EA211集大成者—1.5TEVO发动机技术简介
EA211集大成者—1.5TEVO发动机技术简介
第一部分：模块化的成功
在介绍1.5TEVO发动机前，先回顾一下EA211发动机的技术特点，了解这些背景信息有利于我们理解1.5TEVO的技术变化。
注：图片来自第37届维也纳发动机技术论坛文集
注：图片里的1.2T是EA111系列的，并非EA211。
EA211系列发动机的产品定位为低成本的模块化汽油发动机，它最大的特点是应用了模块化的设计理念，发动机机械结构简单，力求集成化轻量化，零部件数量较少，可靠性高。不同排量的发动机很多零部件是通用的。缸体(缸心距)、缸盖、缸盖罩盖的结构和生产工艺相似，曲轴密封法兰、水泵、正时皮带等零件是直接通用的。所以如果单看发动机外观，几乎很难分辨出1.4T和1.2T发动机，以及1.6MPI和1.5MPI。模块化一方面提高了发动机可制造性，另一方面有利于控制发动机材料成本。
相比上一代EA111发动机，EA211最重要的技术优化：
1.全系使用铝合金缸体替代铸铁缸体，减重22kg，有利于整车减重降油耗；除此之外，铝合金导热性更好，相比铸铁缸体发动机的动力性经济性提升潜力更大；缺点就是铝合金缸体的刚度不如铸铁，需要使用铸铁气缸套，气缸套和铝合金的的变形控制更难。这一点虽然在售后市场很少抱怨，但是在试验测试中困扰了我们一段时间，后来很快通过技术优化得到解决。
2.气缸盖集成排气歧管，降低排气温度，大幅减少了发动机进排气方向的整体尺寸，有利于发动机舱总布置，增加乘员舱空间；拥有EA211发动机大众车的小伙伴对空旷的前机舱应该有深刻的印象吧？
3.集成了双节温器水泵实现缸体缸盖分体冷却，提高暖机速度。通俗说就是发动机起动后缸盖和暖风散热器接通，发动机只烧冷却循环里少量的水，这样加热速度就更快一些。水泵在后续1.5TEVO上还有优化。提升了用户使用的舒适度并且能够降低整车冷起动后的油耗；节温器内部填充石蜡材料，当冷却液达到一定温度时打开。
4.使用了整体集成式的凸轮轴罩盖总成，大众内部称之为IVM。取消了原有的凸轮轴和上下两个罩盖，缩减了发动机的高度，能够适应MQB平台运动化的整车造型，减小整车风阻系数，从而获得更好的燃油经济性。
5.变排量机油泵
EA2111.4T发动机使用的是2级变排量齿轮机油泵，通过控制泵油齿轮啮合面积调节泵油量。发动机低转速小负荷工况机油泵工作在低压模式，通过减少泵油量减小曲轴的负载，提高发动机有效功输出，提升发动机热效率；高转速大负荷提升机油压力，工作在高压模式，保证发动机摩擦副的润滑油供应以及活塞的冷却。从1.2T和1.5MPI发动机开始，大众开始批量使用全可变排量的叶片式机油泵，机油供油量通过电磁阀的PWM占空比信号控制，控制方式更加智能灵活，机油按需供应给润滑系统，进一步提升发动机的效率。
6.低惯量涡轮增压器
EA2111.2T和1.4T发动机使用了低惯量的废气涡轮增压器，发动机在1750-4000转达到最大扭矩。现在看虽然这个转速范围已经不算很宽了，得益于发动机与整车的良好匹配和DSG双离合变速箱的加持，就形成了大众车的特点，单看发动机账面数据一般，实际开起来动力很猛油耗还不高。
7.进气歧管集成式水冷增压中冷器
因为1.4T和1.2T对增压中冷器的需求，大众设计了集成在进气歧管中的水冷式中冷器，结构简单集成化程度高。但因为1.5T发动机使用了VTG涡轮增压器，中冷器结构在1.5T上有所变化。
8.高压供油系统
1.4T和1.2T的供油方式都是缸内侧置直喷，国5阶段最大喷射压力200bar，国六阶段升级到350bar。高压供油系统的核心部件除了喷油器还有高压燃油泵，这个泵是安装在缸盖罩盖总成IVM上的，由进气侧凸轮轴驱动。这种结构会给进气VVT的调节速度和精度带来一些弊端，在1.5TEVO上有针对性的优化。
