为什么''第四代''EA888叫Evo4而不叫Gen 4?
为什么Evo4相比起Gen 3的变化居然那么小?
以上两个常见问题却没人能说清楚。
因为这背后藏着当年一个非常重要角色:EA890!
这个代号大家非常陌生,但它才是当年根正苗红的EA888 Gen3的后继者。
EA890一开始内部研发定位是EA888 Gen4,之后便非常快改名为EA890,因为技术提升幅度相比于Gen3有根本性的变化。
下面就来聊聊这台胎死腹中的EA890
【时间线背景】图1
EA890的核心技术AVC(Audi Variable Compression)研发其实很早就开始了,大众集团在2008年的时候就开始了相关研究,但真正在EA890确认开始使用该技术进行研发是2013年底。对,也就是Gen3开始使用后,奥迪就已经受大众集团的委托开始进行下一代4缸涡轮增压发动机的研发了。
到2015年之前,总计大概150台机子都在台架上经历了几千小时的测试,并在2015年搭载在了奥迪A4 B9试验车上与DL382搭配作为演示车给集团内领导测试。此时整体的概念,技术方案,初步耐久验证都已经得到了落实,只要正常进行下去,按照计划,EA890将在2017到2018年之间发布展示给媒体,首搭车型将会是2019年发布的A4 B9的小改款。虽然目标排放是欧6c,但已经硬件上准备好后续RDE以及WLTP测试了
不过大家也知道2015年发生了一件非常重要的事件:柴油门!但此时EA890的研发其实并没有因此停下来。直到事情来到2016年6月引来了重要转折,也就是大众与美国政府达成了一项历史性的和解协议,同意支付147亿美元用于解决柴油门事件引发的集体诉讼。此外,大众还需支付43亿美元的罚款以了结刑事和民事指控。
要知道,当年大众集团每年研发费用也不过130亿美元左右,这直接就干掉了一年半的预算。加上2016年上半年,受柴油门影响大众集团净利润同比下降36.8%,这和解事件直接导致了EA890的Projektstopp(项目停止)——地主家没钱了搞全新发动机了。
奥迪临危受命,在2016年同年年底马上拿出了另一套方案,也就是我们现在大家知道的EA888 Evo4,当时内部定义名字是EA888 Gen3 Evo,直到2017年下半年才更名为Evo4。由于项目时间的紧迫性,2019年一开始的A4 B9小改款并没有使用上Evo4,而是在推迟了一年于2020年,Evo4发动机得以应用,但Evo4的发布悄无声息,媒体稿件上也仅有“使用了最新一代技术的2.0TFSI 4缸直列发动机”的描述。
所以现在就已经可以回答开头的问题了:
为什么''第四代''EA888叫Evo4而不叫Gen4?——因为他原本研发的定义就是EA888 Gen3 Evo,是一个“救急”的产物,为了进一步区分才在后续改了名字。
为什么Evo4相比起Gen. 3的变化居然那么小?——Evo4的出现一开始是为了满足欧6c排放标准的实施,时间短,任务重,没办法只能才Gen3 的基础上进行Evolution。所以国内现在的3.5代EA888其实一点也不用羡慕Evo4,因为两者间除了涡轮和废气阀,基本都实现了技术共享,ECU文件力Evo4也比Gen3多了大概不到15%标定参数,大多数核心依然是一样的。
【EA890的技术】图2
相对于Gen3,EA890的改进点主要有以下几个方面:
· 首次引入了机械可变压缩比结构,AVC-Audi Variable Compression实现压缩比9.0:1到14.0:1的变化
· 将铸铁缸体切换成铸铝缸体辅以缸套或者离子涂层
· AVS气门升程系统在进排气均有搭载(可扩展为三阶切换)
· 进排气凸轮轴相位均为电动调节
