讲课时的陶海龙与驾车在路上奔驰的陶海龙是不同的两个人。他就如同一位大学教授瞬间转变为了一名赛车手,接着驶下了高速车道,并且说道:“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,陶海龙出任上汽大众总经理刚满半年。他用近乎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。讲解结束后,他意犹未尽,说道:“来,我带你在高环赛道路上跑一圈。”
车是全新(丨)Pro,将于今年三月正式上市。路是上汽大众安亭试车厂的一条跑道,这条跑道几乎不限速,时速能开到 212 公里。车在这条跑道上行驶产生的风噪,在车外听就如同飞机轰鸣。
全新途昂 Pro 的车长为 5.1 米。它是一款七座经典中大型 SUV。相比上一代,其长度增加了 10.6 厘米,体态接近大型 SUV。重量在 1.5 吨左右。在高速环路上,陶海龙把全新途昂 Pro 开出了超跑的感觉。
零百加速的时间在 7 秒多一点,与官方宣称的 7.6 秒相差无几。从 120 公里时速加速到 212 公里时速,所用时间大概为 10 秒。
一台 2.0T 的发动机,它爆发出的声音,其中有涡轮的轰鸣,还有风声,这两种声音交织在一起,就如同节奏由弱至强的和声。
车上坐了五个人,快接近满员了。在车内,加速的过程感受不是很明显。然而,他却突然在时速达到 180 公里的时候,进行了两次高速换道。
车身姿态保持得很平稳。车内的乘员在经历了短暂的惊吓感之后,很快就恢复了正常的坐姿。
01.
新能源时代来了一款划时代的内燃机
第五代 EA888 发动机有横置和高功率版,它将在全新途昂 Pro 上进行全球首发。目前其纵置和低功率版已在欧洲推出。这款发动机的技术与保时捷、奥迪所用发动机的诸多技术是相同源头的。
EA888 发动机系列最初是由大众集团的奥迪团队进行开发的。2006 年,第一代 EA888 问世。它实现了从涡轮增压技术到燃油直喷系统的革新,并且能够全面适配从性能车到家用车。这一传奇的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率先宣称全面电动化的汽车巨头。之后,关于是否进一步投入内燃机研发这一问题,内部曾有过争论,也出现过迟疑。
在经历了管理层的更迭后,重新确立了要继续投入研发内燃机的动力路线。第五代 EA888 发动机是由在上海、狼堡、因戈尔施塔特这三大研发基地,以及在中国、德国、匈牙利、墨西哥这四国测试基地的超千人工程师团队,经过 1000 多个日夜的工作才得以完成的成果。
上汽大众的工程师认为第五代 EA888 是凝聚全球智慧的作品,并且它在国内生产的零部件大部分是国产的。
这款发动机的最大功率为 200 千瓦,峰值扭矩为 400 牛·米,这是官方公布的性能参数。
这一参数在横向对比方面远超同级竞品。在纵向对比中,与第三代高功率版本相比,162kW 提升了约 23.5%,扭矩从 350N·m 拉高了约 14.3%。这样大幅度的性能提升是具有革命性的。
第五代 EA888 只有一个型号,是四缸 2.0T 的。它能拉动 2 吨上下且为大七座的途昂 Pro,让这款车的百公里加速达到 7.6 秒,完全没有小马拉大车所带来的迟滞感。并且在 WLTC 工况油耗下,它的百公里油耗仅仅是 8.35L。
可以说同时在功率-扭矩-油耗等方面达到了平衡。
通俗理解就是动力较为强劲,提速比较迅速,油耗处于较低水平。另外,还有一个优势在于其稳定性良好,并且使用寿命较长。
陶海龙介绍,在整个开发过程中,这款发动机在台架上进行了 20 种不同类型的试验。经历了长达 25000 小时的“马拉松”,这相当于连续 1042 天,接近三年的无休运转。进行了整车及动力总成累计 600 万公里道路各种路况的测试,这是魔鬼般的考验。还进行了 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。
陶海龙称,我们不能违反广告法,所以不敢在宣传中宣称是最强的。然而,从相关数据来看,它实际上就是最强的。
同级中最强的动力输出为 200kW 和 400Nm,这相当于 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,一台性能抵达天花板的内燃机,它在中国这个市场中能掀起的风浪到底有多大呢?
