奥迪新型A6轿车V6汽油发动机重点解析(三)

◆文/江苏 范明强

奥迪新型A6轿车V6汽油发动机重点解析(三)

◆文/江苏 范明强

2004年奥迪公司在原有V型汽油机系列的基础上开发了两款用于新型奥迪A6轿车上的全新V6汽油机，其中V6-3.2L-4V-FSI直喷式汽油机是新型缸内燃油分层直接喷射式(FSI)汽油机系列的第一款V6代表机型，它是着重满足奥迪品牌轿车的运动型动力性能要求的顶级V6机型，而新型V6-2.4L-4V-MPI多点气门口喷射(MPI)汽油机是与上述机型同步开发的一款以舒适性为目标的基本机型，实际上是原有2.4L-5V-MPI汽油机的改进型。2006年奥迪公司又推出了采用奥迪可变气门升程系统和可调机油泵的第一款替代机型V6-2.8L-FSI。2008年奥迪公司再次推出的V6-3.0L-TFSI机型是奥迪首款增压直喷式汽油机，使得V6汽油机系列动力总成的品种向更高的功率扩展，进一步凸现了奥迪轿车运动型动力性能的品牌特色。本文将分别对V6-3.2L-4V-FSI燃油分层直接喷射汽油机、V6-2.4L-4V-MPI多点气门口喷射汽油机、V6-3.0L-TFSI增压直喷式汽油机的结构和性能进行重点详细介绍。

范明强

(本刊专家委员会委员)

教授级高级工程师，参加过陕西汽车制造总厂的筹建工作，主管柴油机的产品开发，1984年调往机械工业部无锡油泵油嘴研究所，曾任一汽无锡柴油机厂、第一汽车集团公司无锡研究所高级技术顾问、湖南奔腾动力科技有限公司总工程师。

(接2014年第2期)

1.发动机外围设备

与Mahler公司共同合作开发的MPI汽油机的两级可变塑料进气管(图15)的主体被做成有利于降低成本的薄壳结构型式，整个进气装置是由6个单体薄壳件经焊接而成的。扭矩与功率调节之间进气管振荡长度分别为668㎜和392㎜(指直至进气门的长度)，进气管长度的转换是借助于转换阀板实现的。这种技术方案与V6-3.2L-4V-FSI直喷式汽油机的可变进气管相当，这样既能明显缩短开发周期和降低开发风险，并能降低开发成本。同时，由于流动模拟计算与结构设计同步进行，因此能够明显优化流动导向和换向范围以及转换阀板的设计，从而使得在3000～6250r/min转速范围内的充气系数大于100%(图16)。

在多点气门口喷射进气管上使用了博世公司最新一代喷油器，它通过优化喷雾角降低了冷起动时的原始排放。

同时，还十分重视提高与V6-3.2L-4V-FSI直喷式汽油机零部件的通用化程度。即使两种机型的结构空间不同，但是进气管上的基本附件，诸如节气门、曲轴箱通风、燃油回油管、真空控制、前后罩盖以及清洁空气管道等都是FSI直喷式汽油机的通用件，因此显著降低了成本和开发的复杂程度。

为了达到欧Ⅳ废气排放标准，运用了二次空气装置。与迄今为止所使用的装置相比，通过应用自动开启的二次空气阀(图17)，取消了包括电动转换阀在内的全套真空控制装置，因此明显降低了成本。

2.工作过程优化

新型V6-2.4L-4V-MPI多点气门口喷射汽油机使用了西门子VDO公司开发的SIMOS 6 M3型发动机管理系统，它采用最新一代扭矩导向的电子控制系统。

开发的重点是p-n系统及其所必需的用于两列汽缸系统的功能模块。为了提供必需的计算能力，应用了具有56MHz节拍的微处理器。通过用于进气凸轮轴相位连续调节的主从设计方案，确保两列汽缸的平衡，从而为混合汽准备和燃烧正确地预调诸如喷油量和点火等基本参数。

(1)扭矩和功率

开发的目标是在低转速运行工况就能获得丰满的扭矩特性曲线。除了车辆方面的空气导向和进气管之外，另一个重点是汽缸盖中的进气道造型设计。良好的运转平稳性以及高功率所需要的大空气消耗量和最大空气流量能有针对性地进行协调，这不仅反映在良好的充气系数特性曲线上，而且也反映在扭矩和功率值比老机型有明显改善(图18)。

