大众EA888发动机特点与制造工艺

四川工业管理学院毕业作业（设计） 论文题目 大众EA-888 发动机特点与制造工艺学生姓名 肖云凯 学 号 8 指导教师 罗嘉新 专 业 汽车制造与装配 年 级 2013级 系 部 汽车工程系 四川工业管理职业学院 毕业作业（设计） 提纲大众EA888发动机特点与制造工艺肖云凯提纲内容一、 EA888发动机简介1. 简介2. 发展历程3. 性能表现二、 EA888发动机全新技术1. 内置气缸盖排气歧管2. 热力管理系统3. FSI+MPI混合喷射技术4. 重新设计的涡轮增压5. 发动机减重三、 发动机制造工艺1. 发动机主要零件加工工艺2. 发动机的结构3. 发动机的装配四、 结语五、 参考文献指导教师旁批位置指导教师尾批位置：诚信承诺一、 本论文是本人独立完成；二、 本论文没有任何抄袭行为；三、 若有不实，一经查出，请取消本人论文成绩。承诺人：肖云凯 2015年10月15日大众EA-888发动机特点与制造工艺摘要：通过篇文章我们主要讨论的是发动机的制造工艺，比如曲轴的加工工艺，活塞的加工工艺，还有发动机的材料，重要的是大众EA888发动机的发展史和与其他发动机比起来的优势与劣势，还有发动机的亮点技术剖析。引言 本论文主要是讲解大众EA-888发动机的制造工艺与一般故障的维修。EA888发动机诞生于2004年，是大众旗下中高级车型的主力机型，包括1.8L和2.0L两种排量，集缸内直喷、涡轮增压、可变气门正时等一系列先进技术于一身，凭借充足的低速扭矩，良好的燃油经济性以及一流的可靠性，得到市场的广泛认可。EA888发动机遵循全球统一的技术规格和质量控制要求，搭载于大众旗下迈腾，帕萨特，奥迪Q5等多款车型上。实现了动力与经济环保的结合.目录1. EA888发动机简介(1)1.1简介(1)1.2发展历程(2) 1.3性能表现（4）2.EA888全新技术(6)2.1内置气缸盖排气歧管(6)2.2热力管理系统(8)2.3 FSI+MPI混合喷射技术(9)2.4重新设计的涡轮增压器(11)2.5发动机减重(12)3.发动机的制造工艺(13) 3.1发动机主要零件加工（13） 3.2发动机结构（14） 3.3发动机装配（15）4结语(16)参考资料(16)EA888发动机简介1.1简介EA888发动机，相信大家都不陌生，它现在可是大众旗下中高级车型的主力“心脏”。为了应付日益激烈的市场竞争以及更为严苛的排放法规，大众又推出了新一代的EA888（第三代）发动机。目前这款发动机已在海外部分车型装备，性能较上一代有了明显的提升。就在近日，这款发动机（1.8L）也出现在2014沃德十佳发动机的获奖名单中，其实力可见一斑。究竟新一代的发动机在结构以及性能上都有哪些变化，有哪些技术亮点？下面就来看看。1.2EA888发动机的发展历程EA888发动机绝对是大众汽车的明星发动机，目前已广泛应用于大众、奥迪等品牌下的多个车型上。从上图可以看到，这款EA888发动机的历史并不算长，从2006年最早的第一代开始，到今年也才9年的光景，不过已经发展到了第三代。汽车采用模块化平台生产已是大势所趋，作为新一代的EA888发动机，同样适合应用在大众最新的MQB和MLB平台上。而符合欧6的排放标准，未来新一代EA888发动机也将成为大众中高级车型动力的“中流砥柱”。 这款第三代EA888发动机已在海外量产，并已搭载在部分新车型上，如新一代高尔夫GTI、2014款Jetta、Passat等。目前国内的车型搭载的还是第二代EA888发动机，不过据了解目前大众长春发动机工厂也开始投产第三代EA888发动机了，看来这款全新的发动机很快就会来到我们的身边，而离我们最近的应该就是采用全新MQB模块化平台的国产奥迪了。