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全新的底盘设计,能够直接让驾驶者享受更为便捷的操作性与舒适性。
此次迈腾搭载了两款发动机分别为搭载EA211()发动机的280TSI版本,以及EA888发动机的的330TSI和的380TSI总计三款,以适应不同人群的需求,抛开作为旗舰版所配备的版本能够输入达到220马力,牛·
米和与之匹配的D807速G双离合的最佳黄金动力组合不谈。
仅是版本它同样可以输出150匹的以及250牛`米,完全可以满足日常使用,甚至还有盈余让你充分享受激情动力人生。
二、EA888发动机的发展历程
2006年
2009年
2012年
缸内直喷
曲轴和活塞优化设计
可变排气升程
涡轮增压
链条张紧器设计更改
智能热管理系统
双平衡轴
曲轴箱通风设计更改
进排气相位可调
进气歧管翻版
可变排气升程(纵置)
气缸盖集成排气歧管
进气相位可调
可变排量机油泵
双喷射系统
欧四排放
欧五排放
可控活塞冷却喷射
全新涡轮增压器及电控废弃旁通阀
欧六排放
适用于MQB平台
三、第三代EA888发动机变化特点
对着名的EA888发动机系列进行进一步开发的过程中,两个最重要的开发目标是:
符合EU6排放标准;
确保发动机在横置发动机模块化平台(MQB)中的可用性。
其它开发目标还包括:
减少二氧化碳的排放量
减轻发动机重量
减小发动机内的摩擦
在节省油耗的情况下优化性能和扭矩
减少运行噪音
lTSI发动机系列的开发涉及以下发动机机械特性:
-总计减重kg
-集成了排气歧管的气缸盖
-滚柱轴承平衡轴
-更小的曲轴主轴承,平衡块进行了减重
-通过电动废气旁通阀驱动的涡轮增压器
-降低了机油压力
-机油滤清器和机油冷却器集成安装在辅助装置托架中
lTSI发动机系列中的发动机管理系统具有以下特点:
-进气凸轮轴和排气凸轮轴可调
-电子可变气门行程
-带有TSI和SRE喷油器的双喷射系统(直接喷射和进气歧管喷射相结合)
-带有旋转阀调节的创新式热量管理(发动机温度调节执行器N493)
-电控活塞冷却喷嘴
(一)、EA888两代发动机性能参数对比
第二代
第三代
1798
1984
x
:
1
118/4500-6200
147/4300-6000
127/3800-6200
160/4500-6200
250/1500-4500
280/1500-3900
320/1400-3700
350/1500-4500
(二)、第三代EA888发动机的技术参数
CUF/CUG发动机技术特点
智能热管理
可变排气门升程
电控废气旁通阀
燃油双喷射系统
四、创新型热量管理系统(ITM)
(一)、简介:
创新型热量管理系统(ITM)是针对发动机和变速箱的一项智能冷起动和暖机程序。
它可实现全可变发动机温度调节,对冷却液液流进行目标控制[1]。
创新温度管理的两个最重要部件是:
集成在缸盖内的排气歧管以及发动机温度调节执行元件N493[2]。
创新温度管理是作为一个模块与水泵一起安装在发动机较冷的一侧发动机温度调节执行器N493旋转阀组件。
(其位置是通过螺钉固定到气缸盖下方的进气侧曲轴箱上,装配位置如右图);
N493旋转阀组件采用了两个机械连接的旋转滑阀来控制调节冷却液液流,当系统检测到系统某个组件的温度达到了设定温度的范围之后,发动机控制单元就会根据维谱图控制相应的执行器(这里的执行器就是N493的异步电机)驱动旋转阀1与旋转阀2,因此可实现不同的开关位置,缩短了预热阶段;
