大众的1.4T EA211小排量涡轮机在近二十年的小排量涡轮机的代表中绝对榜上有名。这台发动机发布于2011年,在全球范围内拥有无比庞大的装机量,至今仍然是大众集团的主力机型。实际上,大众并没有满足于EA211的成功,在2017年就推出了全新的1.5T EA211 Evo,并且在2022年推出了小升级版本EA211 Evo2,就是为了让大众的小排量增压机可以在市场中保持竞争力。因此,早在2017年大众于海外发布1.5T EA211 Evo发动机的时候,就有不少车迷希望大众可以将这台全新的发动机引入国内,可大众却始终没有任何动作。具体情况我们一下来了解一下。
搭载1.5T发动机的中期改款速腾
直到今年6月份中期改款速腾上市,大众才终于将1.5T EA211 Evo系列引入国产。值得一提的是,这次国产速腾使用的是最新的EA211 Evo2版本,在全球范围内第一批上市,甚至比大众在欧洲本土还要早了接近1个月时间。未来,全新的1.5T EA211 Evo2也会普及在大众、斯柯达、奥迪等品牌中,成为大众集团小排量增压机的中流砥柱。下面,我们就来和大家聊聊这台大众全新1.5T到底有什么技术亮点!(ps:提前做个剧透,这台1.5T的国产版本,专门为中国市场做了不少调整哦!)
在讲解国产的EA211 Evo2之前,咱们先来简单了解下它的初代EA211 Evo究竟是个啥东西。从发动机命名不难看出,EA211 Evo其实就是现有EA211系列的进化(Evolution)版本,不过相比EA211系列,EA211 Evo的产品布局要更加精简。例如此前的EA211提供了1.0L、1.4L、1.5L、1.6L这4款自然吸气发动机,以及1.0T、1.2T、1.4T这3款涡轮增压发动机。而到了EA211 Evo这代,就精简为1.0L、1.5L自吸,以及1.0T、1.5T增压这4款产品了。
除了目前已经引入国内的1.5T EA211发动机外,未来大众还将引入EA211 Evo系列的自然吸气发动机,用于替代现在朗逸、宝来等车型使用的1.5L EA211机器。
作为1.4T的继任者,虽然1.5T EA211 Evo的发布时间与1.4T相差6年,但它并没有完全舍弃老1.4T的设计,整体更像是一次针对老1.4T的“传承与改进”。例如1.4T和1.5T的发动机缸径均为74.5mm,新1.5T只是通过将气缸行程从过去的80mm增加到了现在的85.9mm。而这一改动不仅使发动机排量增加了0.1L,而且也让1.5T发动机的缸径行程比扩大到了1.15,而老款1.4T的缸径行程比则只有1.04。
EA211 Evo 1.5TSI
要知道缸径行程比越大,就意味着气缸的行程长度相对缸径长度更大,而在相同的发动机转速以及气缸容积下,气缸的行程越长,活塞的运行速度就会越快,那随着活塞运行速度的提高,气缸内的气流速度自然也会变快。由于新1.5T缸径行程比更大,所以气缸内的空气流速就会变得更高,这样有利于提高气缸内的滚流、增加油气混合物的燃烧速度,从而降低油耗、并降低缸内发生爆震的可能。
除了更大的缸径行程比之外,新的1.5T发动机还重新设计了气门、燃烧室和活塞。通过上图可以看出,全新1.5T的进排气门角度分别为13°和18.54°,更大的进气门倾斜角度,在一定程度上架高了进气道气流的流向,使其以更靠气缸右侧的流向产生了更强烈的滚流,随后强烈的滚流在通过下方带有凹槽的活塞表面时,则会得到一次有效的梳理,使滚流变得持续、稳定,相当于在进气过程中,汽油和空气借助着强烈且稳定的滚流,混合得更加均匀了,在后续的做功冲程中,火焰的扩散速度更快,燃烧更充分。
通过上述缸径行程比和气门角度的提升可以看出,新款1.5T发动机的进气和燃烧设计更为先进,所以虽然这款发动机的排量增加了0.1L,但最终它的油耗表现也要全面优于此前的1.4T。
事实上,早在2017年的海外版高尔夫7上,大众就已经用上了这台1.5T EA211 Evo发动机,并提供了131马力、150马力的低、高两种功率,马力值与1.4T发动机低、高功率版完全相同。
而速腾搭载的EA211 Evo2发动机则拥有160马力,不仅比上代1.5T的150马力多了10匹,同样比海外市场大众T-Roc使用的EA211 Evo2多了10马力。换句话说,国产的1.5T发动机,是全球最早上市、也是目前全球马力最大的EA211 Evo2。除了功率的小幅提升外,国产的1.5T EA211 Evo2发动机还在其它技术层面进行了不小的升级,具体咱们往下看!
