一刀說丨德系三強發動機黑科技,小鋼炮的動力解決方案(下)

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上半部分我們分析了BMW的方案,下半部分重點來分析一下賓士和奧迪的方案。

對於BMW來講,還有M2這種縱置平台來容納直列6缸3.0T發動機,但是賓士A級平台和奧迪的RS3的MQB平台是橫置平台,沒用空間容納直列6缸發動機。於是賓士和奧迪分別提出了自己的解決方案。

下面重點來看看賓士A45 AMG的2.0T M133AMG 和奧迪RS3 上使用的EA855 2.5T5缸發動機。

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一、賓士A45AMG 2.0T M133 AMG發動機-將性能壓榨到極致

賓士的M133是目前市場上功率最大的2.0T四缸量產發動機(圖1),也是AMG第一次開發的四缸機版本,之前他們都是在6缸8缸甚至12缸上做性能提升。

M133具有相當強勁的性能,功率280KW,扭矩475Nm。要做到如此高的性能,M133主要採取了以下幾個方面的技術措施來講2.0T的性能壓榨到極致:

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1.低壓縮比設計

一般目前主流的發動機都設法增加壓縮比以提高部分負荷的熱效率,但是高壓縮比會導致大負荷情況的爆震,爆震會嚴重的限制發動機的最大功率和扭矩。

而M133作為AMG發動機,油耗不是主要的關注點,工程師主要關注極限性能,因此,低壓縮比成為更好的選擇。M133的壓縮比只有8.6,這保證了在全負荷極其高的爆震邊界,可以利用增壓器來盡量壓榨發動機的性能做到非常高的功率。

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2.雙流道增壓器+高增壓壓力

雙流道是指增壓器渦輪機的進口採用了雙流道。雙流道就是把發動機的1-4和2-3排氣管分成兩組,分別的引入增壓器,增壓器的渦輪機也設計了兩個流道,這樣可以加快增壓器相應速度,同時降低渦前背壓。雙流道的特性使M133可以使用非常高的增壓壓力,M133的最大增壓壓力達到非常高的1.8bar,這樣可以將更多的空氣壓進入汽缸參與燃燒,才可以達到極高的性能。

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3.缸孔NANOSLIDE鍍層

為了承受如此變態的性能,M133採用了重力砂型鑄造的鋁缸體,相對於壓鑄鋁缸體結構強度更大。同時缸孔還採用了賓士稱為NANOSLIDE的電弧絲噴塗技術。

這一技術和BMW的LDS電弧絲噴塗技術類似,也是利用電弧將鐵材料噴塗到缸壁上,性能一層鐵碳合金鍍層,從而代替缸套。但是由於AMG發動機最早採用此技術,因此,賓士的塗層只有0.1-0.2mm厚,可以說是當前最先進的噴塗技術。

這種電弧絲噴塗工藝帶來了耕地低的摩擦和更好的散熱,為發動機的超高性能提供的條件。NANOSLIDE一直是所有AMG發動機的標配工藝,目前賓士也初步開始將NANOSLIDE技術應用到普通版本的賓士發動機上。

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4.結構加強

M133的活塞也採用了特殊的鍛造活塞,以承受極大的汽缸爆發壓力。其他曲軸,連桿等結構也做了相應的優化設計,連桿採用和H型的斷面結構,以承受巨大的爆發壓力。

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5.加強冷卻

如此大的功率必須有足夠的冷卻來保證。M133增加了整理在車上的冷卻能力,同時採用了水冷中冷器來加強壓氣機後進氣溫度的降低,保證高性能的做到。下圖可以看到在發動機後端碩大的水冷中冷器:

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機油冷卻器也是特殊設計的,集成在了機油濾清器的側面以做到更好的冷卻能力,從而加強了機油的冷卻能力。下圖可以看到左側和機油濾清器殼體集成的機油冷卻器:

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二、奧迪RS獨特的直列5缸2.5L渦輪增壓直噴EA855發動機

奧迪的入門級的高性能RS3是橫置前驅的堅定支持者,因為奧迪RS3採用的是大眾集團的MQB平台。他們從來沒有像BMW那樣糾結前驅還是後驅,6缸機發動機裝不進去怎麼辦?