陶海龙从三个角度直接回应了这一问题:
首先,我们国家推行了多能源战略。去年年底,工信部表明态度,在新能源汽车发展的过程中,同时推动内燃机技术的发展。这一态度给燃油车行业注入了力量,成为技术创新的推动因素。
其次,从市场的角度来看,自去年 11 月开始,燃油车的市场份额一直在逐渐回升。到目前为止,它依旧占据着市场的一半。而这 50%的选择,其背后反映的是真实存在的用户需求。
燃油车保值率较高,并且维修网络较为成熟,这是不少消费者选择燃油车的重要原因之一。尊重市场,让市场去进行选择;尊重消费者,让消费者去进行选择。这体现了对市场的尊重,也体现了对消费者的尊重。
内燃机的生命周期是否即将进入倒计时呢?显然不是这样的。
我国新能源渗透率接近过半。在这过半的车型里,有接近 30%的销量是插混和增程动力的车型。这些车型都是搭载了内燃机的。
对于第五代 EA888 来说,它的出现有两个方面。其一,回应了内燃机的技术与性能指标已到尽头这一情况,同时也表明内燃机的性能与效率还有巨大的潜力可以挖掘。其二,澄清了近年来许多给内燃机贴上的污名化标签,比如排放导致污染这一情况。
在中国内燃机工业协会进行的内燃机产品能效评估里,第五代 EA888 发动机被评定为“1 级能效产品”。
一是发动机的热效率有所提升,比前代产品提升了 3%。这款发动机的低油耗区域覆盖范围比前一代产品扩大了很多,超过 5 倍,大约占所有工况的 60%,这使得客户用车的油耗大幅降低。并且,低油耗区域的扩大还减少了换挡的次数,从而提高了驾乘的舒适性。
陶海龙表示:第五代 EA888 的动力方面以及经济方面,都能够达到类似于混合动力车型所具备的水平。
02.
第五代EA888的四个核心技术突破
以上介绍的第五代 EA888 发动机有诸多性能指标,这些性能指标在实现过程中实际上是相互矛盾的,那么大众的工程师是怎样解决的呢?
内燃机诞生已有一百多年。在这一百多年间,其工作的基本机理未曾发生革命性的变化。它的工作过程都是从进气这个环节开始,接着进行喷油,然后是油气混合,之后是燃烧做功,最后到排出尾气这几个环节。
第五代 EA888 在技术层面实现了突破,具体体现在四个最核心的环节;同时,它还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)在保时捷发动机上率先得到应用。它化解了普通涡轮增压方案需在小涡轮和大涡轮之间做出抉择的难题,将两者的优点融合在一起,达成了全转速范围性能的最优化。凭借截面几何可变这一特性,能够实时对导流叶片角度进行调整,从而改变排气流道的截面积以及气流的流向。
低转速时,导流叶片的夹角变小了,流道的截面也随之缩小。这就如同捏住水管一样,使得水流能够喷得更远。这种情况导致气流速度明显提升,进而推动增压器的转速升高,最高能够达到 18 万转每分钟。随着增压器转速的升高,增压压力也得到了提升,同时涡轮迟滞大幅降低。
它从 0 扭矩提升至最大扭矩的时间不到 2 秒,比上一代提升了近 20%。在 1700 转的时候,能够达到 400Nm 的峰值扭矩。
这一技术带来了哪些变化呢?
第五代 EA888 发动机在 1700 到 4500 的转速范围内可以达到 400 牛米的最大扭矩。在 5000 到 6500 的转速范围内能够达到 200 千瓦的最大功率。
这意味着动力方面更为强劲。同时,优异的动力性使得变速箱换挡的次数大大减少,进而提高了驾驶的舒适性,让燃油车能够拥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。
大众的工程师开发了增压水冷系统,还改进了增压器的材质。其中,增压器涡壳采用了火箭发动机喷嘴同款的高镍铬不锈钢材料,这种材料的耐温高达 1100℃。而当下多数产品的涡壳采用的是耐温仅为 850℃-950℃的灰铸铁或低性能不锈钢,大众工程师改进后的增压器涡壳相比之下大大提升了耐热性。
当下市面上只有一种 2.0T 发动机使用 500bar 燃油系统,这种燃油系统就是 500bar 超高压燃油系统。
500bar 相当于海底 5000 米的压力,也相当于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,这已经是现阶段民用技术的极限。因为高压对于零件强度、耐腐蚀性以及发动机控制精度的要求极高。
这一系统能够实现更高效的燃烧优化效果。它通过更精准的燃油喷射控制,以及直径低至 6 微米的更好雾化效果,再配合高滚流比进气道设计。
500bar 高压喷嘴与多段分次喷射相结合,实现了精确控制。单次喷油时间被缩短到了 0.8 毫秒。油束的贯穿距离减少了 10 毫米。这样做避免了湿壁效应。同时也保护了机油。还减少了积碳的产生。并且降低了磨损。
高压燃油泵在材质和工艺方面,其关键部件被升级成了高强度钢,从而使耐压、耐磨以及耐腐蚀的性能有了显著的提升;高压油轨运用了一体锻造工艺,这样就达成了传统焊接工艺所无法达成的强度和密封性。
全工况最佳油气比意味着空气和燃料的质量配比为 14.7 时,燃料能恰好完全燃烧,排放处于最优状态,燃油经济性较高且噪音较低;然而,由于系统存在限制,绝大部分发动机难以在大负荷情况下实现黄金空燃比的控制。