VTG可变截面废气涡轮
在海外普及的1.5T EA211 Evo一代发动机上,VTG可变截面涡轮技术只是131马力低功率版本的专属。而此次的国产1.5T EA211 Evo二代发动机上,则是连高功率版本也用上了VTG。那么,大众之前为什么不给高功率版本配备VTG涡轮呢?
为了方便大家理解,我们先来简单了解一下VTG可变截面涡轮。简单地说,可变截面涡轮就是将涡轮叶片的截面角度改成了可变的设计,如上图所示,即使在低转速下,通过涡轮叶片角度的改变,加大叶片与发动机废气接触的面积,保证涡轮增压器在低转速时也有出色的动力响应。此前大量应用此项技术的品牌是保时捷,因为保时捷作为一个运动品牌,对于发动机的动力响应和性能都有着很高的要求。不过由于涡轮增压器的安装位置在发动机排气端,需要承受超高的废气温度,所以保时捷发动机常用的VTG涡轮,只有在使用造价高昂的航空航天级耐高温合金的情况下,才能承受住上千摄氏度的排气高温。而如此之高的造价成本,对于主打家用车市场的大众来说显然是无法接受的。
普通废气涡轮增压器
此前海外1.5T EA211 Evo一代之所以只在低功率版上使用VTG,是因为低功率发动机的排气温度较低,最高温度仅有880℃,所以可以选择成本较低的材料去生产VTG涡轮;而1.5T高功率版本的排气最高温度足足有1050℃,超过了低成本材料的耐高温上限,所以就只好使用不支持可变截面技术的普通涡轮了。
VTG废气涡轮增压器
而此次引入国产的1.5T EA211 Evo2发动机,不仅马力比海外版增加了10匹,而且高功率版本也标配了VTG可变截面涡轮,这也就意味着国产版1.5T使用了高成本的耐高温材料来打造VTG涡轮,在生产成本上要高出了不少。也正因如此,现阶段的1.5T发动机只应用在了速腾等车型销量极低的高配或顶配车型上,中低配车型依旧使用老的1.4T发动机来平衡成本。
经常看我们干货文章的朋友应该知道,一般传统发动机采用的都是奥托循环,也就是发动机内部的压缩比=膨胀比。不过按照热力学的原理,如果发动机内部的膨胀比能大于压缩比的话,那发动机的燃烧效率就会增加,理论上就能更省油。
左:奥托循环 / 右:米勒循环
为了达到更省油的效果,此前大众为低功率EA211 Evo发动机加入了米勒循环,通过增加低升程进气凸轮轴来降低发动机进气门开启时间的同时,叠加在进气冲程过程中提前关闭进气门、将少量空气膨胀成更大体积的方法,提升了发动机的膨胀比。
左:奥托循环压缩行程 / 右:米勒压缩行程
简单来说,低功率1.5T发动机的结构压缩比为12.5:1,但由于在米勒循环的进气冲程中,每次只吸入10.5份空气就提前关闭了进气门,且之后只压缩这10.5份空气,而在火花塞点燃以后,这10.5份空气就会膨胀为12.5份,这也就意味着发动机的实际压缩比只有10.5,但是膨胀比却达到了12.5,热效率也就因此提升了。这也是为什么在同为131马力的情况下,1.5T 低功率EA211 Evo的油耗,会比此前1.4T EA211还低10%左右的原因。
不过,由于米勒循环只能应付低负载工况,并不擅长高动力输出,所以海外版的低功率EA211 Evo发动机还提供了传统的奥托循环,通过发动机的VVT可变气门系统,可以在0.25秒的时间内切换进气门开闭的时间,进而可以根据不同场景的动力需求在动力输出更好的奥托循环、和效率更高的米勒循环之间切换,这也就是所谓的“双循环发动机”。
但要注意的是,此前双循环技术只是1.5T低功率EA211 Evo发动机的专属,而1.5T高功率版本为了保证发动机时刻都能达到更好的动力输出,则只提供了传统的奥托循环。而此次国产的EA211 Evo2发动机,其高功率版本不仅马力增加了10匹、达到了160匹,同时还加入了双循环技术,可以在低负载时切换到米勒循环提升燃油经济性。此外,国产版发动机的压缩比从海外版的12.5:1降低至11.5:1,降低压缩比虽然会牺牲一定的热效率,但是可以在提升动力的同时,让发动机运转更稳定,避免爆震情况的出现。从结果来看,国产1.5T速腾在比1.4T版多了10马力的情况下,它的WLTC工况油耗反而降了0.2L/100km,这其中自然少不了双循环技术带来的功劳。
至此,我们已经讲完了国产1.5T EA211 Evo2发动机与此前海外初代1.5T EA211 Evo的区别,不难看出,1.5T高功率发动机由于VTG涡轮以及双循环系统的增加,已经在动力输出平顺性和油耗方面又迈上了一个新的高度。而下面要讲解的这些亮点,则是国产二代EA211 Evo延续自海外初代的技术亮点,而这些技术也是让EA211这台经典发动机重回当今发动机前列的主要法宝,之前没了解过的朋友绝对不容错过!
