限效能,並進一步降低燃油消耗,奧迪魔改了EA837,誕生了EA839系列發動機。在EA839上,奧迪對燃燒方式進行突破,採用了 "射流燃燒方式",主要採用的技術有迴歸單一噴射系統 (直噴);採用了中置噴油器,使用了奧迪最新的獨家B迴圈,並優化了燃燒室形狀,採用了扁平活塞;透過對噴油器的最佳化,能夠用多次噴射的方式使催化器快速預熱 ;並且保證燃油經濟性,在絕大多數工況下不加濃噴射。
2.1 B迴圈控制(靈活在奧托和米勒迴圈間切換)
Budack-cycle是以創造的工程師Budack命名的,也是對現有Miller cycle米勒迴圈的最佳化。和傳統的米勒迴圈相比,新改良的重點在於進氣閥門關閉時間的提前,能夠加快進氣氣流的速度,讓燃料與空氣混合的效率提升,因此有著更好的熱效率表現。奧迪經過多方面研究,得出在部分負荷時採用進氣門早關與氣門重疊相結合能獲得最佳的燃油經濟性(B迴圈)。對於渦輪增壓發動機而言,在全負荷時因為有足夠的渦輪增壓壓力,縮短進氣時間也能夠提高部分燃油經濟性。
2.2 奧迪氣門升程系統 (AVS)
為了實現B迴圈,奧迪應用了一套AVS系統(可變氣門升程),AVS系統的核心在於兩步式進氣凸輪軸設計。具體來講,新設計採用了一款滑動鈍齒,可以實現可變氣門行程:發動機可以在需要最大功率時保持正常進氣門開啟設定,也可以在部分負載條件下,利用凸輪凸角提前關閉進氣門,從而實現更長的膨脹行程。EA839在雙VVT(可變氣門正時)基礎上,進氣門佈置了AVS氣門升程系統。
2.3 單渦輪雙渦管佈局(提高渦輪的動態響應)
上一代EA837採用了機械增壓,這一代又迴歸了渦輪增壓,但是其響應速度和上一代機械增壓相同,而且功率扭矩更強。主要得益於V型佈置,氣道短且流動損失小,將結構佈置的更為緊湊。動態響應特性歸功於採用雙渦流技術的渦輪增壓器模組。每側氣缸排氣道將廢氣直接引至渦輪前,損失非常小,這樣就防止了對面廢氣氣流的相互干擾(竄擾)。
2.4 中置高壓燃油噴射系統
在這款發動機上,使用了工作壓力為250 bar的高壓燃油噴射系統和7孔電磁閥式噴油器。新噴油器設計在火花塞旁,處於燃燒室中間部位。這種噴油器能在吸氣衝程和壓縮衝程中多次噴油,實現分層燃燒。由於採用了高壓力噴射,且控制精度提高,可根據需要噴出非常少的燃油(3-5mg),從而在部分怠速工況下實現分層燃燒,比如在催化器暖機階段。該電磁閥式噴油器由發動機控制單元以65V電壓來控制。
2.5 智慧熱管理系統
該發動機考慮節能減排的設計需求,配備有最新一代的創新式熱管理系統。另外,整個系統設計時,為了保證壓力損失小,將很多管路整合在發動機鑄件內了。
透過這些技術,讓該渦輪增壓發動機壓縮比能達到11.2,渦輪增壓2.3Bar,效能最大可提供的功率達到260kw,最大扭矩可達500Nm,成為一款優秀的發動機。
3 2.9T EA839用了什麼黑科技力壓3.0T發動機,輸出更高效能?
對於渦輪增壓發動機而言,要想提升動力,排量並不是絕對性的因素,增加進氣量才是王道,因此EA839高效能版本上了雙渦輪增壓器,讓進氣量達到一個更加高的水平。兩顆渦輪增壓器並聯於發動機氣缸夾角上部,每側氣缸使用一個渦輪,進氣歧管更短,渦輪響應效果更加直接,且並聯結構進氣阻力更低,渦輪遲滯更小。這種渦輪佈局也是目前最流行的HOT V設計(Hot V就是指兩個增壓器安裝在V型汽缸的夾角中間而不是外側,這種設計多用於大型V8發動機上),該設計可以共用一個三元催化器,而且雙渦輪佈置和單渦輪佈置一樣,可以靈活放到不同規格車型上。
但是進氣量增多了在高負荷下必然容易爆震,因此2.9T版本必須降低壓縮比,從3.0T版本的11.2:1下降到10.5:1,升功率從83.3kW/L提高到114kW/L的同時,預計熱效率也從37.2%有一定下降(油耗與效能無法兼顧)。
此外,油氣分離器也得到了強化,採用了迷宮式+漩渦式兩級分離裝置,使機油分離更加徹底。在3.0T版本上,中間佈置了風冷式中冷器,在兩邊佈置了兩個散熱器,在2.9T的高效能版本上,為了有效控制進氣溫度,採用了水冷式中冷器,相對於風冷式而言,水冷式中冷器對於進氣溫度的控制更佳穩定高效,為這臺發動機暴躁的動力輸出做好了充足準備。
透過這些技術,2.9T的EA839最大功率260kW提高至331kW,極限扭矩從500Nm提升至600Nm,成為一臺效能怪獸。
4 由誰主導了3.0T 開發,由誰主導了2.9T的開發?
