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奥迪大众第3代EA888 发动机原理详解

德国奥迪公司出色的EA888系列发动机，现在已经发展到第三代了。持续不断开发的原因，是越来越严的排放标准（EU6）、用户要求降低燃油消耗（这是自然之事，当然也就使得CO2排放更少了）。为此，该发动机总成在所有方面都进行了根本性的修改。除了减小了外形体积，降低转速的作用是越来越大了。

这款“全球发动机”在匈牙利的Gyoer奥迪发动机厂、墨西哥的Silao厂和中国生产。中国的上海和大连生产EA888系列发动机，将来在长春也会进行生产。

与前代机型一样，这款发动机有1.8升的，也有2.0升的，可用于各种车辆平台和主要品牌。该动力总成的功率频谱是非常宽的。

Ingolstadt的工程师们把开发重点放在下面这几点上了：

• 所有型号发动机的通用件比例要高

• 降低发动机重量

• 减小发动机的内摩擦

• 燃油消耗要小而同时

功率和扭矩要高

• 改善舒适性

另外，发动机要能在所有市场使用，即使在燃油质量很差的国度也可使用。这款“全球发动机”在日渐增多的混合动力方面也是起到很重要作用的。

使用到的新的、创新型技术有下面这些：

• 排气歧管集成在缸盖内

• 双喷射系统（直喷和进气歧管喷射）

• 新型的紧凑式涡轮增压器模块，带有铸钢涡轮壳体、电动废气泄放

阀调节器和涡轮前的λ传感器。

• 创新温度管理系统，带有全电子式节温器

缸体的重量不但降低了很多，还在其“冷的”一侧又开出了一个压力机油通道，该机油通道用于电控活塞冷却喷嘴。冷却液回流和机油回流通道的横截面也做了修改，爆震传感器的位置也得到了优化。为了使得平衡轴足够结实，以便用于智能起停系统或者混合动力情形，平衡轴的某部分采用了滚动轴承支承。因此，平衡轴有一处是滑动轴承，两处是滚动轴承。同时。平衡轴的摩擦、重量和惯性也都降低了。

第3代EA888系列发动机，其重量总共减轻了约7.8kg。为了达到这个目标，对下面的部件进行了优化或者是首次使用某些部件：

• 薄壁式缸体，取消了单独的机油粗过滤器

• 缸盖和涡轮增压器

• 曲轴 (主轴承直径减小了，有四个平衡重块）

• 油底壳上部是铝压铸而成的(包括铝制螺栓）

• 油底壳下部是塑料制成的

• 铝制螺栓

• 平衡轴（某部分采用了滚动轴承支承）

缸体做了根本性的改动，主要目标是降低重量。壁厚从约3.5mm减至3.0mm。另外，机油粗过滤器的功能整合到缸体内了。就缸体来讲，与第2代EA888系列发动机相比，总共可降低2.4kg。内部摩擦所消耗的功率也有所降低。减重所用到的最重要的措施是：减小了主轴承直径和改进了平衡轴的轴承。

与第2代发动机相比而作的其它改进之处：

• 其“冷的”一侧又开出了一个压力机油通道，该机油通道用于电控活塞冷却喷嘴。

• 冷却液回流和机油回流通道的横截面也做了修改。

• 改进了长的发动机水套。

• 机油冷却器通过缸盖上的冷却液回流来供液。

• 爆震传感器的位置有所优化

• 改进了平衡轴的轴承。

链传动机构

链传动机构的基本构造，差不多就是直接取自第2代发动机。但是也还是有改进的地方。由于摩擦减小了且机油需求量也很小了，所以链传动机构所耗费的驱动功率也就减小了。因此链条张紧器就做了匹配，就是按较低的机油压力进行适配。

乍看看不出来，但实际上针对售后服务是做了几处改动。这一方面涉及到链条装配的工作步骤，另一方面还要用到一些新的专用工具。另外，在拆装了链条机构后，必须用车辆诊断仪进行适配，这实际上就是为了诊断而要获知链条机构的部件公差并做相应的考虑。

平衡轴

平衡轴除了降低了重量外，有几处改成了滚动轴承支承了，这样就可以明显降低摩擦了，尤其是在机油温度较低时效果更明显。另外，这个措施对于智能起停模式和混合动力模式的可靠性也具有积极意义。

附加装置支架

机油滤清器滤芯筒总成易于更换，从上面就可够着，为了在更换滤清器时不淌出机油，在松开时会打开一个锁销，于是机油就流回油底壳了。在发动机的附加装置支架上，集成有机油滤清器支架和机油冷却器支架。该支架内有机油道和冷却液通道（流向机油冷却器）。还装有机油压力开关、活塞冷却喷嘴的电控阀以及多楔皮带的张紧装置。

