捷豹路虎全新2.0發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)亮點(diǎn)(上)

◆文/北京 楊景槐

一、發(fā)動(dòng)機(jī)概述

捷豹路虎全新2.0發(fā)動(dòng)機(jī)也稱(chēng)Ingenium I4 2.0L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，它是Ingenium系列的第二款發(fā)動(dòng)機(jī)，與Ingenium I4 2.0L柴油發(fā)動(dòng)機(jī)擁有相同的結(jié)構(gòu)和總體構(gòu)造。該發(fā)動(dòng)機(jī)已在位于英國(guó)伍爾弗漢普頓以及中國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)制造中心進(jìn)行生產(chǎn)。該發(fā)動(dòng)機(jī)系列250馬力(184kW，中等規(guī)格)、全鋁、2.0L(1997cm3)、直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，帶有單渦輪增壓器。該發(fā)動(dòng)機(jī)也采用了鏈驅(qū)動(dòng)雙頂置凸輪軸、16氣門(mén)和燃油直噴技術(shù)。強(qiáng)勁、精致和極其先進(jìn)的設(shè)計(jì)取代了已獲成功的GTDi 2.0L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)外觀如圖1所示，主要新技術(shù)部件位置如圖2所示。

圖1 Ingenium I4 2.0升汽油發(fā)動(dòng)機(jī)外觀

圖2 Ingenium I4 2.0L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)部件位置

其采用的創(chuàng)新的技術(shù)包括：可變冷卻液泵、電子節(jié)溫器、可變流量機(jī)油泵、連續(xù)可變氣門(mén)升程(CVVL)、集成排氣岐管和雙渦道渦輪增壓器、進(jìn)氣與排氣系統(tǒng)均采用可變凸輪軸正時(shí)(VCT)、Bosch 燃油直噴系統(tǒng)可輸出高達(dá)200bar(1bar=105Pa)的燃油壓力。本文將對(duì)上述新技術(shù)分別加以介紹。

二、潤(rùn)滑系統(tǒng)

1.可變流量機(jī)油泵

Ingenium I4 2.0L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)配備帶一體式真空泵的可變流量機(jī)油泵，該泵位于發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼中。機(jī)油泵部件分解圖如圖3所示。固定排量機(jī)油泵是造成寄生能量損耗的因素之一。這是由于這種機(jī)油泵大部分時(shí)間輸送的機(jī)油超過(guò)需求量，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)可以在較寬的工作范圍內(nèi)安全運(yùn)轉(zhuǎn)。泄壓閥能夠防止機(jī)油壓力過(guò)高。在高體積流量條件下，一些壓力機(jī)油未被充分利用便流回了儲(chǔ)油罐?？勺兞髁繖C(jī)油泵為潤(rùn)滑系統(tǒng)提供了根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和轉(zhuǎn)速改變輸出體積的能力。來(lái)自泵的體積流量經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)，以減少未被充分利用便流回儲(chǔ)罐的機(jī)油量，從而減少了發(fā)動(dòng)機(jī)上的寄生負(fù)載并提供節(jié)油效益。

圖3 機(jī)油泵部件分解圖

流量調(diào)節(jié)示意圖如圖4所示。液壓控制通過(guò)向電磁閥返回油道壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)使電磁閥通電，可以電氣方式抵消該壓力。這將形成降低電磁閥中彈簧剛度的效應(yīng)，從而向控制環(huán)施加更大的壓力，以進(jìn)一步減小偏心率和輸出壓力。機(jī)油泵在所有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下完全可變，并且可以不斷調(diào)整。

(1)低流量：機(jī)油壓力作用于控制環(huán)表面。當(dāng)機(jī)油壓力大于控制彈簧力時(shí)，控制環(huán)順時(shí)針(抵住控制彈簧)移入葉片泵的中心，從而減小偏心率，并減少機(jī)油泵輸出。較低的壓力由發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)油溫度和其他工作參數(shù)決定，如圖4(A)。

(2)高流量：泵由電磁閥和泵控制環(huán)彈簧進(jìn)行液壓控制。隨著泵轉(zhuǎn)速?gòu)牧汩_(kāi)始升高，在控制室上沒(méi)有機(jī)油壓力作用時(shí)，泵保持最大排量。在定義的設(shè)定點(diǎn)，電磁閥彈簧負(fù)載被發(fā)動(dòng)機(jī)油道壓力克服，并將一些壓力轉(zhuǎn)移到控制環(huán)并抵消流量。隨著轉(zhuǎn)速升高，電磁閥將更多壓力轉(zhuǎn)移到控制室。繼續(xù)抵制偏心環(huán)和壓力，從而在所有速度下保持恒定的壓力。此功能無(wú)需電氣輸入，如圖4(B)。

圖4 機(jī)油泵流量調(diào)節(jié)

2.活塞冷卻機(jī)油噴射器(PCJ)

