还好,还有人在耐心地打造一台属于这个时代的内燃机

AutoR智驾 2025-02-28 15:06:57

讲课时的陶海龙和驾车在路上奔驰的陶海龙是两个人,像一位大学教授瞬间切换为了一名赛车手,驶下高速车道,他说:「我坚信内燃机依然有着持久的生命力。」

文丨智驾网 晓雨‍

编辑丨浪浪山与明知山

一周前,出任上汽大众总经理刚刚半年的陶海龙用接近手写板书的方式讲解了两个多小时的第五代EA888发动机原理之后,意犹未尽,他说:「来,我带你在高环赛道路上跑一圈。」

车是将在今年三月正式上市的全新途昂Pro,路是位于上汽大众安亭试车厂的一条几乎不限速的高环跑道,时速可以开到212公里,它产生的风噪在车外听来如同飞机轰鸣。

全新途昂Pro车长5.1米,做为一款七座经典中大型SUV,相比上一代长度增加了10.6厘米,接近大型SUV的体态,重量在1.5吨上下。在高速环路上,陶海龙将全新途昂 Pro开出了超跑的感觉。

零百加速,他用了7秒多一点,与官方宣称的7.6秒在毫厘之间,120到212公里时速,用了大概10秒。

一台2.0T的发动机爆发出涡轮的轰鸣与风声交织如同节奏由弱至强的和声。

车上座了五个人,接近满员,加速的过程在车内感受不深,但他突然在时速180公里的时候来了两次高速换道。

车身姿态保持得非常平稳,车内乘员在短暂的惊吓感过后迅速恢复了正常坐姿。

01.

新能源时代来了一款划时代的内燃机

横置、高功率版的第五代EA888发动机将在全新途昂 Pro上全球首发,目前它的纵置、低功率版已在欧洲推出,这款发动机的技术与保时捷、奥迪所用的发动机的诸多技术是同源的。

EA888发动机系列最早即由大众集团奥迪团队开发,2006年,第一代EA888诞生,从涡轮增压技术到燃油直喷系统的革新,从性能车到家用车的全面适配,这一传奇发动机系列已经为超过2000万辆汽车提供了动力。

不过第五代EA888发动机的诞生事实上经历了一些波折。

大众集团是德系品牌中最早宣称全面电动化的汽车巨头,此后关于是不是进一步投入内燃机研发内部也曾发生过争论、迟疑。

但在经历了管理层更迭之后,重新确立了继续投入研发内燃机的动力路线,第五代EA888发动机由在上海、狼堡、因戈尔施塔特三大研发基地;在中国、德国、匈牙利、墨西哥四国测试基地,超千人的工程师团队、经过1000多个日夜工作的成果。

上汽大众的工程师对第五代EA888的评价是它是凝聚全球智慧的作品,而它在国内生产的零部件大部分皆是国产。

这款发动机官方公布的性能参数是最大功率200千瓦、峰值扭矩400牛·米。

这一参数横向对比远超同级竟品,纵向对比,相比第三代高功率版本,162kW提升了约23.5%,扭矩由350N·m拉高约14.3%,如此大幅度性能的提升是革命性的。

第五代EA888仅有四缸2.0T一个型号,拉动2吨上下、大七座的途昂 Pro百公里加速7.6秒,毫无小马拉大车的迟滞感;同时在WLTC工况油耗下,其百公里油耗仅有8.35L。

可以说同时在功率-扭矩-油耗等方面达到了平衡。

通俗的理解就是动力强、提速快、油耗低,此外还有一个优势是稳定性好,寿命长。

据陶海龙介绍,在整个开发过程中,这款发动机还在台架上经历了总计20种不同类型的试验,经历了总计长达25,000小时的"马拉松"——相当于连续1042天,接近三年的无休运转,整车及动力总成累计600万公里道路各种路况测试的魔鬼考验,以及10轮次以上单次测试达10万公里的强化道路耐久测试,相当于普通用户30万公里的使用强度。

稳定性好,寿命长, 将大大降低使用成本。

陶海龙表示,「我们无法违反广告法,不敢在宣传上说是最强,但从数据来看,它就是最强。」

1、同级最强的200kW、400Nm的动力输出,相当于V6发动机的功率水平;2、相比上一代,3%的发动机能效优化;3、 满足欧7法规的清洁尾气排放,远低于国6排放限值;4、降幅最高5分贝的本体NVH优化;5、极寒、极热、高海拔数百万公里的可靠表现。

不过,正如同在枪炮时代,再强的弓弩不免逃不脱生不逢时之感。

在新能源时代,即便一台性能直达天花板的内燃机又能在中国这个市场中掀起多大的风浪呢?

