奧迪V8發(fā)動(dòng)機(jī)EA825技術(shù)亮點(diǎn)解讀

目前應(yīng)用于奧迪A8、RS6 等車型上的EA825 系列發(fā)動(dòng)機(jī)，是奧迪最新的V8 發(fā)動(dòng)機(jī)（圖1）， 此前這款發(fā)動(dòng)機(jī)也曾應(yīng)用于大眾集團(tuán)旗下的保時(shí)捷和賓利車型。該發(fā)動(dòng)機(jī)奧迪和保時(shí)捷聯(lián)合開發(fā)，其結(jié)構(gòu)基于自EA839 系列的V6 發(fā)動(dòng)機(jī)，這種密切的關(guān)系不僅對(duì)制造過程有好處，對(duì)售后服務(wù)同樣也有好處，例如許多專用工具可以通用于這2 款發(fā)動(dòng)機(jī)。EA825 發(fā)動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)如表1 所示。

1. 缸體

EA825 發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體采用鋁合金（ALSi9Cu3） 鑄造， 整個(gè)缸體（包括軸承蓋和相應(yīng)的螺栓）總質(zhì)量為39.1 kg（圖2）。曲軸箱側(cè)壁采用了“深裙式”設(shè)計(jì)，不再像以往那樣在曲軸中央位置水平劃分為上部和下部，而是側(cè)壁向下延伸到上油底殼，從而提供更高的剛性。

上油底殼由鋁合金壓鑄而成，配有定位銷以確保裝配過程中的精確定位。下油底殼由鋁板制成，集成了放油螺栓和油位/ 油溫傳感器。正時(shí)鏈罩由鋁合金壓鑄而成，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和曲軸油封都位于蓋內(nèi)，拆卸時(shí)需要使用輔助螺栓將其從氣缸體上壓出（圖3）。

曲軸的上軸承座與缸體是一體的，5個(gè)灰鑄鐵制成的下軸承座通過縱向和橫向螺栓固定到缸體上（圖4）。止推墊圈安裝在4 號(hào)曲軸軸承上，以控制曲軸的縱向移動(dòng)。注意：止推墊圈的油槽需要朝向曲軸。

2. 大氣等離子噴涂（APS）

為了使鋁合金缸體擁有一個(gè)足夠堅(jiān)固的摩擦表面，EA825 發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸壁采用了大氣等離子噴涂（APS） 工藝。加工時(shí)首先使用一種特殊的銑削工具使氣缸壁粗化，這將在氣缸壁表面形成一個(gè)燕尾形狀的凹槽，由此可以確保APS涂層更好地附著在鋁合金缸體表面。

然后，將旋轉(zhuǎn)的等離子噴槍深入氣缸內(nèi)，利用電弧放電產(chǎn)生等離子體，再用壓縮空氣將粉末涂層材料吹入等離子體中，該材料大致相當(dāng)于100Cr6 軸承鋼。粉末熔化后噴射到粗糙的氣缸壁上，填滿表面的切口并固化，最終形成一個(gè)厚度大約150 μm 抗磨層（圖5）。

3. 曲軸

曲軸由鍛鋼制成，由五個(gè)主軸承支撐，每2 個(gè)連桿共用一個(gè)曲軸軸頸，各曲拐以90°角彼此錯(cuò)開（圖6）。為了滿足混動(dòng)系統(tǒng)和自動(dòng)起動(dòng)/ 停止系統(tǒng)的高要求，曲軸軸瓦采用了三層結(jié)構(gòu)：第一層是鋼質(zhì)骨架，提供了所需的穩(wěn)定性；第二層是軟金屬基板；第三層由聚合物基體和均勻分布的填充材料組成，以確保最佳的運(yùn)行和磨損特性。

4. 活塞

為了將噪音降至最低，活塞銷安裝孔的位置向壓力側(cè)偏移了0.5 mm。為了避開氣門的運(yùn)動(dòng)，在活塞頂部加工有不同尺寸的凹槽，進(jìn)氣門的凹槽較大，排氣門的凹槽較小（圖7）。活塞壓力側(cè)的裙部也比背壓側(cè)窄，從而在優(yōu)化負(fù)載的同時(shí)得到理想的活塞磨損。這些因素使得發(fā)動(dòng)機(jī)兩列氣缸的活塞并不通用。有個(gè)簡(jiǎn)單有效的辨別方法：活塞頂部較小的凹槽應(yīng)始終朝向V 型發(fā)動(dòng)機(jī)的中央?；钊N的直徑為22 mm，并且經(jīng)過涂層和硬化處理。

