[翩若惊鸿婉若游龙]大众宾利全新W12发动机开发解密下

4 新型双涡管增压

大排量发动机体机巨大，虽然大众采用W12布局已经比V12有很大优势，但是依旧需要优化发动机舱布局。大众集团通过对涡轮增压器、相关附件和发动机悬置的再设计，节约了空间。单侧的三个前缸和三个后缸的排气歧管彼此分离，涡轮机壳直接焊接在歧管上，节约空间。为了保证排放性能，采用了二次空气喷射系统，在该系统有分离配置，分别对单侧的前后三个气缸进行单独配置。

与小排量经济型涡轮发动机不同，大排量涡轮惯性较大，瞬态响应性是不得不克服的难题。大众通过瞬态CFD模拟，对发动机低速下排气脉冲流量特性的优化，在响应性上有所飞跃。如图8所示，在1500rpm下，W12 FSI发动机比老款W12 TMPI发动机扭矩从低负荷到最大扭矩快了2.5倍，图中浅灰色和深灰色。

图8 带独立二次空气喷射系统的涡轮增压器总成示意图（© Volkswagen）

图9显示了左侧排气门、排气歧管和双涡管涡轮在1500rpm下的全负荷下的空气流场。借助转速传感器测量涡轮转速，从而充分利用图7（右）中的压缩机图的效率区间，提高效率的同时保护涡轮增压器免受超速（例如中冷器种存在污垢）的影响。在设计上满足要求的基础上使用小直径低惯性力矩的压缩机转子。涡轮转子同样针对转动惯量和效率进行了优化，提高了响应性。

图9 排气口、排气歧管和双涡卷涡轮的瞬态三维CFD模拟（© Volkswagen）

此外，该发动机对涡轮增压器的转速进行实时监控，从而在控制模型上时刻进行微调，确保理论计算和实际特性趋于一致，这对涡轮的可靠性与OBD法规有利。

废气旁通使用的真空阀，采用的电动调整，布置在压缩机外壳上，可以防止涡轮脉冲产生的噪音。

涡轮增压器转速分析使控制单元能够比较所需的建模特性和实际特性。这用于诊断、自适应和快速预测涡轮增压器保护。废气门活门由真空阀驱动。位于压缩机外壳上的电动调节旁通阀可防止涡轮脉冲产生不必要的噪音。由于存在停缸工况（ACT），有一侧发动机会被停用，曲轴箱通风系统被设计在另一侧。该系统设计有电加热系统，防止外界温度低于-30°C导致的结冰。

PS：财大气粗，为可靠性不计成本。

5 润滑系统的优化设计

与一般家用发动机一样，W12-TSI也采用了湿式油底壳润滑系统。由于这款发动机搭载在宾利添越、飞驰、欧陆等车型，涵盖了超跑、SUV和轿车，所以润滑系统必须满足越野和运动驾驶的需求：加减速大于1g、且越野存在不同坡度。因此，该机油泵由曲轴通过密封的链条驱动，油底壳的形状和吸油口的位置也确保整车在任何位置的45°倾斜下顺利供油。

机油油位传感器时刻监测机油液位，两个涡轮增压器连接到两级可变机油泵，从而确保没有机油从曲轴箱通风系统中流入进气歧管或排气歧管，由于该发动机存在停缸工况，在此工况下也会保证负压，不让机油流入停缸的气缸中。

PS：部分超跑为了降低发动机高度，部分SUV为了防止机油液面波动导致润滑问题，会采用干式油底壳润滑系统；家用车毫无意外都是湿式油底壳润滑系统。

6 集成式热管理系统

该W12发动机较大，发动机预热难度较高，为了缩短冷启动后的预热阶段，通过集成式热管理系统，将发动机产生的热量有针对性的输送到相关区域，比如尽快预热气缸盖，从而让燃烧室迅速达到最佳工作温度，利于良好的混合气混合。通过使用可切换的主冷却液泵，有助于车辆内部的客户独立加热，而且减少发动机内部的摩擦。

该冷却系统较为复杂，实现热量按需分配，图10所示该冷却回路包括三个子回路： –加热回路（红色）：包括气缸盖、热交换器和电子水泵

–主体冷却液回路（蓝色）：包括曲轴箱、机油冷却器、3/2通阀节温器（电子控制）、主散热器和机械水泵

–带独立电子水泵的涡轮增压器回路（绿色）

–甚至按照需求布置有独立的变速器加热和冷却回路

为子实现不同功能，采用了多个水泵，使它们能够彼此独立运行。温度传感器布置在气缸盖上，尽可能靠近燃烧室，更容易判断发动机状态。

图10 冷却回路示意图(© Volkswagen)

PS：这套热管理系统没啥好说的，财大气粗有钱任性的直观体现

7 主动气缸管理系统（ACT COMPACT）

在EA888以及EA211身上，就采用了可变气门升程系统（AVS）。以EA211为例，当发动机转速在1400-4000rpm之间，输出扭矩在25-75N·m范围，2号和3号气缸会被关闭，当驾驶员用力踩下油门踏板，2号和3号气缸又会自动启动，具有一定的节油效果。遗憾的是国内的EA211和EA888被阉割了。

该发动机使用的方案与EA211/EA888类似，当需要气缸停用时，通过对凸轮轴快速调整，此时圆形零升程的轮在摇臂上方旋转，不驱动摇臂。考虑到偏移量，W12-TSI中的气缸间距仅为65.0 mm，阀门间距为36.5 mm。使用一个单销执行器和一个双s槽几何结构。

切换到停缸模式时，从下一个气缸按点火顺序开始，通过激活磁性执行器，预磁化时间约为3.2 ms，此后，在开关销的弹簧辅助下，根据不同温度，在3.1 ms~3.3 ms的时间下，开槽进入线性槽区，该气缸组上的所有其他气缸都通过相同的过程停缸。实际控制中，点火角度向"延迟"方向调整，确保了凸轮轴"换挡"的时间，保证顺利进行切换。从试验验证来看，几乎对W12-TSI的运行没有任何影响，客户也无法察觉。

主动气缸管理系统在中等负荷中等转速下关闭进气门和排气门并关闭喷射和点火，从而停用右侧缸组的所有六个气缸。在关闭气门之前，会对燃烧室再次补充一次燃料，确保再启动的顺利。在停缸工况下，W12等效于V6，点火顺序为1-5-3-6-2-4。通过在W12-TSI中使用主动气缸停用（ACT compact），油耗减少了5%以上（NEDC工况），如图12。

图12 发动机停缸气缸组

8 结论

该发动机为大众旗下量产级的巅峰之作，采用双喷射、停缸技术、双涡轮增压和综合热管理等技术结合，进一步强化了性能、效率和可靠性。在概念设计时，该发动机也考虑搭载48V轻混系统，未来会根据需要推出。W12 TSI发动机是大众所有新技术的集大成体，也是不计成本的产物，该发动机可以看作是位于金字塔顶端品牌和客户的一种"任性"，翩若惊鸿，婉若游龙，不鸣则已，一鸣惊人。

不由得感叹，有钱人的世界，真好！！！