上汽全新一代2.0T发动机技术解析

文章来源: 汽车动力总成 发布时间:2020-11-10
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今天我们要解析的“蓝芯”第二代产品,则是该团队独立自主研发的,目前这台2.0T发动机已经搭载在iMAX8上,这台发动机采用了米勒循环、可变气门升程、350Bar直喷等主流技术,使其热效率高达39.52%,我们就来看看这台发动机有什么新技术。
由于国内汽车制造业的起步比较晚,所以在发动机等核心技术方面还是与国外车企存在着不小的差距,但国内也有少数自主品牌具备正向研发发动机的能力,从最开始的逆向研发,一步步走到自主研发,逐渐缩小与世界先进水平的差距。就比如我们今天要讲解的上汽集团,其于2015年在上海车展发布“芯动战略”,建立蓝芯品牌(“蓝芯”是上汽自主研发发动机序列的名称),第一代产品发布于2015年,是上汽与通用联合研发推出的新技术,主要包括MGE系列、SGE系列缸内直喷发动机,其中MGE系列包括2.0L/2.0T/1.8T发动机;SGE系列的发动机,包括1.0T/1.4T/1.5T发动机。


今天我们要解析的“蓝芯”第二代产品,则是该团队独立自主研发的,目前这台2.0T发动机已经搭载在iMAX8上,这台发动机采用了米勒循环、可变气门升程、350Bar直喷等主流技术,使其热效率高达39.52%,我们就来看看这台发动机有什么新技术。


上汽全新一代2.0T发动机主要技术特征

 

电控旁通阀增压器上汽 2.0T发动机结合了涡轮增压的特点进行设计,采用盖瑞特小惯量/低惯量涡轮(在低速情况下,涡轮增压发动机都存在一定的迟滞现象,需要达到较高转速后才开始工作,小惯量涡轮增压器使用直径更小的叶轮,所需废气量更少,涡轮起正压所需要的发动机转速一般在1100-1500转就可以达到能有效减缓涡轮迟滞现象,提高响应速度)。

 

那么在高速情况下,小惯量涡轮的极限增压值相对较小,这时就需要依靠电控废气旁通阀实现压力控制,将发动机排出的废气全部用于推动涡轮运转,将增压压力提高。当增压压力超出设定值时,电控废气旁通阀门打开,引导部分废气不经过涡轮,从排气管排出,这样就能够有效的降低涡轮转速,降低增压压力,避免发动机由于“过增压”导致的飞车现象(飞车是指:发动机供油系故障,发动机以超过最高转速运转,无法降速)。

 

350bar缸内高压直喷350bar高压喷射系统由博世提供,超高的燃油喷射压力可以大幅度降低颗粒物的排放(对降低PN颗粒物效果显著),喷射平均粒径(SMD)减少17%,改善混合气均匀性,降低炭烟排放,使得燃料的燃烧也会更加的充分,提高 发动机的效率。虽然350bar高压喷射系统也有着不可避免的缺点,例如喷射噪音更大、对发动机的负载更大。



智能可变气门升程(VVL VVL全称variable valve lift,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。这台2.0T发动机的VVL系统是由上汽自主研发的,包括从设计到仿真到很多零部件的实验。以前VVL系统是国际上大牌的几个零部件供应商垄断做的。

 


中置DVVT进排气气门可变正时技术传统的VVT技术通过合理的分配气门开启的时间确实可以有效提高发动机的效率和燃油经济性,但是这项技术也有局限性和自身的瓶颈。在此基础上,通过引入可变气门升程技术可以弥补VVT的缺憾,根据发动机的不同工作状态,通过调节气门关闭的时机,从而提高发动机的动力性能,提高燃油经济性。并且能够实现膨胀比大于压缩比的阿特金森循环工况,改善怠速稳定性从而获得较好的舒适性。



深度米勒循环燃烧系统: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,减小热荷,降低 NOx排放等目的。




米勒循环与奥托循环的不同之处:在进气冲程时活塞运动到下死点,但进气门保持开放同时活塞进行压缩。直到曲轴通过活塞的下止点后70度,进气门才关闭。简单地说就是在压缩冲程(compression stroke)中,先延迟进气门关闭的时间,活塞在汽缸里上升约五分之二容积时,才完全封闭进气门。所以有部分在汽缸的气体会重新进入进气歧管,并在机械增压(supercharger)的作用下保持气压,故下一次的进气冲程中可提高进气效率且减少泵压损失(pumping loss)。可是这样也造成实际上的压缩空气没有比进气时的多,而降低压缩比。然而在点火冲程中,活塞仍旧由上死点移动至下死点,造成膨胀比大于压缩比的特殊状况。压缩比较小所以油耗低,膨胀比大所以动力大,另一方面也为了避免过高的压缩比引起发动机的爆震(提前点火)。


缸盖集成排气歧管: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减少暖机时间,提高燃油经济性。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



DLC涂层(活塞销、气门挺柱),低张力活塞环:DLC涂层作为一种较为常见的PVD涂层,其具有高硬度和高弹性模量、低摩擦因数、耐磨损以及良好的真空摩擦学特性,很适合于作为耐磨涂层,涂覆在汽车零件表面,承受频繁持续的高强度摩擦磨损,能够胜任发动机的内部温度和工作环境,起到提高零件使用性能、延长使用寿命的作用。

 


可变排量机油泵:采用电控式2级变排量机油泵,能够根据发动机润滑和冷却需求调整泵油量,主动控制使机油流和压力满足发动机需求,从而消除过量机油流并降低发动机曲轴上的负载,以便节省燃油。



与传统的定量机油泵相比,可变排量机油泵能够在NEDC循环下实现1-2%的节油效果。


 


Zero-tech高强度套筒链:这台2.0T发动机的正时链条采用了Zero-tech高强度套筒链,虽然没有采用静音链条,但Zero-tech高强度套筒链在强度以及质量方面并不会比静音链条差,同时对导轨形线进行优化,独特的环式棘齿,缩小了齿间距,实现了在低张力下免维护、摩擦阻力大幅降低的驱动。

 


兰彻斯特式平衡轴模块:上汽的工程师利用拓扑优化技术(是一种根据给定的负载情况、约束条件和性能指标,在给定的区域内对材料分布进行优化的数学方法)提升整机结构件的模态,有效降低噪声辐射。同时配备紧凑的兰彻斯特式平衡模块+树脂材料齿轮,可减少70%以上的四缸发动机运转时产生的二阶振动,提升整机的NVH

 


带阻尼板正时罩盖/油底壳:为了更进一步的减少发动机运转时产生的噪音,在我们看不见的一些地方,工程师也是花了心思研究,例如采用阻尼钢板的油底壳就可以将平衡轴运转时产生的噪音进行隔离,正时链盖板以及链轮部位同样加装了阻尼钢板(阻尼钢板由三层材料贴合而成,上下两层为钢板,中间层为具有弹性的高分子材料,可以有效阻挡噪音传递)。



注:文章中引用的图片来源网络


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