5. 氣缸蓋

氣缸蓋采用了雙頂置凸輪軸（DOHC） 設(shè)計(jì)， 每缸4 個(gè)氣門， 進(jìn)、排氣門均采用了硬化和回火工藝，排氣門采用了內(nèi)部充鈉的空氣閥桿。該發(fā)動(dòng)機(jī)配備有奧迪氣門升降系統(tǒng)（AVS），可以根據(jù)實(shí)際需求關(guān)閉部分氣缸的工作。氣缸蓋內(nèi)集成了排氣歧管，噴油器及火花塞均位于氣缸蓋中央位置。安裝在氣缸蓋上的兩件式絕緣墊有助于降低噪聲（圖8），這對(duì)于噴油器和高壓燃油泵發(fā)出的大于2 500 Hz 的高頻噪聲有很好的隔絕效果。

6. 氣缸管理系統(tǒng)

EA825 發(fā)動(dòng)機(jī)配備了氣缸管理系統(tǒng)，可以讓每個(gè)氣缸組上的2 個(gè)氣缸在發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)載等情況下關(guān)閉，從而達(dá)到降低油耗并減少廢氣排放的目的。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，2、3、5 和8 缸的進(jìn)氣門和排氣門會(huì)通過奧迪氣門升程系統(tǒng)關(guān)閉，即可移動(dòng)凸輪元件設(shè)置為零升程（圖9）。同時(shí)這些氣缸也不再噴油和點(diǎn)火，發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序變?yōu)?-7-6-4。但是對(duì)于車內(nèi)乘客來說，幾乎無法察覺到只有一半的氣缸在工作，因?yàn)橹鲃?dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)支座幾乎消除了所有的潛在振動(dòng)。

在恢復(fù)氣缸工作時(shí)，滑動(dòng)凸輪原件從零升程移動(dòng)到全升程可以分為3 個(gè)階段（圖10）。第一階段：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元啟動(dòng)凸輪執(zhí)行器時(shí)，執(zhí)行器銷插入Y 形槽中，此時(shí)進(jìn)氣門和排氣門仍然處于關(guān)閉狀態(tài)。第二階段：隨著凸輪軸的進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，Y 形槽的形狀會(huì)導(dǎo)致可滑動(dòng)的凸輪元件向右側(cè)移動(dòng)。第三階段：一旦移動(dòng)到位，可滑動(dòng)的凸輪元件就會(huì)在彈簧作用下被鎖定在第二位置，此時(shí)進(jìn)、排氣門即將被全升程凸輪打開。同時(shí)，回縮槽會(huì)將執(zhí)行器銷推回，并觸發(fā)執(zhí)行器中的回縮信號(hào)。

7. 凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)器

為了優(yōu)化動(dòng)力輸出、降低排放水平以及提高燃油經(jīng)濟(jì)性，EA825 發(fā)動(dòng)機(jī)的所有凸輪軸上都安裝了液壓正時(shí)調(diào)節(jié)器（圖11），正時(shí)調(diào)整范圍為50°曲軸轉(zhuǎn)角。也正是因?yàn)槿绱舜蠓秶恼{(diào)整角度，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部廢氣再循環(huán)策略。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)，進(jìn)氣凸輪軸調(diào)節(jié)器會(huì)被鎖銷固定在最大延遲位置，而排氣凸輪軸調(diào)節(jié)器則會(huì)在回位彈簧的作用下到達(dá)最大提前位置，并被鎖銷固定在此。

凸輪軸的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)位于發(fā)動(dòng)機(jī)的變速器側(cè)，曲軸上的齒輪先驅(qū)動(dòng)中間齒輪，再由中間齒輪帶動(dòng)兩側(cè)氣缸的正時(shí)鏈條運(yùn)轉(zhuǎn)。安裝正時(shí)鏈條時(shí)，先將1 缸至于上止點(diǎn)位置，并將曲軸鎖定到位，然后凸輪軸調(diào)整器上的標(biāo)記應(yīng)與氣門室蓋上的凸起標(biāo)記對(duì)應(yīng)（圖12）。凸輪軸調(diào)整器必須精確定位，這是因?yàn)轵?qū)動(dòng)鏈輪是三橢圓形的，這些三橢圓形鏈輪可以最大限度地減少來自凸輪軸的應(yīng)力，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)。

