奧迪新型A6轎車V6汽油發動機重點解析(二)

◆文/江蘇 范明強

奧迪新型A6轎車V6汽油發動機重點解析(二)

◆文/江蘇 范明強

2004年奧迪公司在原有V型汽油機系列的基礎上開發了兩款用于新型奧迪A6轎車上的全新V6汽油機，其中V6-3.2L-4V-FSI直噴式汽油機是新型缸內燃油分層直接噴射式(FSI)汽油機系列的第一款V6代表機型，它是著重滿足奧迪品牌轎車的運動型動力性能要求的頂級V6機型，而新型V6-2.4L-4V-MPI多點氣門口噴射(MPI)汽油機是與上述機型同步開發的一款以舒適性為目標的基本機型，實際上是原有2.4L-5V-MPI汽油機的改進型。2006年奧迪公司又推出了采用奧迪可變氣門升程系統和可調機油泵的第一款替代機型V6-2.8L-FSI。2008年奧迪公司再次推出的V6-3.0L-TFSI機型是奧迪首款增壓直噴式汽油機，使得V6汽油機系列動力總成的品種向更高的功率擴展，進一步凸現了奧迪轎車運動型動力性能的品牌特色。本文將分別對V6-3.2L-4V-FSI燃油分層直接噴射汽油機、V6-2.4L-4V-MPI多點氣門口噴射汽油機、V6-3.0L-TFSI增壓直噴式汽油機的結構和性能進行重點詳細介紹。

范明強

(本刊專家委員會委員)

教授級高級工程師，參加過陜西汽車制造總廠的籌建工作，主管柴油機的產品開發，1984年調往機械工業部無錫油泵油嘴研究所，曾任一汽無錫柴油機廠、第一汽車集團公司無錫研究所高級技術顧問、湖南奔騰動力科技有限公司總工程師。

(接上期)

3.工作過程的優化

V6-3.2L-4V-FSI直噴式汽油機的熱力學開發目標是使發動機具有運動型動力性能的特點，并且經濟性好又適合于日常使用，開發的重點是要達到非常高的升扭矩和升功率目標值，其基礎是具備全球運用潛力的新型均質FSI燃燒過程，并以ROZ95/91號汽油品質為基礎進行開發。

該機型的扭矩和功率潛力示于圖11。在6500r/min時達到額定功率188kW，因而升功率超過60kW/L；在3250r/min時達到最大扭矩330N·m(106N·m/L)，并在2400～5500r/min轉速范圍內升扭矩超過100N·m/L。同時，該發動機在6000～7000r/min范圍內呈現出一個明顯的功率平臺。最高轉速可達到7200r/min。與其他的6缸汽油機相比，V6-3.2L-4V-FSI直噴式汽油機特別是在所達到的平均有效壓力方面顯示出非常突出的優勢(圖12)。

通過包括未濾清空氣管道、空氣濾清器和清潔空氣管道等在內的整個進氣管路的不斷優化，進氣空氣壓力損失明顯降低，額定功率時總壓力損失為28mbar(1mbar=100Pa)。與發動機電控單元供應商西門子VDO公司共同合作開發出了p-n控制系統(即采用進氣壓力p和發動機轉速n信息計算噴油量的電子控制系統)，由于取消了進氣空氣質量流量計，又進一步挖掘出降低5%進氣空氣壓力損失的潛力。廢氣裝置的調整，特別是減少了兩列汽缸廢氣管路之間的相互干擾，使得低轉速范圍內的扭矩明顯提高，而廢氣背壓的降低使得高轉速時的功率也獲得了明顯提高。采取這些改進措施后，在整個轉速范圍內汽缸充氣效果得到了顯著改善，在2400～6300r/min轉速范圍內的充氣效率超過100%。

進排氣凸輪軸采用了全可變相位調節，這主要有助于在低轉速范圍內達到高的扭矩水平，而不會削減額定功率的輸出。所應用的液壓操縱的凸輪軸相位調節器能使所有4根凸輪軸的最大相位調節范圍達到42°曲軸轉角，其中“進氣門開啟”可從上止點后28°曲軸轉角調節到上止點前14°曲軸轉角，而“排氣門關閉”則可從上止點前22°曲軸轉角調節到上止點后20°曲軸轉角(均指1mm氣門升程時的相位)。

非常好的全負荷性能主要取決于新型的FSI燃燒過程(圖13)。通過優化噴射油束的擴展，改善了缸內充量的冷卻，并使得對缸壁潤滑油膜的影響減小到最小程度。即使提高了缸內充量的密度，但是充量的冷卻降低了爆燃的敏感度。這種新型的FSI燃燒過程使得在應用降低辛烷值(ROZ95/91)汽油的同時首次能夠采用12.5的壓縮比。

汽缸蓋進氣道的幾何形狀、燃燒室頂面與活塞頂面的形狀、配氣正時和燃油噴射等都會影響到缸內充量運動的形成，而缸內充量的運動則對混合汽形成、燃燒速度和降低廢氣排放的潛力起著決定性的作用。通過形成合適的活塞頂形狀能在上止點附近產生有針對性的擠壓流動，從而對燃燒過程產生有利的影響，并能提高抗爆性和改善廢氣排放性能。

4.廢氣排放和燃油消耗

燃燒過程優化的主要因素是噴油器噴束的設計，而它與缸內充量運動是相互影響的。通過匹配噴束的幾何形狀(見圖13)，并調整初始和二次充量運動，成功地使得燃油潤濕燃燒室壁減少到最低程度，并獲得了最佳的燃油-空氣混合汽均質化，這就能明顯降低了原始排放和燃油消耗。

對降低冷起動原始排放起決定作用的措施是成功地開發出了燃油高壓分層噴射起動，其中首次噴射根據起動溫度的不同實現了高于3.5MPa的噴油壓力，而噴油在壓縮行程期間進行，并在點火時刻前不久結束，這樣壓縮熱量有助于起動時的混合汽形成。與通常的燃油低壓噴射起動相比，噴霧品質也就是混合汽準備及其均質化都得到了明顯的改善，所需噴射的起動油量也能大大減少，因此能顯著降低起動時的HC排放(圖14)。

表2 V6-2.4L-4V-MPI多點氣門口噴射汽油機的技術數據

二、V6-2.4L-4V-MPI多點氣門口噴射汽油機

同步開發的新型V6-2.4L-4V-MPI多點氣門口噴射汽油機(表2)在機械結構設計上是V6-3.2L-4V-FSI直噴式汽油機縮小排量的變型，采用平衡軸、四氣門技術汽缸蓋和連續調節的進氣凸輪軸相位調節器等的基礎發動機設計以及排氣歧管和近發動機催化轉化器總成都是通用的，而燃燒過程和帶有可變進氣管的進氣系統是為MPI汽油機重新開發的。

開發時將發動機的高性能放在重要的地位，但是同樣也特別重視相對于FSI直噴式汽油機的成本和零部件通用性，僅有33個不通用件和19個全新的零部件，而剩下的15個零件則與V6-3.2L-4V-FSI直噴式汽油機稍有不同，但在制造和加工方面是相互相通的。按照奧迪品牌運動型動力性能的要求，V6-2.4L-4V-MPI多點氣門口噴射汽油機在針對舒適性開發的V6發動機基本機動性、扭矩特性曲線和功率發揮方面相對于老機型而言仍有顯著的提高，同時運轉平穩性和加速性能等方面也得到了改善。

新型V6-2.4L-4V-MPI多點氣門口噴射汽油機被用于新型A6轎車前橋驅動車型，并配備六擋手動變速器或者“Multitronic”無級自動變速器。(未完待續)