还有一点不得不提的技术，就是中国的汽车媒体总在纠结的ACT断缸技术。这种断缸的方式类似奥迪使用的AVS可变气门升程技术，通过切换凸轮让2个气缸的气门保持常关状态，切断这两个气缸的喷油，实现只有两缸工作，以便减少发动机油耗。被切断的两个气缸虽然没有了燃烧，但是活塞连杆是一直在运动的，也就是在一直消耗曲轴的动力。同时活塞的往复运动，会把缸壁上的机油和曲轴箱里的机油蒸汽输送到燃烧室中，随着恢复喷油和燃烧，一缕缕蓝烟从排气管喷出，街边的修车小哥没准会拦下你，关切的问一句“哥们，又烧机油了吧？”。而且ACT断缸技术的节油潜力，并不能完全覆盖掉它的缺点。在城市堵车工况频繁的模式切换，交变机械负载作用下，ACT系统零件耐久性会大打折扣，因为机油的反向上窜和燃烧产生的颗粒物排放会显著增加，断缸的2个气缸燃烧室的积碳会比另外2个一直工作的气缸更严重。综合评价，理论很美好，但现实很骨感，断缸技术并不完全适合中国用户。
为什么要花相当一部分篇幅介绍EA211发动机的技术特点呢？因为要理解EA211EVO的技术变化，首先要了解它的技术基础。EA211的模块化设计理念在十年后的今天看来一点都不过时，并且经过多年实践和改进，这款发动机在全球多个地区都经受住了市场的考验，发展成为了成熟可靠的技术平台。但是毕竟是十年前开发的产品，部分技术指标已经无法满足日趋严格的油耗和排放要求了，尤其在热效率方面，日系两田的汽油发动机热效率已经接近或超过40%，HEV混动发动机热效率更高，日产量产了VCTURBO可变压缩比汽油机。这些新型发动机的电气化程度高，不仅可以直接装在传统汽油车上，还可适用于混动车型HEV和插电式混动车型PHEV。在节能技术和动力总成电气化方面，大众怎么能甘为人后呢。在这样的背景下，EA211EVO发动机应运而生。
国内媒体对EA211EVO的报道，一直在强调欧洲1.5T发动机已经批量了好几年，中国区才姗姗来迟。其实，欧洲批量的1.5T和中国区的1.5T是两种不同的发动机。欧洲区投产的机型分为96和110kW两个功率版本，而中国区的1.5T可以称之为EVO2，这款发动机最大功率提升到了118kW，最大扭矩250Nm。与中国市场相同排量的合资或自主竞品发动机相比，1.5TEVO的账面数据并不突出，这也是大众的一贯风格，不盲目追求发动机账面数据，而是通过稳扎稳打，凭借强大的动力总成匹配和整车开发技术达到整车的高性能。
第二部分：EA211集大成者——1.5TEVO
EA211EVO有哪些技术优化？使用了哪些黑科技？
注：上图为欧洲1.5T应用的技术，其中ACT断缸技术仍然不会应用在国产发动机上
核心变化：米勒循环
关于米勒循环(和阿特金森循环)百度汽车大佬写过很多文章了，不再展开来说了。简单来说，4冲程发动机只有一个燃烧做功冲程是输出有效功的，其余的进气、压缩和排气冲程都要消耗功。这样，工程师们自然而然的想到增加做功冲程长度，让燃气压力充分推动活塞做功，以此增加发动机的输出，提升效率。
阿特金森循环和米勒循环就是在这样的思路下产生的。最初的想法是通过机械结构真正让膨胀行程变长，现在的米勒循环发动机通过控制进气正时实现进气量的控制，减少进气冲程的泵气损失。人为制造出了一种膨胀冲程大于进气和压缩冲程的效果，从而提高发动机热效率。不论从理论示功图还是实测的示功图上看，米勒循环(阿特金森循环)明显减少了泵气损失。
注：以下图片来自MTZ杂质和维也纳发动机技术论坛文集
通过配气正时实现米勒循环的方式有两种，进气门早关EIVC(EarlyIntakeValveClose)和进气门晚关LIVC(LateIntakeValveClose)。马自达创驰蓝天和丰田阿特金森循环发动机选择的是进气门晚关LIVC的方式，大众1.5TEVO和奥迪EA888Gen3BZ发动机选择的是EIVC。
唯物辩证法告诉我们，世界上的事物都是具有辩证关系的，阿特金森循环发动机虽然能够提升热效率，但是其自身存在先天的缺陷，就是发动机动力性差。为什么？通过气门正时控制缸内进气量少了呀，让马儿快跑还不让马儿尽情呼吸，不憋死才怪。对于自然吸气的米勒/阿特金森循环发动机来说，这种缺陷只能尽力克服，于是我们看到了创驰蓝天上的电机驱动进气VVT让发动机在外特性工况切换到奥托循环，或者只用在混动车型上，加速时由电机介入提供动力，保证整车的动力性。