8. 渦輪增壓器

在EA825 發(fā)動(dòng)機(jī)V 形結(jié)構(gòu)的中央，布置了2 個(gè)雙渦流渦輪增壓器，這樣的設(shè)計(jì)充分利用了可用的空間，并且氣流的路徑非常短，因此渦輪增壓器的響應(yīng)更迅速。2 個(gè)渦輪以相反的方向旋轉(zhuǎn)：氣缸組1 的渦輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；氣缸組2的渦輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（圖13）。

渦輪增壓器連接有機(jī)油回路和冷卻液回路，以確保渦輪軸和軸承得到有效潤滑和冷卻。發(fā)動(dòng)機(jī)在高溫狀態(tài)關(guān)閉后，冷卻液會(huì)繼續(xù)在渦輪增壓器中循環(huán)一段時(shí)間，從而防止熱浸并保護(hù)增壓器部件。為了保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)V 型結(jié)構(gòu)內(nèi)的其他相鄰部件，渦輪增壓器的熱側(cè)和排氣歧管都包裹了隔熱材料，由絕緣蓋包圍。這一位置的管線也采用了不銹鋼、硅樹脂等耐熱材料制成，并且安裝了額外的隔熱板。發(fā)動(dòng)機(jī)罩下還安裝有一個(gè)溫度傳感器G765，用來檢測(cè)這一區(qū)域的溫度水平。

9 燃油系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)所需的燃油首先由低壓電動(dòng)泵從燃油箱供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)上的高壓泵。低壓系統(tǒng)并沒有設(shè)置回油管，所需燃油量由ECM 計(jì)算后， 通過在300 ～ 500 kPa調(diào)整供油壓力，使燃油的供應(yīng)量剛好能夠滿足要求。低壓燃油壓力傳感器G410用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的油壓。

每個(gè)氣缸列都有一個(gè)高壓燃油泵，兩列氣缸的高壓燃油系統(tǒng)相互獨(dú)立（圖14）。高壓燃油泵由排氣凸輪軸上的一個(gè)帶有滾柱挺桿的四角凸輪驅(qū)動(dòng)，可以產(chǎn)生大約25 MPa 的壓力， 而當(dāng)壓力達(dá)到30 MPa 時(shí)，高壓泵內(nèi)部的限壓閥將打開泄壓。

噴油器位于氣缸蓋的中間位置，火花塞的旁邊。該噴油器采用7 孔設(shè)計(jì)， 孔徑0 . 1 9 m m， 針閥升程0 . 0 7 m m， 驅(qū)動(dòng)電壓為6 5 V， 噴油脈寬可低至0.3 ms，每個(gè)循環(huán)中最多可以噴射3 次（圖15）。通過對(duì)噴孔直徑和噴射模式的調(diào)整，可以達(dá)到更加均勻的燃油霧化效果。

10. 冷卻系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)可以根據(jù)需要激活各部分冷卻回路，幫助發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和乘客艙快速預(yù)熱，從而減少燃油消耗并降低廢氣排放（圖16）。在此過程中， 發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元會(huì)根據(jù)環(huán)境溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出、機(jī)油溫度、變速器油溫、車速、駕駛模式等參數(shù)，綜合控制機(jī)械冷卻液泵開關(guān)閥N649、電控節(jié)溫器F265、冷卻液再循環(huán)泵V50、后運(yùn)轉(zhuǎn)冷卻液泵V51、高溫回路冷卻液泵V467、變速器油冷卻閥N509 和變速器冷卻液閥N488，以達(dá)到所需的冷卻液流量。

11. 總結(jié)

限于篇幅及時(shí)間關(guān)系，本文對(duì)奧迪EA825 發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)亮點(diǎn)就先介紹到這里。雖然在汽車電氣化以及節(jié)能減排的大背景下，此類大排量發(fā)動(dòng)機(jī)目前的應(yīng)用領(lǐng)域越來越少，但其中所涉及的技術(shù)卻是與小排量發(fā)動(dòng)機(jī)通用的，希望本文能為喜愛鉆研技術(shù)的維修行業(yè)同仁提供一些幫助。