1.3新一代EA888发动机性能文章开始前，我们先来看看新一代EA888发动机在性能参数上有哪些变化。参数 发动机第二代1.8T第二代2.0T第三代1.8T第三代2.0T排量（mL）1798198417981984缸径x行程（mm）82.5 x 84.182.5x92.882.5 x 84.182.5x92.8压缩比9.6：19.6：19.6：19.6：1功率（kW(PS)/rpm）118(160)/4500-6200147(200)/4300-6000127(173)/3800-6200160(220)/4500-6200扭矩（N.m/rpm）250/1500-4500280/1500-3900320/1400-3700350/1500-4500从图中可以看到，第三代EA888发动机（1.8T）的动力性能明显要由于上代，最大扭矩达到了320N.m，而且在1400转时就已爆发，性能已直逼第二代2.0T版本。同时可以看到（上图右侧曲线图），在保持发动机1500转的情况下，第三代EA888在不到3秒的时间内就已达到了峰值扭矩，动力响应时间比上代两个排量版本的都要好。目前这款发动机在国外已经实现量产，已搭载在部分车型上，逐渐进行更新换代。如新一代高尔夫GTI，搭载的就是EA888 2.0L版本，最大功率比现款提升了20PS达到220PS，最大扭矩更是提升了70N.m，达到350N.m。最大扭矩转速较上代来得更早，在1500转就以开始爆发，而功率平台也更为宽广，从4500转一直持续到6200转，拥有更为直接的加速性能。另外，官方表示，这台发动机动力性能有了明显的提升，而且燃油经济性较上一代更是提升了18%。北美2014款Jetta（国内速腾）、Passat等车型上也搭载新一代的EA888发动机，在动力性能以及燃油经济性方能都有着不错的表现。在2014沃德十佳发动机评选中，Jetta上的这台1.8T发动机也光荣上榜。评委Tom Murphy对这台发动机的评价是，这款发动机的动力表现令人非常满意，而且运转起来很安静。在城市和郊区的综合工况下，Jetta（1.8T+6AT）的百公里油耗为7.8L，而在高速公路上油耗将降至6.5L左右。较之前的2.5L自然吸气发动机，全新的1.8T发动机在拥有更好的动力性能的同时，油耗消耗降低了17%。预计2014年初，海外的甲壳虫也将装备这台全新的EA888发动机。2.EA888全新技术2.1内置气缸盖排气歧管新一代EA888发动机你再也看不到绝代部分发动机都能看到的排气歧管，那它跑哪去了？工程师将它“藏在”在气缸盖里了，这样的设计这听起来是不是有点不可思议？你要知道，发动机内部的零件布局本来就相当紧凑，譬如气缸盖内需要布置的构件就很多，如凸轮轴、进排气门、火花塞、喷油器(缸内直喷)以及各种冷却管道等等，要在如此狭窄的空间里再布置一个体积不小的排气歧管并非易事。即使通过优化空间布局，解决排气歧管的布置，还有一个更为严酷的问题就是排气管的冷却。大家都知道，发动机长时间工作排气歧管的温度也是很高的(能达上千度)。如今将它布置在气缸盖内部，那么这部分的冷却管路也需要重新设计，同时对于这部分的缸体结构要求也更高。要知道，发动机如果在全负荷工作下，对于排气歧管的冷却是个难题，因为这部分冷却液温度会上升得很快，如果循环速度不够快，有可能这部分的冷却液会发生沸腾，那么冷却效果肯定会受到影响。为了解缸盖内的受热情况，工程师甚至使用了一套全新的模拟计算方法，来优化气缸盖的冷却效率。内置气缸盖排气歧管的设计还是首次应用到四缸涡轮增压发动机上，既要解决结构上的布局，又要处理由此带来的冷却问题，可谓是“劳心伤神”的改造，那这种设计会带来哪些好处？