对于涡轮增压发动机来说，问题变得简单了，提高增压压力，把气体强制灌进气缸就好了。原理很简单很美好，现实却很骨感。传统的废气涡轮增压是没有办法兼顾低速大负荷和高速工况的，一般的小排量乘用车汽油机会选用低惯量涡轮，满足低转速时的动态响应特性。在高转速大负荷工况打开废气旁通阀将多余的废气能量放掉，白白损失了废气能量。但是大众有黑科技啊，这次，大众将目光投向了可变截面涡轮增压器VTG(VariableTurbineGeometry)。
VTG的原理挺简单，低转时废气能量小，ECU控制VTG执行器旋转到流通截面较小的位置，加速排气气流运动，从而快速提高废气涡轮转速，进而在进气涡轮一侧快速建立增压压力，实现低转速大扭矩；高转速大负荷工况，VTG截面增大，流经废气涡轮的气流速度下降，使涡轮不至于超速。有了VTG的加持，1.5TEVO发动机增压压力建立速度相比1.4T发动机快了35%。
VTG可变截面涡轮增压器还有一个重要的里程碑意义，这是全世界第一次在民用低端汽油发动机上大规模批量装备可变截面涡轮增压器。随着VTG技术完善和耐高温材料的开发，未来几年VTG会逐步在汽油机上普及开来。
低转速大负荷时VTG的位置，此时排气气流是加速推动废气涡轮的
高转速大负荷或部分负荷的VTG位置，此时截面位置最大
与创驰蓝天发动机不同，在外特性工况1.5TEVO仍然使用米勒循环。这样，为了保证发动机最大扭矩达到与1.4T相同的250Nm，增压压力相比1.4T提高了0.4bar左右。带来的影响就是增压进气温度的同步提高，发动机爆震倾向增加。为了控制爆震，1.5TEVO发动机使用新的增压进气中冷器，提高冷却效率。
米勒循环对发动机进气量的控制精度提出了很高的要求，为了更精确地控制进气充量，1.5TEVO发动机将进气VVT执行器更新成了中置OCV阀的形式，相比原来的顶置OCV设计，发动机进气VVT相位调节速度有了大幅提高，更好地适应了米勒循环，提高发动机动态响应性能。
因为米勒循环的实际压缩比要小于机械压缩比，在压缩终了时缸内气体温度更低，为进一步提升效率，米勒循环发动机会适当增大机械压缩比。欧洲版1.5TEVO96kW发动机将机械压缩比提高到了12.5，虽然同步优化了进气滚流、燃烧室形状以及使用散热更好的APS涂层缸体，但受限于涡轮增压发动机的爆震倾向，这已经是现阶段涡轮增压可实现的压缩比极限了(日产的VCTURBO涡轮增压发动机能实现14的最高压缩比，但是因为使用了可变压缩比技术，因此不能放在一起做比较)。
发动机的燃油供给系统为了实现米勒循环也做出了优化，为了保证进气凸轮轴相位的调节精度和速度，高压燃油从进气凸轮轴驱动变为了排气凸轮轴驱动，解放了进气凸轮轴的额外负担。燃油喷射压力保持了1.4TC6发动机的350bar。为优化混合气形成减少湿壁效应，进而减少污染物排放，喷嘴的喷孔位置有所优化。
为了提高发动机散热能力，缸体进行了技术优化，将原来铸铁气缸套完全取消掉，使用铁基合金材料的APS等离子气相涂层工艺。铁基合金粉末材料在高压电弧形成的等离子体加热下融化，以熔融态被喷射到经过激光腐蚀后的铝合金缸孔表面，形成APS涂层。经过机加后，涂层表面的形成的微观小孔可以储存机油，提高了缸体导热性能，使活塞组件的润滑更加充分。
在热管理系统方面，1.5TEVO应用了电子控制的智能冷却模块。由电机控制两个滑阀转动，开启和关闭不同的冷却回路，取消了原有的石蜡节温器。发动机冷起动后冷却液只在缸体缸盖内自加热，暖机速度更快。达到目标温度后，滑阀接收ECU指令开始转动，适时接通不同的散热器，实现小循环或者大循环。因为使用了智能冷却模块，发动机的水温可以在85～105℃范围内根据转速和负荷又ECU进行智能调节，提升发动机的燃油经济性。
第三部分：结语
在电气化汹涌而至的今天，谁都不可能忽略大趋势置身事外，对于传统动力来说，拥抱趋势，不断进化才是生存之道。于是，我们看到传统发动机借助电气化零部件的加持，正在变得越来越高效环保和智能化。1.5TEVO发动机作为大众EA211家族最新的代表，开启了大众小排量发动机智能化高效化的新篇章，即将开始书写属于它的历史。传承了EA211家族的优良基因，相信1.5TEVO必将成为一代经典产品。
本文所有的图片来自MTZ、维也纳发动机论坛文集和SSP616、SSP0555自学手册。
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