- 利用激光焊接的排气净化装置,保证排气系统的冷却能力与耐高温性能。
全工况米勒循环意味着在低速时和高速时,都利用米勒循环,通过提前关闭进气门,来使做功过程得以增长,这样就能更充分地发挥做功能力,把每一滴燃油中的能量都充分榨取出来。
米勒循环在高速且高负荷的工况状况下时常会出现动力不够的情况。第五代 EA888 发动机要实现全工况的米勒循环,一方面,从进气这个角度来看,运用了 VTG 增压系统,从而增大了发动机的“呼吸容量”;另一方面,从排气的角度来讲,经过优化升级的 AVS 奥迪可变气门升程(VVL)系统使得排气更加顺畅。
这是一个听起来原理简单,但做起来异常艰难的过程。
这一技术是第五代 EA888 发动机热效率相比前代产品提高 3%的原因。对于消费者来说,这款发动机的低油耗区域覆盖范围比前一代产品扩大了很多,约是前一代的 6 倍,占所有工况的 60%,客户用车油耗显著降低。同时,低油耗区域的扩大使得换挡次数减少,从而实现了接近电动汽车的驾乘体验。
紧耦合排气净化装置是处理和利用排气的一种方案。它能够充分利用尾气能量来驱动 VTG 涡轮增压器,并且在使用过程中,将三元催化器和颗粒捕捉器高度整合,尽可能靠近发动机排气口,以此最大限度地降低排放。
这一设计有更快吸收高温排气热量的能力,能让催化器在第一时间开展氧化还原反应,还可以重组尾气分子,进而降低排放。
紧耦合看似简单,然而要实现这种工程优化,就需要进行复杂的研发设计以及测试。
通过两个温度传感器,能够实时监控发动机的工作状态。通过两个氧传感器,能够实时监控排气系统的工作状态。这样就能使系统时刻处于最优状态。
大众的工程师强化了装置的结构设计,并且强化了装置的材料。他们全部使用了高镍不锈钢,在关键部位使用了钛合金不锈钢,同时还使用了激光焊接技术。
在生产过程中,采用了定制化封装技术。这样做的目的是确保每一个三元催化载体、衬垫以及壳体都能完美适配。并且,通过紧耦合式的优化设计,曾经存在的颗粒捕捉器再生难题已经被彻底解决了,现在可以实现无感再生。
以上这五点突破的文字描述在阅读时肯定是枯燥且乏味的。然而,作为一款逆势而生的内燃机,需要有文字来记录它的进步以及背后研发的艰难。
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针对第五代 EA888 进行了一番热情洋溢的评价。这一评价一方面是对唱衰内燃机现象的回应,另一方面也是一段关于内燃机未来的信念表达。
这台燃油发动机,已经被赋予了超越所处时代的科技基因。它还能被称作“传统燃油发动机”吗?不能,它完全不传统。
可变截面涡轮蕴含着航天材料。500bar 燃油系统里有深海级压力在奔涌。全工况有最佳油气比。紧耦合排气装置内上演着分子魔术。极静的 NVH 表现也呈现出来。这些带给用户跨维度的静谧体验,这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。
从环境角度来看,它是内燃机在节能与减排方面的一个具有革命性意义的里程碑。全工况最佳油气比控制策略把排放净化效率提升到了物理极限,紧耦合排气装置让我们的排放水平达到了新的高度,这证明了燃油动力完全能够和新能源车型一起构建低碳出行的生态。
对行业而言,它重新定义了燃油动力的技术天花板。
VTG 可变截面涡轮和 500bar 超高压燃油系统组合在一起,打破了以往的性能极限;全工况的米勒循环与全工况的最佳油气比相融合,实现了热效率与排放控制的良好平衡。这些突破不但属于大众,还会推动整个行业的技术发展。
第五代 EA888 并非终点,而是开启了一个新纪元的起点。在通往动力总成未来的路途当中,它会充当桥梁的作用,把机械与智能之间的鸿沟连接起来。
今天,我们并非在延续历史。我们正在对内燃机的未来进行重新界定。我们坚信,第五代 EA888 发动机必定会引领内燃机的下一个未来。
陶海龙曾在上海大众的质保部和制造部工作。他是一位常年奋战在一线的工程师。在那时候,每周他都会有很长一段时间在上汽大众安亭试车厂进行跑圈和测试的工作。
他对内燃机有信念,这并非仅源于他的工作履历。2024 年 7 月 18 日,他担任上汽大众总经理。同年 11 月,他接任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?
在可以预见的产业周期内,至少在目前这个阶段,发动机的轰鸣声依然具有独特的魅力。
上汽大众未来的车型规划里,插混动力车型和增程动力车型都已被列入时间表。一位工程师告知智驾网,无论是将第五代 EA888 发动机搭配一台电机用于做插混,还是仅仅用来发电,它都具有巨大的优势。
全新途昂 Pro 今年三月上市。它被定义为全境大七座智能 SUV。这是一款燃油车,是地地道道的。它也是上海大众在汽车产业转型时期推出的,是一款拥抱智能化与数字化的燃油车。
还好,有一些人在用心地打造一台契合这个时代的内燃机;还好,有一些人在饱含热情地打造一款属于这个时代的燃油车。
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