奥迪V8发动机EA825技术亮点解读

文：张春伟、宫艳晶

目前应用于奥迪A8、RS6 等车型上的EA825 系列发动机，是奥迪最新的V8 发动机（图1），此前这款发动机也曾应用于大众集团旗下的保时捷和宾利车型。该发动机奥迪和保时捷联合开发，其结构基于自EA839 系列的V6 发动机，这种密切的关系不仅对制造过程有好处，对售后服务同样也有好处，例如许多专用工具可以通用于这2 款发动机。EA825 发动机的主要参数如表1所示。

图1 EA825 系列发动机

表1 EA825 发动机的主要参数

1.缸体

EA825 发动机的缸体采用铝合金(ALSi9Cu3) 铸造，整个缸体（包括轴承盖和相应的螺栓）总质量为39.1 kg（图2）。曲轴箱侧壁采用了“深裙式”设计，不再像以往那样在曲轴中央位置水平划分为上部和下部，而是侧壁向下延伸到上油底壳，从而提供更高的刚性。

图2 发动机缸体

上油底壳由铝合金压铸而成，配有定位销以确保装配过程中的精确定位。下油底壳由铝板制成，集成了放油螺栓和油位/油温传感器。正时链罩由铝合金压铸而成，发动机转速传感器和曲轴油封都位于盖内，拆卸时需要使用辅助螺栓将其从气缸体上压出（图3）。

图3 油底壳及正时链罩

曲轴的上轴承座与缸体是一体的，5个灰铸铁制成的下轴承座通过纵向和横向螺栓固定到缸体上（图4）。止推垫圈安装在4 号曲轴轴承上，以控制曲轴的纵向移动。注意：止推垫圈的油槽需要朝向曲轴。

图4 曲轴轴承座

2.大气等离子喷涂（APS）

为了使铝合金缸体拥有一个足够坚固的摩擦表面，EA825 发动机的气缸壁采用了大气等离子喷涂（APS）工艺。加工时首先使用一种特殊的铣削工具使气缸壁粗化，这将在气缸壁表面形成一个燕尾形状的凹槽，由此可以确保APS涂层更好地附着在铝合金缸体表面。

然后，将旋转的等离子喷枪深入气缸内，利用电弧放电产生等离子体，再用压缩空气将粉末涂层材料吹入等离子体中，该材料大致相当于100Cr6 轴承钢。粉末熔化后喷射到粗糙的气缸壁上，填满表面的切口并固化，最终形成一个厚度大约150 μm 抗磨层（图5）。

图5 大气等离子喷涂工艺

3.曲轴

曲轴由锻钢制成，由五个主轴承支撑，每2 个连杆共用一个曲轴轴颈，各曲拐以90°角彼此错开（图6）。为了满足混动系统和自动起动/停止系统的高要求，曲轴轴瓦采用了三层结构：第一层是钢质骨架，提供了所需的稳定性；第二层是软金属基板；第三层由聚合物基体和均匀分布的填充材料组成，以确保最佳的运行和磨损特性。

图6 曲轴和轴瓦

4.活塞

为了将噪音降至最低，活塞销安装孔的位置向压力侧偏移了0.5 mm。为了避开气门的运动，在活塞顶部加工有不同尺寸的凹槽，进气门的凹槽较大，排气门的凹槽较小（图7）。活塞压力侧的裙部也比背压侧窄，从而在优化负载的同时得到理想的活塞磨损。这些因素使得发动机两列气缸的活塞并不通用。有个简单有效的辨别方法：活塞顶部较小的凹槽应始终朝向V 型发动机的中央。活塞销的直径为22 mm，并且经过涂层和硬化处理。

图7 活塞

5.气缸盖

气缸盖采用了双顶置凸轮轴（DOHC）设计， 每缸4 个气门， 进、排气门均采用了硬化和回火工艺，排气门采用了内部充钠的空气阀杆。该发动机配备有奥迪气门升降系统（AVS），可以根据实际需求关闭部分气缸的工作。气缸盖内集成了排气歧管，喷油器及火花塞均位于气缸盖中央位置。安装在气缸盖上的两件式绝缘垫有助于降低噪声（图8），这对于喷油器和高压燃油泵发出的大于2 500 Hz 的高频噪声有很好的隔绝效果。

图8 两件式绝缘垫

6.气缸管理系统

EA825 发动机配备了气缸管理系统，可以让每个气缸组上的2 个气缸在发动机低负载等情况下关闭，从而达到降低油耗并减少废气排放的目的。为了实现这一点，2、3、5 和8 缸的进气门和排气门会通过奥迪气门升程系统关闭，即可移动凸轮元件设置为零升程（图9）。同时这些气缸也不再喷油和点火，发动机的点火顺序变为1-7-6-4。但是对于车内乘客来说，几乎无法察觉到只有一半的气缸在工作，因为主动式发动机支座几乎消除了所有的潜在振动。