铸铁缸套
目前越来越多的新发动机都开始使用铝合金缸体,因为铝合金比铸铁更轻、散热性能也更好。但是由于铝合金不耐磨,所以此前的常见做法是在铝合金缸体内部,再镶嵌一个铸铁缸套,以求在发动机轻量化、耐用性、散热性之间找到平衡。像是大众此前的1.4T发动机,就是在铝合金缸体的基础上,镶嵌了铸铁缸套。
而全新的1.5T EA211 Evo发动机,则在其高功率版本上取消了铸铁缸套,取而代之的是APS等离子涂层。这个APS其实就是在气缸壁上喷涂一层由铁合金组成的涂层,涂层厚度只有0.1mm左右,相比铸铁缸套的4-5mm要薄很多,自然就能进一步降低重量。此外,除了降低重量和厚度,APS涂层还拥有良好的导热、耐磨、润滑、防腐蚀性,可以在提升发动机散热、降低爆震的同时,兼顾出色的耐磨性。
不仅如此,全新1.5T发动机还在活塞销等结构表面采用了DLC类金刚石涂层,这个涂层硬度高、耐磨性好、摩擦阻力低,可以降低发动机内部部件的运转阻力、提升效率,并提升耐用性。
虽说此前大众的1.4T发动机也采用了缸内直喷技术,但是喷油压力只有200bar,而全新的1.5T发动机,则将直喷系统的压力提升到了目前主流的350bar,可以带来更好的汽油雾化效果,让气缸内的空气与油气混合的更均匀,使燃烧更加充分,进而降低油耗和污染物排放。
缸内直喷
此外,全新1.5T发动机每个做功循环的喷油次数,也从此前1.4T的3次提升到了5次。要知道,目前主流直喷发动机的喷油步骤都不是一次性喷完的,这是因为一次性将油喷完,轻则会导致汽油与空气混合不充分,重则还会导致汽油粘连在气缸壁上,所以喷油量和喷油次数都是会根据发动机温度、转速、氧气含量等参数进行实时调整的。而全新1.5T将每个做功循环的喷油次数提升到5次,就可以让电脑根据实时工况更精准地控制喷油量,从而达到更好的燃烧效果了。
不仅如此,更多的喷油次数还能为增加点火延迟角提供基础,而发动机的点火延迟角越大,其排放出的尾气温度就会越高,在冷启动时可以快速促进三元催化升温,降低油耗和污染物排放;同时还可以通过减少单次燃油的喷射量,来避免汽油粘连在气缸壁上出现机油乳化的现象。
EA211 Evo冷却模块
一款发动机的性能好坏,光看马力、扭矩这些数字是不够的,散热才是决定一款发动机能否长久稳定运转的关键。因此就诞生了“水温”这个概念,通过发动机冷却液的温度,来监测发动机的运转温度是否处于合适的范围区间。如果出现发动机水温过高的情况,就说明发动机的散热压力很大,需要降低负载,避免激烈驾驶;而如果水温过低,则又会导致发动机的运转效率降低,出现油耗升高、抖动。因此,于2011年发布的1.4T EA211就提供了一套在当时看来非常前卫的双循环冷却系统,其中发动机本体为一套循环,由机械水泵控制冷却液;而中冷器和涡轮增压器为另一套循环,并且采用了冷却效果更好的水冷,而非风冷,同时还使用了成本更高的电动水泵来负责冷却液循环。
不仅如此,在发动机本体这套循环中,这台1.4T EA211发动机还提供了在缸盖循环的小循环,以及完整流经缸盖、缸体、散热器的大循环来适配不同的散热场景需求。不过由于1.4T EA211负责大、小循环切换以及控制流量大小的装置用的是石蜡节温器,而受限于材料特性,石蜡的受热融化和冷却凝固都是要慢于实际冷却液温度变化的,这便会造成车辆的冷却液循环系统无法时刻处于最佳的状态。像是在上高速后,车辆高速巡航时的发动机负载很低,但外界的空气流量又很大,最终就会造成冷却系统过度散热、发动机热损失加大的问题,最终导致油耗的升高。