并结合缸内集成式排气歧管以及此款发动机的特有燃油双喷射系统,可进一步缩短发动机的预热运转阶段。
并将发动机温度保持在最佳的86°
C和107°
C之间。
由于旋转阀1和旋转阀2的位置在发动机运转的各个阶段是不同的,因此可以满足发动机在各个工况下的对于温度的需求,且由于两个旋转阀存在,各个阶段温控的变化幅度是极小的,即无缝过渡。
(二)、特点及优势
在第三代EA888发动机的创新性的热能管理系统中集成了旋转阀,它就是传统意义的节温器;
而传统发动机所使用的石蜡式的节温器的最大差异在于,由于这样的一个N493旋转阀组件的存在,致使温度的调节不在仅仅局限于两个(甚至多个)节温器的开启或关闭,决定冷却液是否流经主散热水箱而提出的大小循环之分;
传统的节温器不能精确控制冷却液的流量,让冷却液流经哪个部件,流经的量是多少;
集成旋转阀组件的发动机则能根据发动据图谱驱动执行电机,最终驱动旋转阀对冷却液的流量进行精准控制;
使发动机处于最佳的温度,无缝连接每个阶段的同时,。
(三)、重要部件的特点及组成
创新温度管理系统的两个最重要部件是:
1、集成在缸盖内的排气歧管
2、发动机温度调节执行元件N493。
(1)、气缸盖内集成式排气歧管特点:
排气歧管是完全集成在缸盖上的,并充当了废气热量交换器的角色。
利用废气能量,发动机在热运转中可迅速被加热,此外,也有充足的热量用于汽车供暖,这对于小型发动机在冬季的有效运转来说意义尤其重大。
相反,在全负荷状态下,废气可冷却降温100K,因此,在高速公路行驶状态下的燃油消耗可降低100km。
废气的流经路径在缸盖内集成排气歧管内得到缩短,在短时间内因汽缸壁散热所造成的传热损失能够控制在合理的范围内。
(2)、集成排气歧管的组成
(1)主水套
(2)上部冷却区(3)下部冷却区(4)废气排气通道带有涡轮增压器的链接法兰
EA888第三代发动机,在开阔创新新工艺新功能的同时,沿袭继承了EA211最大的特点,即缸盖集成排气歧管,由于EA888第三代发动机的TSI版本采用了气缸盖内集成式排气歧管的设计方案,虽然优势明确,在复杂而又狭小的机体内部,但工程师却仍将将排气歧管放置其中,这不仅是结构设计的要求相当高,其更是对生产铸造工艺的严峻考验.但与之而言带来的问题也就立马显现,不同于EA211EA211自身排量较小的特点(在利用废气能量,使发动机在热运转中既可以迅速被加热,而其温度控制也能够处于正常水准);
发动机排气歧管的工作温度仅是普通四缸发动机的温度就在626-826°
C之间,相应的,对于大排量的EA888发动机而言,无疑对散热问题又提出更为严苛的要求。
为此大众工程师给出的解决方案是:
对缸盖密封垫横截面重新设计,并调整缸盖和缸体冷却液的流量,其中75%的液体用于缸盖内循环,主要冷却的是排气歧管;
余下的25%冷却液,将会在循环往复在气缸盖与气缸体之间流动,并进行冷却;
只是这25%的冷却液依旧会流经发动机排气歧管,借以保证更强的冷却效果;
如此大费周章所设计的目的就是降低经涡轮增压器增压后的气体的进气压力与温度,最终的目的就是减少对涡轮的负荷,使之延长涡轮增压器的寿命。
(3)、N493旋转阀组件
机械组成
发动机温度调节执行器(旋转阀组件)包含:
冷却液泵
两个旋转阀
恒温器
用于控制冷却液液流的发动机温度
调节执行器N493
带转向角度传感器的齿轮发动机温度调节执行器(旋转阀组件)
旋转阀组件组成部件:
(1)-电机、
(2)-冷却器供给管路连接件、(3)-发动机机油冷却器连接口、(4)-旋转阀2、(5)-驱动桥、(6)-中间齿轮、(7)-齿形门、(8)-旋转阀1、(9)-壳体、(10)-变速箱、(11)-转向角度传感器的控制板、(12)-紧急模式恒温器、(13)-冷却器回流连接件
(4)、旋转阀组件的运行原理
首先执行电机通过一个蜗轮蜗杆传动装置来最终驱动旋转滑阀1;
旋转阀1控制冷却液在机油冷却器、发动机和主水冷却器之间流动;
旋转阀2控制由发动机水泵驱动的冷却液通往气缸体的流经通道。
若旋转阀2想动作就必须通过一个中间齿轮由旋转阀1上的齿形门驱动。
两个旋转滑阀是通过一个滚销齿联动机构相互联动的。
即两者是相互分开又相互联系的,仅在特定的角度位置上两个旋转滑阀会接合或脱离(如85°
时旋转阀2达到最大开度并断开连接;
旋转阀1在145°
时会接合旋转阀2)。
在温度控制范围调节模式下发动机温度调节执行器N493根据需要释放的热量的多少,将旋转阀1置于0°
至85°
的角度位置;
若旋转阀1处于0°
角位置时,阀体的开度达到最大,并且完全开启连接主散热器的连接通道;
当旋转滑阀1转过的角度约为145°
时,旋转阀2开始微微开启,让冷却液液流流向气缸体;
在旋转滑阀1转角约为85°
再次脱开。
此时旋转滑阀2达到了其极限位置(即旋转阀2的在旋转阀1的角度大约为85°
-145°
范围内开启),发动机缸体内的冷却液循环管路就完全打开了。
发动机停机且持续运转模式结束后,旋转阀自动设置为40°
角(在此角度下,旋转阀1开起)。
如果系统有故障,发动机可通过紧急恒温器在此角度范围内运行。
如果没有故障,且发动机起动,旋转阀角度被设置为160°
[3]。
(在此旋转角度下旋转阀1旋转阀2均关闭)。
由于旋转阀是机械运动的,那么就必然会受到机械止点的限制(旋转阀1能够达到最大的旋转角度为225°
);
在旋转滑阀的控制的电路板上的转向角传感器(霍尔传感器)实时的将旋转阀位置发送至发动机控制单元。
作为执行器的直流电机通过保存在发动机控制单元的图谱,驱动两个旋转阀旋转到不同的角度,开度的差异决定不同的档位,以此来加速暖机,最终实现温度在各个工况下的差异,从而将温控控制在最佳86°
C-107°
C。
创新热能管理系统的创新之处是在于根据发动机图谱,结合热能管理系统的逻辑控制图,从而控制两个旋转滑阀的开度,实时而又精确的调整冷却液的流向与流量,最终实现温度的智能控制。
温度控制的逻辑包含三个范围:
1暖机范围(有可细分为4个组成部分:
静态冷却液、少量流量、少量流量以及车内制暖以及开启由图谱控制的发动机冷却功能);
2温度控制范围;
3持续运转模式范围。
逻辑控制图参考图
五、热管理系统的控制策略
(这里以迈腾TSI发动机为例)
热能管理系统控制冷却液循环图
(一)、暖机范围
(1)、暖机(静态冷却液)
第三代EA888发动机仍旧延续上一代思路,继续以曲轴通过链条带动平衡轴,在通过连接在平衡轴末端上的皮带,最终使水泵转动;
因此发动机运转就必然带动水泵运转。
因此要实现静态冷却液只能是完全堵死冷却液流经的通道。
同时为了缩短发动机暖机时间(结合EA888第三代,在开阔创新新工艺新功能的同时,延续继承EA211最大的特点,缸盖集成排气歧管
通过这种组合,就可以(尤其是在高转速时)基本上取消了用于保护涡轮的全负荷加浓工况了。
因此,在正常行驶工况以及以运动方式驾车行驶时,燃油消耗就明显降低了。
