长城全新4N20系列发动机技术浅析

文章来源:汽车动力总成 发布时间:2020-07-28
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今天我们将先对这套全新动力总成的4N20系列发动机的一些技术方面进行浅析, 9DCT/9HDCT变速箱后续再对其进行讲解。

7月14日,长城汽车首次向外界展示了自己的全新动力总成——4N20系列发动机和9DCT/9HDCT变速箱。这也是全球首款横置9速湿式双离合变速箱。4N20发动机和9DCT/9HDCT变速箱在下半年实现量产后,或将率先搭载全新哈弗H6。今天我们将先对这套全新动力总成的4N20系列发动机的一些技术方面进行浅析, 9DCT/9HDCT变速箱后续再对其进行讲解。



4N20是蜂巢易创一套全新的发动机系列平台,并不是指单一的发动机型号。在这平台下的发动机包括有EN01、EN03、EN20、EN21等等机型代码。而率先量产的便是代号EN01的全新2.0T发动机。


高动力、低油耗、低排放的4N20系列发动机,最大功率:180kW/(5500-6000)rpm,最大扭矩:385N ▪ m/(1750-4000)rpm。采用350bar中置直喷燃油系统、电子水泵、米勒循环等降油耗技术,整机热效率达到了38.3%。

 

从已知的数据来看,4N20系列发动机目前有分高、低功率两个版本,由于目前高功率版本的部分工作还未完成,所以今年先面世的是低功率版本。




燃烧系统


4N20系列发动机采用了米勒循环燃烧系统,米勒循环发动机与奥托循环发动机非常类似。米勒循环通过改变进气门关闭角度控制发动机负荷,从而减少了部分负荷下发动机的泵气损失。解决了采用节气门负荷控制的奥拓循环时,发动机泵气损失大、经济性差等一系列问题。发动机的膨胀比大于压缩比,在膨胀行程中可最大限度的将热能转化为机械能,达到改善发动机热效率,降低燃油消耗的目的。米勒循环发动机与奥托循环发动机一样,使用活塞、气门、火花塞等部件。

米勒循环发动机与奥托循环发动机之间存在两大差异:

1、米勒循环发动机依赖于机械增压器。

2、米勒循环发动机在压缩冲程期间,进气门保持打开状态,因此发动机将压缩机械增压器的压力,而不会压缩气缸壁的压力。由此将使效率提高约15%



奥拓循环的压缩比等于膨胀比,意味着增大膨胀比的同时压缩比也同样增大,从而引起发动机爆震倾向增大。米勒循环是低温循环能够有效降低发动机爆震倾向有效提高发动机热效率。米勒循环的特点是发动机的有效压缩比小于膨胀比。米勒循环实际上是改变了进气门关闭时刻,从而改变了发动机的实际压缩比。发动机压缩比和膨胀比分离,增大了膨胀功,并有效抑制发动机爆震。米勒循环不仅能够抑制发动机爆震还能降低 NOx排放。米勒循环的优势还体现在:部分负荷时通过推迟进气门关闭角度实现负荷控制,取代了节气门。减小了发动机的泵气损失,实现提高几何压缩比以达到改善天然气发动机经济性的目的。因此米勒循环具有减少部分负荷泵气损失,增加膨胀功,提高发动机热效率,降低缸内燃烧温度,减小热荷,降低 NOx排放等优势。

 


气门正时和升程控制系统


在气门升程控制方面,长城采用了进排气双VVT可变气门正时系统,曲轴通过正时皮带齿轮链条来驱动凸轮轴,凸轮轴上凸轮的轮廓与位置通常是为特定的发动机转速而优化,通常这会降低发动机在低转速情况下的扭矩和高转速情况下的功率。VVT技术能够使其根据发动机工况进行改变,提高了发动机的效率与动力。

 

而在高功率版本4N20A上更是搭载了可变气门升程VVL机构,VVL是英文variablevalve lift的简写,意味可变气门升程。传统的汽油发动机的气门升程是固定不可变的。也就是凸轮轴的凸轮型线只有一种。这就造成了该升程不可能使发动机在高速区和低速区都得到良好响应。传统汽油机发动机的气门升程——凸轮型线设计是对发动机在全工况下的平衡性选择。其结果是发动机既得不到最佳的高速效率,也得不到最佳的低速扭矩。但得到了全工况下最平衡的性能。VVL的采用,使发动机在高速区和低速区都能得到满足需求的气门升程。从而改善发动机高速功率和低速扭矩。

 


缸盖集成式排气管和双涡道涡轮增压器


 采用了缸盖集成式排气管,当排气歧管被集成在缸盖内之后,在冷车时排气歧管的高温可以快速地加热冷却液,而在发动机高负荷时,冷却液也可以对车辆的排气起到降温的作用。当排气温度降低之后,尾气中的污染物含量会明显降低,这有助于发动机满足更严苛的环保法规。


长城作为国内唯一一家具有自主高性能增压器研发能力的公司,在4N20系列发动机上搭载的也是长城自主研发的电控双涡道涡轮增压器,它采用双流道、电控泄压阀的设计,相比之前长城2.0T发动机,增压器转速响应提升了9%,动力输出响应提升4%。

 


轻量化


 在轻量化方面,4N20系列发动机也比现款的2.0T发动机有了很大的提升,发动机的铸铁缸体换成了铝合金缸体,在曲轴、连杆、气门等发动机部件都进行了轻量化,塑料缸盖罩以及塑料进气歧管的应用,使得4N20系列发动机的重量相比现款降低了10%。




冷却系统


4N20系列发动机在冷却系统方面采用了电子水泵+电控节温器的方案,优化水套的设计,以加强燃烧室的冷却效果,水泵和节温器也改为电控,电子水泵并不直接消耗发动机的动力,而且其流量可以受ECU实时控制,以更加智能的对整体的冷却系统进行调控。




燃油喷射系统


4N20系列发动机在喷油系统等方面进行了较大的升级,顶置式喷油器的采用,离火花塞更加接近,更容易形成混合气的燃烧,同时350bar高压燃油喷射系统的配合,很大程度上提升了雾化效果,防止湿壁(当发动机喷油嘴喷油时,如果汽油并未充分燃烧的情况下,一部分汽油就会附着在气缸的缸壁上形成"湿壁现象"),减少机油稀释。



全新的气道设计,变得更加平直,由于4N20系列发动机的压缩比为12:1,在主流发动机中处于较高水平,高压缩比容易发生爆震,所以重新设计后增加混合气在缸内流动以消除爆震。



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