陶海龙从三个角度直接回应了这一问题:

首先,我们国家推行实施多能源战略。去年年底,工信部表态,新能源汽车发展的同时,同步推动内燃机技术发展。这一表态给燃油车行业注入了「强心剂」, 更是技术创新的「催化剂」。其次,从市场看,自去年11月以来,燃油车的市场份额不断回升,依旧占据了半壁江山。这50%的选择背后,是实实在在的用户需求。同时,燃油车保值率高,维修网络成熟,也是不少消费者选择燃油车的重要原因。让市场去选择,让消费者去选择,这是对市场的尊重,也是对消费者的尊重。

内燃机的生命周期即将进入倒计时吗?显然不是。

即便在我国新能源渗透率接近过半,但是这过半的车型中又有接近30%的销量是插混和增程动力,都是搭载了内燃机的车型。

而对于第五代EA888而言,它的出现一是回应了内燃机的技术与性能指标已经走到尽头,内燃机的性能与效率依然有巨大的潜力可挖;二是厘清了近年来许多污名化内燃机的标签,像排放导致污染。

在中国内燃机工业协会内燃机产品能效评估中,第五代EA888发动机被评为「1级能效产品」。

一是发动机的热效率更高,相比前代产品提高了3%,同时这款发动机的低油耗区域覆盖范围,相比前一代产品扩大超过5倍,约占所有工况的60%,客户用车油耗大大降低。同时,低油耗区域的扩大,也减少了换挡次数,提高驾乘舒适性。

陶海龙称:第五代EA888的动力性和经济性可以说达到了混合动力车型的水平。

02.

第五代EA888的四个核心技术突破

在以上我们介绍的第五代EA888发动机的诸多性能指标,事实上在实现过程中是彼此矛盾的,那么大众的工程师是如何解决的呢?

内燃机诞生一百多年来,在工作基本机理上没有革命性的变化,都是从进气、喷油、油气混合、燃烧做功、到排出尾气几个环节。

第五代EA888一是在这四个最核心环节的技术层面实现了突破,二是引入了大量的新材料。

四个核心技术突破分别是

1、可变截面涡轮增压器(VTG)(进气);

2、500bar超高压燃油系统(喷油);

3、全工况最佳油气比(油气混合);

4、全工况米勒循环(燃烧做功)。

可变截面涡轮增压器(VTG)首先应用于保时捷的发动机,它解决了普通涡轮增压方案要么选择小涡轮要么选择大涡轮的难题,融合了两者的优点,实现了全转速范围的性能最优。通过截面几何可变,可以实时调整导流叶片角度改变排气流道截面积和气流流向。

低转速时,导流叶片夹角减小,流道截面缩小,就像捏住水管让水流喷得更远一样,气流速度显著提升,推动增压器转速升高,最高可达18万转每分钟,从而提升增压压力,涡轮迟滞大幅降低。

它从0扭矩爬升至最大扭矩仅需不到2秒,比上一代提升近20%,在1700转时即可达到400Nm峰值扭矩。

这一技术带来了哪些变化呢?

第五代EA888发动机在1700到4500转速范围内也能实现400牛米最大扭矩,在5000到6500转速范围内能实现200千瓦最大功率。

这意味着一方面动力更为强劲,另外优异的动力性大大减少了变速箱换挡的次数,提高驾驶舒适性,使得燃油车有媲美电动汽车的驾驶体验。

当然在功率扭矩大增大之后也会带来温度和噪声的问题。

大众的工程师通过开发增压水冷系统,以及改进增压器的材质,像增压器涡壳采用了火箭发动机喷嘴同款材料——高镍铬不锈钢,耐温高达1100℃。相比当下多数产品涡壳采用的耐温仅为850℃-950℃的灰铸铁或低性能不锈钢大大提升了耐热性。

500bar超高压燃油系统是当下市面上唯一使用500bar燃油系统的2.0T发动机。

500bar相当于海底5000米的压力,半个马里亚纳海沟的深度;在汽油发动机上实现500bar的喷油压力,已经是现阶段民用技术的极限(高压对于零件强度和耐腐蚀性及发动机控制精度要求极高)。

这一系统通过更精准的燃油喷射控制和更好的雾化效果(直径低至6微米),配合高滚流比进气道设计,可以实现更高效的的燃烧优化效果。

500bar高压喷嘴结合多段分次喷射精确控制,单次喷油时间缩短至0.8毫秒,油束贯穿距离减少10毫米,避免湿壁效应,保护机油,减少积碳,降低磨损。

在材质和工艺上,高压燃油泵的关键部件升级为高强度钢,耐压、耐磨、耐腐蚀性能显著提升;高压油轨采用一体锻造工艺,实现了传统焊接工艺无法达到的强度和密封性。

全工况最佳油气比指的是当空气和燃料的质量配比达到14.7时,燃料正好能够完全燃烧,排放最优,燃油经济性高,噪音低;但是由于系统限制,绝大部分发动机无法在大负荷下实现黄金空燃比控制。

EA888发动机的解决方案是通过高效可变截面涡轮增压器(VTG)、精确控制的气门正时和气门升程系统、低阻力进排气优化设计提升进气量,保证动力性;通过中空充钠排气门、高镍铬不锈钢涡壳、集成水冷排气道、激光焊接的排期净化装器保证了排气系统的冷却能力与耐高温性能。