另外,集成式排气歧管可以使得冷却液能得到快速预热,因此该歧管是温度管理的重要组件),由于水套内的冷却液的温度未达到节温器的设定范围,因此节温器无法打开,并将完全堵死冷却液液流流经主散热器的通道,此时发动机处于小循环;
与之不同的是,这里的节温器变成了发动机控制单元控制执行电机控制下的旋转阀,旋转阀1旋转到160°
,在此角度上,旋转阀2关闭中断冷却液泵的供给液流流向发动机气缸体。
旋转阀1阻止来自发动机机油冷却器的回流以及来自主水冷却器的回流。
Climatronic自动空调冷却液切断阀N422中断流向制暖和空调系统的冷却液液流。
电动冷却液再循环泵V51关闭[4]。
电动冷却液继续循环泵V51(该泵用作暖风热交换器的循环泵)关闭。
为了防止冷却液温度过高,为此发动机控制单元根据负荷和转速情况,最高温度被限制在90°
(2)、暖机(少量液流)
由于在暖机阶段时冷却液处于非流动状态,虽然发动机控制单元限制了在局部限制了高温,但是为了防止气缸盖和涡轮增压器过热不得不做出应对策略,即通过排气歧管的静态冷却液来冷却机件;
为此将旋转阀1的角度调整为145°
,在此角度下在滚销齿联动机构的带动下旋转滑阀2接合,并轻微开启一个幅度,以此让冷却液液流流向气缸体。
这时少量冷却液就会流经缸体而进入缸盖,流经涡轮增压器,再经旋转滑阀模块流回水泵。
(3)、暖机(少量液流)以及车内制暖
在用户实际使用的过程中常会使用车辆供暖功能;
因此在暖机模式下,冷却液不得不局部流动,利用气缸盖内集成的排气歧管的热量为车内供暖。
因此,开启供暖功能以后自动空调会打开冷却液切断阀N422,冷却液流经的通道就打开了;
这时冷却液继续循环泵V51会自动工作,为加热器交换器开始输送加热后冷却液。
此时旋转阀2会暂时断开流经气缸体的通道。
由于冷却液切断阀N422已开启,因此冷却液会被导向气缸盖、涡轮增压器和加热器交换器。
当然这一过程这会让发动机的暖机时间更长。
Climatronic自动空调冷却液切断阀N422和冷却液再循环泵V51的激活总是符合后续控制范围的需求。
流到发动机气缸体的冷却液液流减少,或在需要时被旋转阀2阻止[5]。
(4)、
暖机(开启由图谱控制的发动机冷却功能)
接下来,由于冷却液加温过程很快速,为了使发动机机油处于良好品质并且降低暖机运转阶段的摩擦;
发动机暖机过程中会逐步开启发动机机油冷却器。
在此阶段下旋转阀1会转到120°
,并打开冷却液通往机油冷却器的通道。
同时由于旋转阀2在此角度下与旋转阀1是接合的,因此该阀可进一步旋转,进而增加通道截面积,使更多的冷却液流经气缸体。
也正是得益于如此,一部分的余热也可通过机油冷却器释放。
通过这种有针对性地来接通发动机机油冷却器,也可以额外加热发动机机油。
(二)、温度控制范围
创新的热能管理系统会根据发动机的特性曲线,并使其处于最佳的温度范围,最终的目的是得到最大的热力效率和最小的摩擦;
由于发动机的负荷状态在各个工况下皆是变化的,因此旋转阀组件的调节也应该是动态的,且由于两个旋转阀角度的变化决定液流流经通道开启的截面积变化,从而实现无极调节,因此因此可以满足发动机在各个工况下的对于温度的需求,且由于两个旋转阀存在,各个阶段温控的变化幅度是极小的,即无缝过渡。
在此温度范围阶段下,旋转阀1会依据温度的变化,适时的在0°
-85°
之间转动,当处于0°
位置时,将完全打开冷却液通往主散热器的通道,若处于85°