电控旋转阀门
而全新的1.5T EA211 Evo发动机,则将1.4T EA211的石蜡节温器升级成了可以实时无级调节冷却液流量的电控旋转阀门,有效提升了散热系统的控制速度和精度,像是遇到上面提到的高速发动机低负载、外界空气流量极大的过度散热场景,1.5T EA211 Evo发动机就能利用电控旋转阀门及时降低冷却液的循环速度,来避免发动机热能的浪费了。此外,像是在寒冷环境下,由于1.5T EA211 Evo控制大小循环的旋转阀门为电控,所以在发动机熄火后,还能通过及时关闭大循环,将高温冷却液锁死在缸盖的小循环里,这样一来,待下次冷启动的时候,车辆就能更快地进入热机状态,实现油耗降低、排放降低、快速出暖风这三重收益了。
除了冷却系统外,全新1.5T发动机还针对进气温度做了优化。前面我们说过,全新1.5T高功率发动机的排气温度高达1050℃,比此前1.4T发动机高了100℃左右,所以涡轮工作时的温度更高,经过涡轮加压后的新鲜空气温度也会因为金属导热的缘故明显变高。因此,全新1.5T发动机采用了更大的进气中冷器尺寸,最终将发动机进气温度压制到了仅比大气温度高15℃的水平,并没有因为排气温度大幅增加,就影响到发动机的进气温度。
虽说目前国产的高功率1.5T EA211 Evo2发动机相比此前海外的高功率EA211 Evo增加了双循环和VTG可变截面涡轮,但和此前的国产1.4T EA211一样,新款的国产1.5T EA211 Evo2发动机相比海外版同样“阉割”了ACT闭缸技术。在海外版本上,标配ACT闭缸技术的1.5T发动机,当转速在1300-3200rpm之间,并且车辆处于动力请求不大的中、低巡航状态时,ACT将会关闭二、三号气缸的进排气凸轮,同时关闭二三缸的喷油系统,让发动机仅通过四缸运行。
虽说这个出于成本考量“阉割”ACT闭缸技术的行为可能会遭到一些朋友的吐糟,不过平心而论,作为一台排量只有1.5L的四缸机,其闭缸功能的使用频率以及油耗收益是远不如那些大排量六缸、八缸发动机的,并且闭缸变成2缸后,发动机的噪音和抖动也会有一定的增加。所以考虑到这款标配了双循环、VTG涡轮、350bar直喷、APS涂层的全新1.5T发动机的硬件成本已经很高了,叠加ACT闭缸技术的收益很小,也就不难理解国产版本为啥会“阉割”这项功能了。
20年的时间,让当初以技术佼佼者形象亮相的1.4T EA211发动机逐渐在国际大舞台上从第一排的C位退到了暗淡无光的角落。作为20年前小排量涡轮机的排头兵,大众由于在最近5年将重心放在了决定未来命运的新能源车之上,所以相比其它品牌在发动机领域的佳作频出,大众就要显得低调许多了。
如今,国产1.5T EA211 Evo2已经搭载在了速腾、宝来、朗逸、探歌、途观L、探岳等车型上,并且就连奥迪Q3、Q3 Sportback也换上了1.5T发动机。虽说全新1.5T的动力参数并没有什么亮点,但它的种种技术升级都瞄准了更高的效率、更低的油耗、以及更环保的排放之上,这也是当今燃油机的发展趋势。未来10年,这台发动机也将成为大众、奥迪、斯柯达旗下小排量涡轮机的中流砥柱,至于它能否赢得消费者的口碑,就留给市场去检验吧!更多关于汽车的资讯小编将持续关注。