全工况米勒循环指的是无论是低速还是高速都通过米勒循环通过提前关闭进气门实现做功过程增长,从而更多发挥做功能力,充分榨取每一滴燃油中的能量。

但米勒循环在高速、高负荷的工况下经常会动力不足,第五代EA888发动机为了做到全工况米勒循环,首先,从进气角度,采用VTG增压系统增加了发动机的“肺活量”;其次,从排气角度,优化升级的AVS奥迪可变气门升程(VVL)系统让排气更顺畅。

这是一个听起来原理简单,但做起来异常艰难的过程。

这是一技术正是第五代EA888发动机的热效率相比前代产品提高3%的原因,对于消费者而言,这款发动机的低油耗区域覆盖范围,相比前一代产品扩大超过5倍,约占所有工况的60%,客户用车油耗大大降低。同时,低油耗区域的扩大,也减少了换挡次数,实现了接近电动汽车的驾乘体验。

而紧耦合排气净化装置是处理和利用排气的解决方案,它通过充分利用尾气能量驱动VTG涡轮增压器,同时使用紧耦合排气净化装置,最大限度的降低排放。所谓紧耦合是指将三元催化器和颗粒捕捉器高度整合,并且尽可能靠近发动机排气口。

这一设计能够更快吸收高温排气热量,使催化器第一时间实施氧化还原反应,重组尾气分子,降低排放。

紧耦合听起来简单,但为了实现这种工程优化,也要通过复杂的研发设计和测试。

比如,通过两个温度传感器,两个氧传感器,实时监控发动机和排气系统工作状态,使系统时刻最优。

同时大众的工程师强化了整个装置的结构设计和材料,全部使用了高镍不锈钢,关键部位使用钛合金不锈钢,并使用了激光焊接技术。

生产过程中使用了定制化封装技术,确保每一个三元催化载体、衬垫、壳体完美适配。通过紧耦合式优化设计,曾经的颗粒捕捉器再生难题已彻底解决,可实现无感再生。

关于以上这五点突破的文字描述在阅读上肯定是枯噪和乏味的,但做为一款逆势而生的内燃机,需要有文字纪录它们的进步与背后研发的艰难。

03.

陶海龙对内燃机的信仰独白

讲课时的陶海龙和驾车在路上奔驰的陶海龙是两个人,像一位大学教授瞬间切换为了一名赛车手,驶下高速车道,他说:「我坚信内燃机依然有着持久的生命力。」

而第五代EA888的量产上车显然是他这一信念的注脚。

陶海龙在技术解析会的最后对第五代EA888做了一番激情澎湃的评价,这一评价既是对唱衰内燃机的回应,也是一段对内燃机未来的信仰独白:

这台燃油发动机,早已被注入了超越时代的科技基因。它还能被称为「传统燃油发动机」吗?不,它一点儿不传统。从可变截面涡轮中蕴含的航天材料,到500bar燃油系统里奔涌的深海级压力;从全工况最佳油气比,到紧耦合排气装置内上演的分子魔术,再到极静的NVH表现,带给用户跨维度的静谧体验,这都是一场面向未来的进化革命。对用户而言,它是「鱼和熊掌兼得」的出行解决方案。对环境而言,它是内燃机节能与减排的革命性里程碑。当全工况最佳油气比控制策略将排放净化效率推向物理极限,当紧耦合排气装置使我们的排放水平达到新的高度,我们证明:燃油动力完全可以与新能源车型共同构筑低碳出行生态。对行业而言,它重新定义了燃油动力的技术天花板。VTG可变截面涡轮与500bar超高压燃油系统的组合,打破了原有的性能极限;全工况米勒循环与全工况最佳油气比的融合,则实现了热效率与排放控制的完美平衡。这些突破不仅属于大众,更将推动整个行业的技术进化。第五代EA888不是终点,而是新纪元的起点。在通向动力总成未来的道路上,它将作为桥梁,连接机械与智能的鸿沟。今天,我们不是在续写历史,而是在重新定义内燃机的未来——我们也相信,第五代EA888发动机定将引领内燃机的下一个未来。

陶海龙曾在上海大众质保部、制造部工作,是一位常年在一线工作的工程师,彼时每周都会有相当长的时间在上汽大众安亭试车厂跑圈、测试。

不过他对于内燃机的信念并非单纯来自于其过往的工作履历,在2024年7月18日,担任上汽大众总经理之后,他在同年11月又接任了上汽大众动力电池有限公司法定代表人并担任董事。

这也可以视为上汽大众坚持油电同进、油电同智战略的一个注脚。

内燃机与电机在未来的世界如何相处?二者注定是零和博弈吗?

至少在可以预见的产业周期里,发动机的轰鸣声依然有着独特的魅力。

而在上汽大众未来的车型规划中,插混、增程动力车型都已经列在了时间表上,一位工程师告诉智驾网无论是搭配一台电机做插混,还是单纯用来发电,第五代EA888发动机同样具有巨大的优势。

全新途昂Pro将在今年三月上市,它被定义为一款全境大七座智能SUV,这是一款地地道道的燃油车,也是上海大众在汽车产业转型时期推出的一款拥抱智能化与数字化的燃油车。

还好,还有人在耐心地打造一台属于这个时代的内燃机;还好,还有人在满怀热情地打造一款属于这个时代的燃油车。

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