当前位置: 气缸 >> 气缸前景 >> 全铝发动机越来越流行,可为何大众EA88
实际上很容易看到大众并不是没有开发铝缸的能力,大众旗下的其它发动机基本上都是铝缸设计,甚至更小排量、更便宜的EA平台也是铝缸,所以单纯的说大众没有开发铝缸的能力,或者EA为了成本而使用铁缸似乎说不通。实际上工程师的真正原因不得已而为之,我们一起来看看:
EA为什么采用铁缸?
奥迪工程师特意为EA设计了铸铁缸体,而EA发动机是由奥迪发动机团队主导开发的,在目前的条件下,奥迪工程师认为铸铁缸体才是EA的最佳技术方案。到底奥迪工程师们怎么想的?我会简单分析一下。
一是铸铁缸体由于尺寸要求较高而得到较好的解决
在设计EA的过程中,奥迪发动机团队所面临的挑战是大众集团模块化战略对EA发动机轴向尺寸的极端严格要求。将EA定义为既要满足MLB纵置模块化平台的需求,又要满足MQB横置模块化平台的需求。也就是说,小到PoloGTI大到奥迪A8都将使用这款发动机。
所以奥迪的工程师们给EA发动机设定了非常紧凑的轴向尺寸。EA的缸径为82.5mm,为了减小轴向尺寸,奥迪为EA设计了一个很小的缸芯间距(两个缸心之间的距离),只有88mm。咱们简单算一下,缸心距88-缸径82.5=两个缸体之间的缸壁材料厚度5.5mm。
这款5.5毫米的设计尺寸非常小,几乎是目前全球增压发动机中最小的气缸间壁厚尺寸。常规设计要求该部位的材料壁厚应在8毫米左右,最小不得小于6毫米。为了满足模块化平台的要求,奥迪在这里采用了突破极限的方案,即突破设计标准来减小发动机的轴向长度。
目前尚不完全清楚,大众集团模块化的要求对EA的性能也有相当高的要求,高功率kW以上。
这么高的性能要求,为了缸孔上部的冷却,还需要在5.5mm的缸壁上钻出直径为2.5mm的冷却水孔,这样,两边的单边余料宽度仅为1.5mm。
这种厚度为1.5mm的材料完全不能安装铝制缸体所需的缸套,所以铁制缸体成为EA唯一可行的设计方案。下面的图表显示了铝缸所需的铁皮。
EA铁缸体薄壁铸造工艺
奥迪工程师为EA选用了铁缸体,当然也考虑到铁缸体在重量方面的劣势,所以在第三代EA上特别开发了薄壁铸造工艺,一般位置根据铸壁厚度控制3mm,比传统的3.5mm甚至4mm厚缸体重量大大降低。从而缓解了部分铁缸重量上的劣势。
EA将来会不会采用铝制缸体?
回答是可能的。刚刚提到的EA的缸体气缸孔中间尺寸过小,导致铝制气缸套不能使用。但随着技术的进步,这个问题现在已经有了解决的办法。气缸孔离子喷涂技术,这种技术奔驰、宝马都有,大众把这种技术称为APS(AtmosphericPlasmaSpray)涂层。
而APS涂层则是将特殊涂层喷入铝缸孔以取代缸套,该涂层厚度非常薄,仅为0.2~0.3mm,可实现低摩擦、轻量化,而且非常有利于缸孔的散热。该涂料基本不占壁厚,不再需要气缸套,完全解决了EA气缸间壁厚过小不能使用铝缸体的问题。
看看奥迪最新的直列5缸EA发动机,我们就知道这个方案是可行的。著名的5缸EA2.5T和EA2.0T两款发动机在奥迪TTS和RS3上都可以说是同类产品,因为它们的缸径,行程,汽缸中心距都相同。即:缸孔间距为88mm,缸孔尺寸为82.5mm,两缸孔间仅有5.5mm壁厚,此壁厚还需另设2.5mm冷却水孔,与EA型相同。
此前EA的第一代车型是铁质缸体,奥迪开发了APS缸孔涂层之后,新的第二代EA发动机已改为铝质缸体。下面的图表是EA发动机铝缸和APS涂层的示意图。进一步,我们可以看到两个缸孔之间的直径为2.5mm的Y形冷却水孔。
根据EA的经验,EA的下一代产品已经开始考虑使用铝缸体和APS涂层,从技术上来说这是可行的。