时,旋转阀2旋转至最开开度并且断开接合。
若发动机处于较低的负荷和转速下,为了使发动机摩擦最小化,热量管理系统会将冷却液温度调节至107°
并且根据冷却液的温度情况会在某个温度范围内,适时的断开或打开通往主散热器的通道,从而将温度尽可能恒定地保持在107°
当发动机的转速和负荷达到一个限值以后,通往主散热器的通道就完全打开,从而加大散热,冷却液温度最低可减至85°
C。
(三)、关闭发动机时的接续运行模式范围
在发动机停止运转以后,曲轴无法继续带动水泵工作。
但是由于气缸盖和涡轮增压器两个部件的温度仍旧很高,为了防止沸腾,因此需要发动机控制单元启动接续运行模式,(同时也为了避免对发动机不必要的冷却)在发动机停机后,该功能可运行最多达15分钟。
在此阶段下,冷却液再循环泵V51和冷却液切断阀N488也相应被激活。
由冷却液再循环泵V51提供相应的运转动力,
在接续运行模式中,发动机温度调节执行器N493的旋转阀1处于“续动位置”(160°
至255°
)。
旋转阀开度往后逐渐变大,并在255°
角度位置时,达到机械设计的止点,即能够开启的最大角度位置,完全开启通往主散热器通道。
旋转阀2在此模式下并未与旋转阀1接合,但完全封死冷却液去往发动机气缸体的通道。
因此冷却液经冷却液再循环泵V51的作用,液流被导流分成了两条路径。
其一自冷却液再循环泵V51出发,从气缸盖出的单向阀进入水套内,最后再流回初始位置;
其二自却液再循环泵V51出发,到涡轮增压器,由于此时旋转阀1是开启的,冷却液液流可以流向主散热器,后再会到冷却液再循环泵V51。
(四)、紧急模式(保护模式)
若旋转阀组件的温度超过113°
C,即代表组件可能存在卡死故障,而作为保护装置的膨胀式节温器就会自动开启通往主散热器旁通阀,以防止温度过高可能带来的一些列问题。
同时如此这般设计也可为发生故障的车辆继续行驶一定的距离,直到到达最近的一汽-大众公司授权的维修站点。
假如作为转角传感器因损坏,而不能向发动机控制单元发送实时的位置信号,旋转阀组件N493将直接驱动旋转阀。
因此,不管目前的发动机负荷和运行温度如何,都可以是发动机达到最佳的温度状态。
(1)、故障情况
如果转角传感器损坏了的话,那么该旋转滑阀就会开至最大位置(发动机冷却能力最强)。
如果直流电机损坏或者旋转滑阀卡死,那么根据旋滑阀位置情况,会激活转速限制和扭矩限制功能[6]。
(2)、其它反应:
组合仪表上出现信息,提示转速已被限制在4000转/分,提示音
响一次,,EPC-灯也被接通
组合仪表上显示真实的冷却液温度
打开冷却液断流阀N82
激活冷却液继续补给泵V51,以保证缸盖的冷却
(五)、双离合器变速箱冷却
如果发动机配备双离合器变速箱(DSG),则冷却液回路包含更多零部件:
齿轮油冷却器、冷却液切断阀N488和辅助散热器。
变速器冷却液阀N488(该阀在迈腾B8L上仅装配在带有0DE双离合器变速箱车辆)。
在发动机冷却液温度达到80°
C时,在需要时冷却液阀N488会在发动机控制单元的控制下,适时让冷却液液流流经变速器(若温度达到90°
C则关闭)动机的余热加热变速箱油,使之在摩擦最为理想的情形下工作,该冷却液阀为常开型,即是不通电下处于打开状态。
六、冷却系统图解及个别部件详解
(一)、冷却液软管连图解
◆蓝色=冷却液大循环
◆红色=冷却液小循环
◆棕色=热循环回路
◆黄色=变速箱油冷却
◆箭头指向冷却液流动方
1-散热器2-散热器出口处的冷却液温度传感器-G83-