首先，排气歧管使用冷却液进行冷却，从排气管出来的气体温度会降低，那么涡轮增压器进气端的气体温度和压强也会降低，这样发动机的调教也可以更加激进。其次，由于排气歧管因内置(体积变得更小了)，废气到达涡轮增压器的距离也缩短了，废气驱动涡轮增压器的能量也会更大。最后一点就是下面提到的热力管理系统了。2.2热力管理系统上面提到，由于排气歧管被布置在气缸盖内部，发动机的冷却系统需要重新优化设计，以满足更为复杂的冷却需求。大家都知道，发动机都要有一个高效的工作温度，并非越低就越好，所以在这个环节中，冷却系统的调节起了关键作用。我们都知道，发动机冷启动时温度低，发动机的内部运动构件摩擦较大，油耗也大，所以暖机的速度当然是越快越好。由于EA888发动机的排气歧管集成于气缸盖内，同是采用发动机冷却水来冷却，那么相当于冷却系统多了一个热源，这样就能更快地实现暖机，使发动机更快地进入高效的工作状态。在冷却循环系统中，EA888采用了电机主动控制，通过两个旋转滑阀对冷却液循环流向进行调节，相对于以前的热敏传感器的控制方式相比，电机可以进行更为精准地控制，满足发动机在各个工况下对于温度的需求。而利用排气歧管水套的热量，可以更快提升发动机暖机速度，降低发动机油耗，还可以减少冷启动造成内部构件的摩擦，最终使得它每公里二氧化碳的排放量降低约2.5g。2.3FSI+MPI混合喷射技术所谓混合喷射技术，就是发动机同时采用缸内直喷与歧管喷射相结合的技术，即FSI+MPI混合喷射技术。说起这个技术相信很多人会第一时间想起丰田的D4-S燃油双喷射技术（年初上市的丰田86的发动机就有采用这种技术），没错，现在大众也来“玩”这种技术了。新一代EA888发动机同样采用这种技术，除了原来的高压燃油直喷系统外，在进气歧管侧增加了传统低压的多点喷射系统。燃油系统根据发动机的不同工况，采取合适的喷射模式。另外，缸内直喷的燃油喷射压力也从上代的150bar提高到200bar，旨在压榨每一滴燃油，当然对于燃油的品质要求也更高。采用这种技术可以更为灵活地控制燃烧室内的油气混合物，一方面可以兼顾发动机在不同工况下的效率，重要的是可以降低排放，满足日益苛刻的排放法规。为什么这么说？缸内直喷发动机在低负荷工作时，由于气缸内混合气体中的氧气过量，那么多余的氧气容易与混合气体中的氮气发生反应，产生氮氧化合物，影响尾气的排放。而采用混合双喷技术，可以很好地兼顾发动机的高效率与低排放，我想这是工程师加入低压喷射的主要原因，全新EA888发动机已经达到了欧6的排放标准。2.4重新设计的涡轮增压器涡轮增压器作为EA888发动机一个核心部件，大众工程师对于它也进行了重新优化设计，结构强度以及增压压力都有所提高。具有以下特点：首先增压器的涡轮叶片采用新的合金材料，可以承受高达980的排气温度。其次在涡轮处安装了氧传感器，这也是首次把氧传感器布置在涡轮增压器上面，好处是可以第一时间了解到废气中的氧气成分，及时调整喷油量以及气门开闭的时刻，进一步提升发动机的效率。此外，还采用了电动的废气旁通控制阀，相对于之前被动的真空旁通阀，对于阀门的开启和关闭控制得更为快速、更为精准。另外可以主动开启废气阀门，让催化器快速加入，降低车辆冷启动时的排放。2.5发动机的减重减少发动机重量，也是工程师致力改善的一个方面，毕竟重量与燃油消耗也是息息相关的。前面提到的排气歧管内置气缸盖的设计，缩小了排气歧管的体积，其实对于发动机的减重也作出了贡献。另外，为了最大化地减少发动机的重量，工程师作出了一系列的措施，如发动机的缸体被设计得更薄，仅为3mm；曲轴的配重块由原来的8个减少为4个；使用全铝制螺栓等等。此外，新一代EA888发动机的油底壳也改用为质量更轻的树脂材质。3.发动机制造工艺3-1. 