缸盖

发动机上，最惹人注目的新件就是缸盖了，该缸盖是完全重新开发的。在配有直喷系统的涡轮增压发动机上，首次在缸盖内集成了废气冷却系统以及废气再循环系统（IAGK）。

凸轮轴调节器

另一项重要改进，就是在排气凸轮轴上也有凸轮轴调节器了。这样的话，在操控换气过程时，就可以达到最大灵活度了。奥迪气门升程系统与排气凸轮轴调节器一起使用，就可满足在全负荷和部分负荷时对于换气的不同需求了。其结果就是能快速产生所需力矩。发动机在一个转速很宽的范围内都能获得高达320Nm的力矩，这样的话就能与各种变速器传动比来配合使用了（降低转速）。这样也就降低了燃油消耗了。

排气道的布置原则是这样的：排气气缸的废气气流对任一其它气缸的扫气过程不能有影响。

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。在预热阶段，在很短时间后热量就传入冷却液了。这个热量被立即用于去预热发动机以及为车内乘员供暖。由于热量损失很少且路径很短，因此后面的部件（λ传感器、废气涡轮增压器和催化净化器）就能更快地达到最佳工作温度了。在经过了很短的预热阶段后，就过渡到冷却工况了，因为集成式排气歧管附近的冷却液很快就会沸腾的。正因为这个原因，冷却液传温度感器G62也安装在缸盖的最热点之处。

曲轴箱排气与通风系统也是经过再开发的，因此缸体与大气之间的压力比就可按较大的压降来设计了，这对降低发动机机油消耗量很有利。另外，还尽量考虑到减少部件数量了，因此在发动机之外，只有一根管子用于导出已净化了的窜气。

机油粗分离

机油粗分离器的功能是缸体的组成部分，让窜气气流在一个迷宫式结构中改变方向，就可以分离出一部分机油，分离出的机油经缸体内的回流通道流回到油底壳中，该通道的末端在机油油面以下。

机油细分离

经过粗分离后的窜气从缸体内经缸盖内的一个通道被引入到机油细分离器模块。窜气先在旋流式分离器中进行净化，旋流式分离器所分离出的机油通过缸体内的一个独立通道流回油底壳，该通道的末端在机油油面以下。止回阀的作用是：在压力比不利的情况下，防止机油被

从油底壳中抽出。在以运动风格来驾车行驶时（急加速），机油回流口可能会露出，因为油底壳内的机油被晃到一边去了。即使这样，止回阀也会封住机油回流通道，该阀是个惯性阀。

曲轴箱通风装置与机油细分离器和压力调节阀合成在一个模块中，安装在气缸盖罩上。

机油供给

即使是压力机油回路，也是在不断地优化和改进者的。重点改进如下：

• 优化了机油供给系统的压力机油通道，这样在容积增大的同时又减小了压力损失。

• 降低了压力机油段的压力损失。

• 扩大了较低压力时的转速范围。

• 较低压力时机油压力下降

• 可控式活塞冷却喷嘴

综合起来看，这些措施明显降低了发动机的内摩擦。燃油消耗也因此再次降低。

可调机油泵

该机油泵的基本功能与第2代发动机用的泵是一样的，但是有如下变化：

• 泵内的液压调节又经过进一步开发，因此对该泵的控制更精确了。

• 该泵的传动比有所变化，现在泵运行得更慢了，i = 0,96。

创新温度管理(ITM)

在对发动机进行进一步改进时，对整个冷却循环系统也做了修改。主要有这几项内容：发动机的快速预热，通过快速且经热力学方面优化的发动机温度调节来实现降低油耗，以及在需要时给乘员舱加热。

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（见缸盖的剖面图，下面有描述），和发动机温度调节执行元件N493。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元件N493(旋转滑阀)

发动机温度调节执行元件N493在1,8l 和 2,0l发动机上，无论纵置和横置都是一样的。采用两个机械连接的旋转滑阀来调节冷却液液流。旋转滑阀角度位置的调节是按照发动机控制单元内的各种特性曲线来进行的。

通过旋转滑阀的相应位置，就可实现不同的切换状态。因此，就可让发动机快速预热，也就使得摩擦变小了（因此燃油消耗就小了）。另外，可让发动机温度在85°C - 107°C之间变动。

发动机温度调节执行元件N493的功能

一个直流电机驱动旋转滑阀转动，该电机由发动机控制单元通过PWM-（12V）来操控，操控频率为1000Hz。这里的新内容是操控信号，这是个数字信号，从结构上讲像CAN-总线信号。这个操控过程一直持续进行着，直至到达发动机控制单元给出的位置。正的操控信号（诊断仪上的测量值）表示旋转滑阀在向打开的方向转动。电机通过一个很结实的蜗轮蜗杆传动装置来驱动旋转滑阀1，这样就能控制机油冷却器、缸盖以及主散热器中的冷却液液流了。（变速器机油冷却器、废气涡轮增压器和暖风回流管不进行调节。）