图9 气门升程执行器安装位置

在恢复气缸工作时，滑动凸轮原件从零升程移动到全升程可以分为3 个阶段（图10）。第一阶段：当发动机控制单元启动凸轮执行器时，执行器销插入Y 形槽中，此时进气门和排气门仍然处于关闭状态。第二阶段：随着凸轮轴的进一步旋转，Y 形槽的形状会导致可滑动的凸轮元件向右侧移动。第三阶段：一旦移动到位，可滑动的凸轮元件就会在弹簧作用下被锁定在第二位置，此时进、排气门即将被全升程凸轮打开。同时，回缩槽会将执行器销推回，并触发执行器中的回缩信号。

7.凸轮轴正时调节器

为了优化动力输出、降低排放水平以及提高燃油经济性，EA825 发动机的所有凸轮轴上都安装了液压正时调节器（图11），正时调整范围为50°曲轴转角。也正是因为如此大范围的调整角度，可以使发动机实现内部废气再循环策略。当发动机关闭时，进气凸轮轴调节器会被锁销固定在最大延迟位置，而排气凸轮轴调节器则会在回位弹簧的作用下到达最大提前位置，并被锁销固定在此。

图11 凸轮轴正时调节机构

凸轮轴的驱动系统位于发动机的变速器侧，曲轴上的齿轮先驱动中间齿轮，再由中间齿轮带动两侧气缸的正时链条运转。安装正时链条时，先将1 缸至于上止点位置，并将曲轴锁定到位，然后凸轮轴调整器上的标记应与气门室盖上的凸起标记对应（图12）。凸轮轴调整器必须精确定位，这是因为驱动链轮是三椭圆形的，这些三椭圆形链轮可以最大限度地减少来自凸轮轴的应力，使发动机运行更加平稳。

图12 正时标记位置

8.涡轮增压器

在EA825 发动机V 形结构的中央，布置了2 个双涡流涡轮增压器，这样的设计充分利用了可用的空间，并且气流的路径非常短，因此涡轮增压器的响应更迅速。2 个涡轮以相反的方向旋转：气缸组1 的涡轮逆时针旋转；气缸组2的涡轮顺时针旋转（图13）。

图13 涡轮增压器旋转方向

涡轮增压器连接有机油回路和冷却液回路，以确保涡轮轴和轴承得到有效润滑和冷却。发动机在高温状态关闭后，冷却液会继续在涡轮增压器中循环一段时间，从而防止热浸并保护增压器部件。为了保护发动机V 型结构内的其他相邻部件，涡轮增压器的热侧和排气歧管都包裹了隔热材料，由绝缘盖包围。这一位置的管线也采用了不锈钢、硅树脂等耐热材料制成，并且安装了额外的隔热板。发动机罩下还安装有一个温度传感器G765，用来检测这一区域的温度水平。

9 燃油系统

发动机所需的燃油首先由低压电动泵从燃油箱供应至发动机上的高压泵。低压系统并没有设置回油管，所需燃油量由ECM 计算后，通过在300～500 kPa调整供油压力，使燃油的供应量刚好能够满足要求。低压燃油压力传感器G410用于监测系统中的油压。

每个气缸列都有一个高压燃油泵，两列气缸的高压燃油系统相互独立（图14）。高压燃油泵由排气凸轮轴上的一个带有滚柱挺杆的四角凸轮驱动，可以产生大约25 MPa 的压力，而当压力达到30 MPa 时，高压泵内部的限压阀将打开泄压。

图14 高压燃油系统结构

喷油器位于气缸盖的中间位置，火花塞的旁边。该喷油器采用7 孔设计， 孔径0.19 mm， 针阀升程0.07 mm， 驱动电压为65 V， 喷油脉宽可低至0.3 ms，每个循环中最多可以喷射3 次（图15）。通过对喷孔直径和喷射模式的调整，可以达到更加均匀的燃油雾化效果。

图15 高压喷油器

10.冷却系统

发动机热管理系统可以根据需要激活各部分冷却回路，帮助发动机、变速器和乘客舱快速预热，从而减少燃油消耗并降低废气排放（图16）。在此过程中，发动机控制单元会根据环境温度、发动机转速、冷却液温度、发动机扭矩、发动机功率输出、机油温度、变速器油温、车速、驾驶模式等参数，综合控制机械冷却液泵开关阀N649、电控节温器F265、冷却液再循环泵V50、后运转冷却液泵V51、高温回路冷却液泵V467、变速器油冷却阀N509 和变速器冷却液阀N488，以达到所需的冷却液流量。

图16 冷却系统结构简图

11.总结

限于篇幅及时间关系，本文对奥迪EA825 发动机的技术亮点就先介绍到这里。虽然在汽车电气化以及节能减排的大背景下，此类大排量发动机目前的应用领域越来越少，但其中所涉及的技术却是与小排量发动机通用的，希望本文能为喜爱钻研技术的维修行业同仁提供一些帮助。