发动机主要零件的加工工艺 1、凸轮轴加工 传统材料：优质碳素钢、合金结构钢、冷激铸铁、可锻铸铁、珠光体球墨铸铁及合金铸铁等。凸轮轴的粗加工的传统工艺方法是采用靠模车床及液压仿形凸轮铣床，铣削的凸 轮尺寸精度和形状都优于车削，事直接进行精磨。对于加工余量大，较为先进的加工方法为采用CNC凸轮铣床（无靠模），铣削方法有外铣和轮廓回转铣削两种。提供外铣技术的公司主要有：HELLER公司，日本小松、日本片冈等。 长期以来，凸轮轴磨床采用靠模，滚轮摆动仿形机构。现凸轮磨床完全靠CNC控制获 得精密的凸轮轮廓，同时工件无级变速旋转，广泛采用CBN（立方氮化硼）砂轮加工凸轮轴，这不仅摆脱了靠模精度对凸轮精度的影响，而且砂轮的磨损不影响加工精度 2、 (1) 连杆加工 传统材料：中碳钢、中碳合金钢、非调质钢、粉末冶金等。连杆毛坯的各项在求中，最大的问题是重量和厚度方向的精度。为保证这两项要求，除了锻造设备处，模具的质量是至关重要的，只有采用CAD/CAM模具制造技术，才能保证模具的重复制造精度，从而保证连杆毛坯的厚度和重量公差。 连杆传统的热处理方法是调质，现较为先进的连杆热处理方法是锻造余热淬火。连杆最常用的、最有效的强化方法是喷丸处理。（2)机械加工 对配合精度要求待别高的部位，如连杆小头衬套孔，需进行尺寸分组；应遵循基准统一原则，尽量避免基准的更换，以减少定位误差。（3）大小头两端面加工： 连杆大小头两端面是整个机加工过程中的定位基准面，关且对大、小头孔都有着位置精度要求。所以第一道工序都是加工大小头两端面。（4）磨削加工：要求毛坯精度较高，磨削的生产率高、精度高。磨削方式有：立式圆台磨床 （双轴或多轴）、立式双端面磨床、卧式双端面磨床。结合面的加工：连杆大头孔有直剖口，也有斜剖口；定位方式有螺栓定位、齿形定位、定位销定位等。 3、 缸体加工。缸体材料：灰口铸铁、合金铸铁、蠕墨铸铁、铝合金、镁合金等。为了提高机床精度保持性，广泛采用镶钢导轨（HRC59-62）、滑鞍贴塑技术，对强力切削及高精度设备则采用滚珠导轨、滚柱导轨或静压导轨。机加工刀具：大平面铝件加工普遍采用金钢石铣，铸铁件则普遍用用硬质合金可转位密齿铣刀，镗缸孔采用陶瓷及CBN材料等高效刀具。在孔的加工中大量运用了结构复杂的复合刀具。曲轴孔是多档的间断长孔，其尺寸精度、圆度、同轴度、表面粗糙度均有严格要求，为保证同轴度要求，精镗一般选用单面镗床，为克服主轴过长、刚性差的缺点，在镗杆上加硬质合金键条，并在夹具上设有相应的导套。采用多刀头、拉式镗杆（刚性好），有利于提高加工质量。为了保证止推面与主轴承孔的垂直度，镗杆一般装有径向走刀装置，一次走刀中完成主轴承孔和止推面的加工。缸孔的加工 对于无缸套、封闭水套的缸孔的加工采用工艺： 粗镗 ，半精镗，精镗，珩磨（多采用平台珩磨）顶置凸轮轴式发动机缸盖上有凸轮轴孔，有的采用双凸轮轴，而且材料为铝合金，加工难度大，精镗缸盖凸轮轴孔时，对夹紧力进行控制，使夹紧力与缸盖装配到缸体上的螺栓紧固力相同，以保证使用时的精度。 气缸盖机加工的最大难点是气门座锥面及导管孔的精加工。3-2、发动机的结构 （1）发动机的主要结构 发动机是一部由许多结构和系统组成的复杂机器，其结构型式多种多样，但由于基本工作原理相同，所以其基本结构也就大同小异。汽油机通常由曲柄连杆、配气两大机构和燃料供给、润滑、冷却、点火、起动五大系统组成。柴油机通常由两大机构和四大系统组成（无点火系）。曲柄连杆机构 ：由气缸体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴和飞轮等组成。这是发动机 产生动力，并将活塞的直线往复运动转变为曲轴旋转运动而对外输出动力。配气机构 ：由进气门、排气门、气门弹簧、挺杆、凸轮轴和正时齿轮等组成。