可以看到,目前3.0T的版本主要搭載奧迪旗下的產品以及保時捷卡宴和Macan這兩款和大眾集團沾親帶故的車型,而2.9T版本搭載在保時捷帕拉梅拉、高配的卡宴、Macan和奧迪旗下效能車型上。又因為這款發動機是保時捷和奧迪聯合開發,坊間很多人猜測3.0T是奧迪團隊開發,2.9T是保時捷團隊最佳化的。
從我個人經驗判斷,這個說法應該不對。我認為無論3.0T還是2.9T都是奧迪團隊主導開發的,保時捷團隊在發動機附件等方面參與了開發。一方面這款EA839發動機和EA837還是有著比較"密切"的血緣關係,並不是從0到1的產品,應該看作EA837的魔改版本。另一方面這款發動機的宣傳材料上都使用了奧迪的經典叫法,比如B迴圈、比如AVS,比如APS塗層等。保時捷發動機開發團隊更傾向於研究水平對置發動機技術,奧迪發動機開發團隊主導了EA839系列的開發,2.9T版本屬於在3.0T版本上的深度附件最佳化版本,其設計原理和3.0T一脈相承,因此沒有理由分為兩個團隊開發。
5 EA839 相比B58TU,誰更好?
談起奧迪EA839的競爭對手,就不得不提相愛相殺的寶馬B58TU,B58TU同樣也分不同版本,閹割版M0,中功率版M1,高功率版O1。寶馬B58上市後就獲評了2019年沃德十佳發動機,在2020年的評選中繼續蟬聯沃德十佳,可以算當今最出色的6缸發動機了,他們的引數對比如下圖。
寶馬採用L6佈局的理由就是模組化,基於B48,增加兩個氣缸就形成B58佈局,其大量零件和系統可以共用,且可靠效能得到充分驗證。從使用的技術手段來看,奧迪EA839和寶馬B58TU各有千秋。
B58TU缸徑*行程比為1.15,相比EA839的1.05和1.02,燃燒模型更趨向於經濟性取向,壓縮比相比奧迪也略低,因此在效能維度,不同功率版本相比EA839都有一定程度衰減。尤其是寶馬高功率版本也只採用了單渦輪,相比奧迪的雙渦輪明顯極限功率有弱化。
在其他技術領域,寶馬採用傳統的米勒+奧托,和奧迪的奧托+B-cycle效果一樣;汽缸蓋採用了LDS,和奧迪高功率的APS也差不多;冷卻系統比較巧妙,寶馬採用的缸蓋/缸體分離式,和奧迪採用的傳統電磁閥分割槽控制有明顯區別;配氣機構兩家都是招牌技術,寶馬的Valvetronic連續可變氣門升程技術採用電機控制偏心軸系統可以實現氣門升程的連續無級的調節,從而平衡效能和油耗對凸輪升程的不同需求,相比奧迪的兩段式氣門升程更先進一點。其他方面也可圈可點,在此不做過多介紹。
就我的判斷而言,寶馬的B58TU M1相比EA839的3.0T版本,綜合性能和油耗表現會更好一些,但是B58TU O1高功率版本還是不如EA839 2.9T版本的,綜合效果:EA839 2.9T>B58TU O1>B58TU M1>EA839 3.0T。
6 小結
所謂天下大勢,分久必合,合久必分,技術趨勢也是如此,在機械增壓稱王的時代,大眾又再一次進行了革命,迴歸了渦輪增壓技術,這款發動機不但擁有行業頂尖的升功率和扭矩,熱效率最高也達到了37.2%,可以說做到了燃油經濟性和效能的平衡,是一款優秀的發動機。