发动机在3000～5000r/min转速之间输出230N·m最大扭矩，而6000r/min时达到130kW最大功率，在4250r/min时转换阀板就将进气管长度转换调节到适合于功率发挥的短进气管。

(2)废气装置和增压器方案

V6-2.4L-4V-MPI多点气门口喷射汽油机除了美国之外提供全球市场，而且在欧洲市场满足欧4废气排放标准，采用一个4"×6"(600目)大小的近发动机陶瓷主催化转化器达到严厉的废气排放限值，此时应用了带有自动开启阀的二次空气系统有助于达到催化转化器的快速起燃。

该机型的压缩比为10.3∶1,并且是按采用ROZ 95号汽油运行来设计的，同时通过分缸爆燃调节还容许采用ROZ 91号汽油运行。

三、V6-3.0L-TFSI增压直喷式汽油机

2008年奥迪公司再次推出的V6-3.0L-TFSI(增压燃油分层喷射)机型(图19a和图19b)是奥迪首款增压直喷式汽油机，使得V6汽油机系列动力总成的品种向更高的功率扩展，进一步凸现了奥迪轿车运动型动力性能的品牌特色。

在这种机型上，奥迪公司首次应用机械式罗茨增压器，并将其设计成高度集成的模块布置在V形空间内，总体结构十分紧凑。这种发动机搭载于奥迪A6轿车提高了舒适性，并在新型奥迪S4轿车上更显示出其运动型动力性能。

1.发动机设计方案(1)增压技术的选择

选择发动机增压技术首先要考虑达到奥迪A6-V6汽油机的全局性目标，诸如：①自然吸气和增压汽油机统一的基础发动机设计方案；②V型汽油机系列通用的高模块化程度；③极其紧凑的结构型式；④低的燃油消耗；⑤便于日常的维护保养；⑥V6机型制造和安装方面的高通用性；⑦按研究法辛烷值(ROZ)95/91汽油设计，适合于全球市场。

与此同时，在选择增压技术时还要将以下所有要求作为重点：①在强劲的起步加速性的同时具有高的舒适性；②快速的动态扭矩建立，具有极佳的加速性能，以获得宽广的使用范围；③以有利的成本搭载到奥迪A4、A6、A8轿车和SUV车型平台；④满足全球当今和未来所有的法规要求；⑤可获得不同的发动机特性(舒适型或运动型)。

在方案设计阶段，在均采用FSI燃烧技术的情况下，V6双涡轮增压和V6机械增压的潜力在发动机试验台架和汽车上进行了评价。正如图20所示，由于机械增压在达到所必需的汽车性能的同时，还在起步加速性能和废气排放性能方面，以及通过将增压模块布置在V形夹角空间中而在外形尺寸方面所具备的优势，因此奥迪公司决定在V6机型上采用机械增压。这种机械增压机型在具有高的热力学效率的同时，起动扭矩的建立较快，并能较早地达到最大扭矩，同时具有良好的起步加速性能，除了要应用能节油的速比较大的变速器外，首先在较重的高档车型上能获得最佳的动态性能，并确保在诸如美国和亚洲这种传统的V6车型市场上获得高的用户认同。

表3 奥迪V6汽油机的技术数据

(2)新开发范围的重点

与2006年开发的采用奥迪可变气门升程系统和可调机油泵的V6-2.8LFSI直喷式汽油机相比，机械增压的V6-3.0L-TFSI直喷式汽油机进行了如下的重要改进：①增压器转子；②汽缸体曲轴箱采用热处理；③增压模块中集成了增压空气冷却器；④通往汽车低温循环回路的水管；⑤机械增压器的皮带传动；⑥凸轮轴；⑦气门和气门弹簧；⑧充量运动阀法兰。

(3)基本技术数据

表3示出了V6-3.0L-TFSI增压直喷式汽油机重要的基本技术数据与其他V6汽油机机型的比较，其中针对舒适性设计的机型用于奥迪A6轿车上，而运动型机型则用于奥迪S4轿车上。(未完待续)