· 350bar缸内直喷压力配合歧管喷射双喷系统
· 只需使用一条平衡轴并采用全方位包裹的声学包
· 混动融合支持,电动油气分离器,双级增压支持。
【AVC可变压缩比】图3 图4
AVC也就是Audi可变压缩比,是EA890的核心变化点。但其原理和结构其实和日产的VC-Turbo技术大同小异。就连后面出问题的也是归因于这个地方。
构造结构:
从传统的活塞+曲轴结构变成了活塞+曲轴+连接连杆+调节推杆+偏心轴。活塞连杆不再直接连接到曲轴大瓦上而是连接到连接连杆的P2端孔,连接连杆的中央孔P3才是套在曲轴大瓦上的,右边的P4端孔则是连接调节推杆,推杆另一端则是由一个可以180°旋转的偏心轴推动。
工作原理:
首先从这个压缩比调节MAP可以看出,压缩比仅有在爆震高敏感区域(低转高扭矩)才会调节到9.0:1,其余地方均尽可能提升压缩比以提升热效率。
当工况点位于MAP图左上角时,偏心轴在初始位置,活塞作动范围在最低上止点和最低下止点之间,当前压缩是最低状态为9.0:1。当负载降低,需要提高效率时,偏心轴顺时针转动180°,推动调节推杆压缩连接连杆的右侧,连接连杆绕曲轴轴承顺时针转动,进而在左侧推高活塞。此时活塞作动范围在最高上止点和最高下止点之间,压缩比则升至最高的14.0:1。
这个工作原理和日产的其实大同小异,仅有作动机构不太一样。
【单平衡轴】图5
和日产的一样,由于活塞连杆大头并不需要再绕曲轴做大幅度圆周运动,而是相对更加接近于垂直方向,这样一来活塞对缸壁的侧向力可以大幅度减小,LK3功率级别的Gen3侧向力在满负荷时可以给排气侧缸壁带来8kN的力,而EA890仅有不到0.5kN。
这样的构造也同时带来了只需一根平衡轴的好处,L4发动机通常需要两根平衡轴平衡水平和垂直方向的二阶振动,但EA890的二阶振动并不是yz方向的,而是圆周变化的。所以理论上在低频情况下,EA890其实根本就不需要平衡轴就可以达到Gen3带两根平衡轴水平,甚至全面优于EA211,在高频区域,EA890搭配单平衡轴就可以达到双平衡轴水平。
【缸体&声学】图6
相比Gen3铸铁缸体,EA890的铸铝缸体减重10kg,缸心距增加到了91mm,虽然缸径保持在了82.5mm,但行程提升到了93.5mm,排气量也从1984cm³提升到完整的2000cm³。此外计划也采用PU高密度发泡材料包裹整个发动机,类似于宝马的再B系列发动机上使用的SynTAK协同热声舱。
【供油&机油】图7
为了能满足后续RDE的要求,喷射压力提升到了350bar,但依然保留了MPI。机油换用0w20规格,并加上了电动旋转式的油气分离器,这项技术目前也仅在EA211 Evo2上使用。
【双侧AVS】图8
由于AVC技术的引入,相当于在一台车上同时安装了米勒和奥拓循环取向的发动机,所以进排气双侧AVS也要加入,分别控制不同循环下的充气排气效率。这个AVS还保留了后续升级为三段式的潜力,用在超高功率等级上。
【问题故障】图9
和VC Turbo一样,EA890在耐久测试中也暴漏了连接连杆的问题。由于构造不同,连接连杆中心孔在曲轴大瓦上的受力是活塞端的1.5倍,同时还有不可忽视的侧向力,所以在高速高负荷耐久测试过程中就发现了主轴烧蚀现象。虽然后续通过改善设计,情况有所改观,但还没完全通过测试的时候,项目就被叫停了,非常可惜。而日产到现在也还没解决好。
【后记】
虽然EA890以现在的眼光看已经属于主流水平,但这个可是12年前的设计概念,即便和现在的EA888 Evo5相比也并不逊色。计划中甚至有LK4,功率高达400马力的EA890。可以看出,当时大众集团在这块的投入可以说非常大,只不过影响深远的柴油门加上政治正确的趋势让很多令人惊叹的东西都永远只埋藏在研发文件夹中。