其作用是将新鲜气体及时充入气缸，并将燃烧产生的废气及时排出气缸。燃料供给系 :由于使用的燃料不同，可分为汽油机燃料供给系和柴油机燃料供给系。汽油燃料供给系又分化油器式和燃油直接喷射式两种，通常所用的化油器式燃料供给系由燃油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、空气滤清器、进排气歧管和排气消声器等组成，其作用是向气缸内供给已配好的可燃混合气，并控制进入气缸内可燃混合气数量，以调节发动机输出的功率和转速，最后，将燃烧后废气排出气缸。柴油机燃料供给系由燃油箱、输油泵、喷油泵、柴油滤清器、进排气管和排气消声器等组成，其作用是向气缸内供给纯空气并在规定时刻向缸内喷入定量柴油，以调节发动机输出功率和转速，最后，将燃烧后废气排出气缸。冷却系 :机动车一般采用水冷却式。水冷式由水泵、散热器、风扇、节温器和水套（在机体内）等组成，其作用是利用冷却水的循环将高温零件的热量通过散热器散发到大气中，从而维持发动机电动正常工作温度。润滑系 :润滑系由机油泵、滤清器、油道、油底壳等组成。其作用是将润滑油分送至各个相对运动零件的摩擦面，以减小摩擦力，减缓机件磨损，并清洗、冷却摩擦表面。 6)点火系 :汽油机点火系由电源（蓄电池和发电机）、点火线圈、分电器和火花塞等组成，其作用是按规定时刻及时点燃气缸内被压缩的可燃混合气。 7)起动系 :起动系由起动机和起动继电器等组成，用以使静止的发动机起动并转入自行运转状态 2、装配过程 1）发动机装配注意事项： （a）装配前，所有零部件和总成均应经过检验或试验，确保质量。 （b）装配前，所有零部件、总成、润滑油路以及工具、工作台等应彻底清洗，并用压缩空气吹干。3-3发动机装配（1）装配前，检查全部螺栓螺母，不符合要求的应更换；气缸垫、衬垫、开口销、锁片、锁紧铁丝、垫圈等在大修时应全部更换。不可互换的零部件，如各缸活塞连杆组、轴承盖、气门等，应按相应位置和方向装配，不得装错。各配合件的配合应符合技术要求，如气缸活塞间隙、轴瓦轴颈间隙、曲轴轴向间隙、气门间隙等。有关部件间的正时关系正确，工作协调，如配气相位、供油提前角、点火时刻等发动机上重要螺栓螺母，如缸盖螺母、连杆螺栓、飞轮螺栓等，必须按规定扭矩依次拧紧，必要时，还应加以锁定。各相对运动的配合表面，装配时应涂上清洁的润滑油。保证各密封部位的严密性，无漏油、漏水、漏气现象。 （2)安装流程 1.气缸套的安装 （1）气缸套试配（2）装阻水圈（3）安装气缸套2曲轴与飞轮的安装 （1）安装曲轴。（2）安装飞轮(3)装活塞连杆组件（4）安装前的检查。先不装活塞环，将活塞连杆组装入气缸内，拧紧连杆螺栓，检查以下项目:活塞偏缸的检查、活塞上止点位置的检查。 活塞环的安装 （5）活塞连杆组的安装。 （6）安装气门组零件（7）安装凸轮轴(8)气缸盖与摇臂总成的安装(9)配气相位正时的安装(10)齿形胶带的安装(11)气门室罩的安装3.检查调整气门间隙4发动机前端V形皮带的安装与调整5安装机油泵及油底壳6安装进、排气歧管。小结EA888发动机是大众旗下的明星发动机，集和了许多全新技术，在油耗动力表现舒适性上都比以前的发动机有不错的提升，但是有好也有坏，大众一贯的老毛病就是发动机烧机油，和为了减轻发动机质量而做的一系列减配，可能会导致更多问题出现，大众还有许多问题需要解决，这款发动机的命运究竟怎样我们只有拭目以待，期待它还会有更好的表现。参考文件1彭宝成， 新编机械工程材料 2013年2钮平章，闫瑞涛， 机械制造基础 2013年3唐德修，徐燕， 汽车机械结构与基础 2008 年4图片均来自网络。毕业作业（设计）评审表题目指导教师评语分数（等级）指导教师签名 年 月 日