因為他們有自己的絕活,直列5缸2.5L渦輪增壓直噴EA855發動機,比2.0T 四缸機多一個汽缸能夠提供更強勁的動力,同時又不會像直列6缸一樣那麼長,塞不進橫置的發動機艙中。

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直列5缸EA855發動機是奧迪發動機產品序列里面的另類,這個系列的歷史可以追溯到上世紀70年代,奧迪的直列5缸產品從誕生開始就是專為奧迪橫置高性能車而開發的,跟其他產品都不共平台,如果硬要拉個親戚的話,目前的EA855 2.5T和著名的EA888 2.0T算是表兄弟吧,因為它們的缸徑、行程和汽缸中心距都是一樣的。

目前奧迪的EA855系列是2016年最新更新過的版本,最新的奧迪5缸發動機有一些顯著的特點:

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1、進一步減少發動機軸向尺寸

為了能夠更容易的布置在橫置發動機艙中,EA855最大的開發目標之一就是要盡量壓縮長度,目前最新版本的發動機將原來的兩層前端驅動皮帶修改為單層皮帶,將鏈傳動系統布置在發動機後端,從而降低整體發動機的軸向長度。

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2、缸體升級為鋁缸體

之前EA855的版本都是鐵缸體,這次奧迪特別為鋁缸體開發了APS缸孔塗層,從而解決了氣缸中心距太小導致的無法布置鑄鐵缸套的問題。

奧迪的缸孔APS(Atmospheric PlasmaSpray)塗層採用氣相沉淀的工藝,和賓士BMW的電弧絲噴塗工藝不同,但做到的目標是一樣的,可以為鋁缸體缸孔表面塗覆上一層超薄的鐵合金塗層來代替缸套。

這種工藝帶來更低的摩擦磨損和更好的散熱,尤其對於EA855系列來講,由於發動機非常緊湊,缸孔間距只有88mm,而缸孔尺寸是82.5mm,兩個缸孔之間只有5.5mm的壁厚,在這個壁厚上還需要一個2.5mm的冷卻水孔,因此根本無法放置傳統的厚度達到2mm的鐵缸套,可以說如果沒有APS塗層技術,EA855是無法升級為鋁缸體的。

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3、排氣側可變氣門升程AVS

和其他發動機一般都在進氣側增加可變升程系統來降低油耗不同,EA855的可變升程系統AVS是在排氣側的。主要原因是EA855主要的開發目標是性能取向,排氣側AVS能夠加快增壓器的響應速度,帶來更快的加速感受,同時也對油耗有一定的幫助。

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4、GDI+PFI雙噴射系統

為了適應最新的歐6排放中對顆粒物排放的要求,EA855升級了GDI+PFI雙噴射系統。每個氣缸有兩個噴嘴一個GDI直噴噴嘴加一個PFI氣道噴射噴嘴。主要的目的是降低顆粒物排放,尤其是顆粒物數量PN。

在小負荷時採用氣道噴射噴嘴,在大負荷時採用GDI直噴噴嘴,中間負荷兩種噴嘴共同工作。冷機狀態和暖機狀態的可以採用不同的策略,冷機的時候更多的採用PFI氣道噴射噴嘴來降低排放。

同時,採用PFI的時候高壓油泵驅動力變小,還可以降低摩擦阻力,減少油耗。這一技術方案和EA888 GEN3採用的雙噴射方案是一樣的。

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5、高耐溫增壓器

為了進一步提升最大功率,同時應對最新歐6排放法規中WLTC循環的要求,EA855發動機採用了能夠耐受1000℃排氣溫度的渦輪增壓器(一般增壓器只能耐受950℃的排溫),該增壓器使用德國標準編號1.4849的高鎳合金來做到1000℃的耐受溫度,這幾乎是目前工業化中能夠使用的最高耐溫等級的材料了。

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總結一下,為了做到豪華品牌入門級高性能車的要求,BBA三家可以說是在發動機技術上各顯神通,創造出了另類但是讓人驚艷的發動機技術。

希望這些性能足以媲美跑車的入門級高性能車能夠繼續開發下去,並保持個性,讓我們在厭煩了無聊的普通家用車的時候能夠多一些談資,也為那些真正為車輛性能著迷的普通車迷們能夠擁有真正屬於他們自己的超級跑車。

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