3-冷却液继续补给泵-V51-4-发动机温度调节伺服元
件-N493-5-气缸盖/气缸体6-限流阀
7-冷却液膨胀箱8-冷却液膨胀罐密封盖
9-单向阀10-排气歧管(集成在气缸盖中)
11-废气涡轮增压器12-暖风装置的热交换器
13-限流阀14-单向阀15-增压空气冷却泵-V188-
16-冷却液温度传感器-G62-17-冷却液断流阀-N82-
18-限流阀19-冷却液泵20-变速箱冷却液阀-N488
21-单向阀22-变速箱油冷却器
(二)、冷却液继续补给泵V51
使用MQB平台的车上才装备该泵,而使用MLB平台的车辆则装备冷却液循环泵V50,两者结构并没有仍和差异,只是使用的模块化平台不同而已。
由发动机控制单元J623或者自动空调控制单元J255使用占空比的数字信号进行控制。
汽车上在冷却液回路中为了支持发动机的冷却液泵,安装了一个冷却液继续补给泵-V51在带自动起停功能的汽车上,在“停止模式”下(发动机静止)可能控制冷却液继续补给泵-V51-,以便维持经过暖风热交换器的冷却液流量。
当发动机的转速在一定值时,V51会作为副水泵的存在,用以加大冷却液流向加热器芯的流量。
此外,该泵在工作时还。
会使一部分流量流经涡轮增压器,降低温度,延长涡轮寿命。
(三)、冷却液断流阀-N82-
根据发动机的型号,在冷却液回路中可能安装冷却液断流阀N82如果冷却液断流阀-N82-没有加热功率要求且发动机还处于冷态,发动机控制单元-J623-/空调器控制单元-J301-/Climatronic全自动空调控制单元-J255-会控制引导型故障查询功能在车辆诊断测试器“引导型故障查询”功能中(针
对发动机控制单元)。
冷却液断流阀-N82-受控制时,加热
的冷却液无法流过暖风热交换器。
七、全篇总结
创新的热能管理系统先进之处在于,采用了发动机温度调节执行器(旋转阀组件N493)能够根据发动机的工况与负荷适时而又精准的调节冷却液的流量,并且将温度的控制无缝过渡到各个工况。
依据发动机的特性去曲线图实现最佳的温度控制,使发动机时刻处于86°
C之间,使之进一步提高了热力学效率以及降低了摩擦。
由于旋转阀组件独特的设计使之具有高度的动态调节性,能够在发动机负荷剧烈变化下,依旧将温度控制在最佳的合理水平,进而保证车辆的性能。
在暖机阶段结合发动机缸内集成式排气歧管以及此款发动机的特有燃油双喷射系统,可让暖机运转阶段所用时间最小化。
若在此阶段下发动机的温度达到足够热时,将利用余热时变速箱快速达到正常工作温度。
在关闭发动机后的持续运转模式之中,由于发动机水泵不再运行,而涡轮增压器和气缸盖内部温度仍旧很高,为了保护同时也为了防止部件沸腾,因此冷却液继续补给泵V51会与旋转阀组件协同作用,会让足量的冷却液流经两者,以便带走热量;
在持续运转模式之中,旋转阀2会阻止冷却液流向气缸体,避免了不必要的冷却。
创新的热管理技术在欧洲油耗及排放评定标准NEDC中能够获得/kmCO2,排放的燃油耗优势,即使在用户实际使用中也能显现出明显的节油效果。
八、致谢词
自去年十二月份至今实习五月;
一段时间以来,经过漫长而又短暂的实习,在此期间痛苦与快乐并存着。
在实习期间,在平凡的岗位上,让我体验到生活不易的同时;
还加深了我对知识的渴求。
在学校学习到的理论知识运用到实际修车中遇到的问题上去
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