活塞冷卻機(jī)油噴射器為活塞和活塞銷(xiāo)提供冷卻和潤(rùn)滑?？勺兞髁繖C(jī)油泵通過(guò)汽缸缸體中的鉆孔向噴射器供應(yīng)加壓的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油。機(jī)油供應(yīng)由一個(gè)活塞冷卻機(jī)油噴射器電磁閥控制，該電磁閥由PCM控制。該電磁閥可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載打開(kāi)和關(guān)閉機(jī)油供應(yīng)。在冷啟動(dòng)后以及預(yù)熱過(guò)程中，由于活塞冷卻噴嘴禁用，加熱過(guò)程得以改善。由于活塞散熱量減少，排放得以減少?；钊鋮s噴嘴可在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍內(nèi)，根據(jù)需要啟用和禁用。注意：活塞冷卻噴射器電磁閥是常開(kāi)的，并由PCM電動(dòng)關(guān)閉。如果電磁閥電路發(fā)生任何電氣故障，則意味著機(jī)油將會(huì)供應(yīng)至活塞冷卻噴射器。

3.機(jī)油壓力和溫度傳感器

如圖5所示，機(jī)油壓力和溫度傳感器位于發(fā)動(dòng)機(jī)右前部的機(jī)油濾清器殼體總成中。它直接連接至PCM并接收5V電源。該溫度傳感器是一個(gè)NTC型傳感器，該傳感器在-40～160℃的溫度范圍內(nèi)工作。如果發(fā)生故障，則系統(tǒng)將會(huì)使用ECT 傳感器值。傳感器輸出PWM信號(hào)，如圖6所示，PWM信號(hào)同時(shí)將機(jī)油壓力和溫度信息傳輸給PCM。

圖5 機(jī)油壓力和溫度傳感器

圖6 機(jī)油壓力和溫度傳感器輸出信號(hào)

三、冷卻系統(tǒng)

1.可變冷卻液泵

可變冷卻液泵如圖7所示，它有一個(gè)導(dǎo)流罩，該導(dǎo)流罩可在葉輪上滑動(dòng)以減少泵入汽缸缸體內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的流量。一個(gè)電磁閥與內(nèi)部液壓泵協(xié)同工作，生成用于將導(dǎo)流罩移至五個(gè)不同位置中的一個(gè)位置的液壓壓力。泵葉輪的每次旋轉(zhuǎn)都會(huì)產(chǎn)生壓力，控制電磁閥可將此壓力轉(zhuǎn)移至導(dǎo)流罩總成或使其泄漏回冷卻液系統(tǒng)。泵內(nèi)的壓力作用在殼體中的回位彈簧上。

共計(jì)有五個(gè)不同的流量。導(dǎo)流罩電磁閥由來(lái)自PCM的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)控制。導(dǎo)流罩的位置由一個(gè)位置傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在沒(méi)有來(lái)自PCM的信號(hào)的情況下，該電磁閥將斷電，導(dǎo)流罩在回位彈簧作用力的作用下恢復(fù)到默認(rèn)位置，從而導(dǎo)致泵產(chǎn)生全流量。從0～100%流量的請(qǐng)求均可在大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理策略。

冷卻液流速：0級(jí)等于無(wú)流量；1～3 級(jí)等于中間流量；4級(jí)等于全流量。

隨著冷卻液溫度上升，電磁閥占空比會(huì)降低，進(jìn)而使得冷卻液流量降低。在以下液流頻譜的各端，觀察到以下導(dǎo)流罩位置和傳感器電壓：0級(jí)等于0%，冷卻液流等于100%，電磁閥占空比等于4V；4級(jí)等于100%，冷卻液流等于0%，電磁閥占空比等于1V。

可變冷卻液泵受到控制，以提供支持來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的所有冷卻請(qǐng)求所需的最小流量。冷卻液流的級(jí)別由PCM持續(xù)改變：0級(jí)用于初始發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)后的前幾分鐘；1級(jí)和2級(jí)用于發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱階段，最高不超過(guò)75℃；2級(jí)、3級(jí)和4級(jí)用于溫度超過(guò)75℃之后(2級(jí)為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，3～4級(jí)用于行駛條件下)。多種條件會(huì)影響冷卻液泵導(dǎo)流罩的位置。

圖7 可變冷卻液泵

2.電控節(jié)溫器

電控節(jié)溫器外觀如圖8所示，內(nèi)部視圖如圖9所示。Ingenium I4 2.0L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)運(yùn)行溫度為85～100℃，除非負(fù)載增加，否則始終都會(huì)低于100℃。節(jié)溫器蠟式元件的打開(kāi)溫度為105℃。因此，可以增大節(jié)溫器加熱器的占空比來(lái)幫助打開(kāi)主蠟式節(jié)溫器，從而維持100℃目標(biāo)溫度。當(dāng)主節(jié)溫器打開(kāi)，冷卻液在主冷卻液散熱器中循環(huán)時(shí)，冷卻液溫度將會(huì)降低。此時(shí)，節(jié)溫器加熱元件的占空比將提高，以保證在冷卻液溫度下降時(shí)，主節(jié)溫器保持打開(kāi)。在不同的工況和溫度下，節(jié)溫器說(shuō)明如表1。

表1 節(jié)溫器工作說(shuō)明

圖8 電控節(jié)溫器外觀

圖9 電控節(jié)溫器內(nèi)部視圖

3.熱管理

圖10 展示了不同發(fā)動(dòng)機(jī)溫度與可變冷卻液泵、節(jié)溫器加熱元件和主節(jié)溫器操作之間的關(guān)系。

圖10 熱管理示意圖 (未完待續(xù))