旋转滑阀2是通过一个滚销齿联动机构与旋转滑阀1相联的。该联动机的结构是这样的：旋转滑阀2在特定角度位置会与旋转滑阀1联上和脱开。旋转滑阀2的旋转运动（打开流经缸体的冷却液液流）在旋转滑阀1转角约为145°时开始。在旋转滑阀1转角约为85°再次脱开。此时旋转滑阀2达到了其最大转动位置，缸体内的冷却液循环管路就完全打开了。

旋转滑阀的运动，会受到机械止点限制的。

发动机越热，旋转滑阀的转动也就越大，这样的话不同的横断面也就有不同的流量了。为了能准确识别旋转滑阀的位置以及功能故障，就在旋转滑阀的控制电路板上装了一个旋转角度传感器，该传感器将数字电压信号（SENT*）发送给发动机控制单元。旋转滑阀1的位置可用诊断仪在测量值中读出。

预热

要想预热发动机，旋转滑阀1就得转到160°的位置。在这个位置处，旋转滑阀1会封闭发动机机油冷却器和主散热器回流管开口。旋转滑阀2会封闭通向缸体的开口。自动空调冷却液截止阀N422和变速器冷却液阀N488暂时关闭。冷却液续动泵V51不通电。于是这时冷却液不在缸体内循环。不流动的冷却液根据负荷和转速情况，被加热至最高90°C。

自加热

如果有加热请求，那么自动空调冷却液截止阀N422和冷却液循环泵V51就会被激活，于是冷却液就会流经缸盖、废气涡轮增压器和暖风热交换器。

小流量

该功能用于：在缸体内的冷却液静止时（就是不流动时），防止缸盖（集成式排气歧管）和涡轮增压器过热。为此就要将旋转滑阀1转到约145°的位置上。从该位置起，滚销齿联动机构就会带动旋转滑阀2动作了，该阀开始打开了。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。还有一部分冷却液，在需要时会经冷却液止回阀N82流向暖风热交换器。冷却液循环泵V51仅在“有加热要求时”，才会激活工作。由于可以快速加热冷却液，那么在发动机预热阶段就可以将摩擦降至最小了。

接通发动机机油冷却器的预热运行

预热阶段在接下来，就只接通发动机机油冷却器。在旋转滑阀1到达120°的位置起，发动机机油冷却器接口就开始打开了。与此同时，旋转滑阀2也一直在继续打开，流经缸体的冷却液流就越来越大。通过这种有针对性地来接通发动机机油冷却器，可以额外加热发动机机油。

变速器机油加热

在发动机热到足够程度后，最后会打开变速器冷却液阀N488，以便用过剩的热来加热变速器机油。变速器机油加热功能在下述情况下接通：不用暖风的话，冷却液温度达到80°C时；使用暖风的话，冷却液温度达到97°C时

通过主散热器实施温度调节

在转速和负荷很小时，就把冷却液温度调至107°C，以便使得发动摩擦最小。随着负荷和转速升高，会将冷却液温度调低，最低可至85°C为此，旋转滑阀1就在85°和0°之间根据冷却需要来进行调节。在0°这个滑阀位置时，主散热器回流接口就完全打开了。

关闭发动机后的续动功能

为了避免缸盖和涡轮增压器处的冷却液在发动机关机后沸腾，也为了避免对发动机不必要的冷却，会按特性曲线起动续动功能。该功能在发动机关闭后，最多可工作15分钟。为此就将旋转滑阀转至“续动位置”（160-255°）。在这个续动工况，也会实现冷却液温度调节的。在需要以最大续动能力来工作（255°）且冷却液温度较低时，主散热器回流接口就打开了，但是去往缸体的接口却用旋转滑阀2给封闭了。另外，冷却液续动泵V51和冷却液止回阀N82也都激活了。冷却液这时分成两个分流：一个是经缸盖流向V51，另一个经涡轮增压器流经旋转滑阀，随后再流经主散热器而流回冷却液续动泵V51。缸体在续动位置时，就没有冷却液流过了。通过这个功能，可以明显降低续动持续时间，且不会产生大量的热能损失。

故障情况

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，那么根据旋转滑阀位置情况，会激活转速限制和扭矩限制功能。

如果旋转滑阀内的温度超过113°C，那么旋转滑阀内的膨胀式节温器就会打开通向主散热器的一个旁通支路，这样的话冷却液就可以流经主散热器。于是，出现故障时也可以继续行驶了。

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

• 打开冷却液截止阀 N82

• 激活冷却液续动泵 V51，以保证缸盖的冷却

进气歧管

由于增压压力较高，所以对集成的进气歧管翻板系统进行了彻底的修改。弯曲的单体式不锈钢轴，可以为进气道内的凹形翻板提供最大的抗扭性。通过进气歧管翻板电位计（非接触式转角传感器）来识别翻板位置。

凹形翻板在打开状态时是绷紧在基体上的，这样就可以将气流的冲动降至最小。该轴由发动机控制单元借助真空单元（双位控制）经进气歧管翻板阀N316来以电控气动方式操控。

废气涡轮增压器