長城GW4C20B 2.0T國六發(fā)動機技術(shù)介紹

宮詩瑤

GW4C20B 2.0T發(fā)動機（以下簡稱C20B發(fā)動機）是長城歷時3年打造的，具有高性能、低油耗的特點，并且符合國六排放標(biāo)準。該發(fā)動機采用冷卻熱量管理系統(tǒng)、GPF顆粒物捕集器、燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)、電控渦輪增壓器、缸內(nèi)直噴，以及集成排氣歧管等技術(shù)，如圖1所示。

1.發(fā)動機熱量管理系統(tǒng)

發(fā)動機在長時間高速運轉(zhuǎn)時，燃燒室的溫度很高。如果不能對其采取適當(dāng)?shù)慕禍卮胧?，將有可能?dǎo)致發(fā)動機高溫而燒毀?，F(xiàn)代汽車采用的是水冷的方式，通過冷卻液的流動帶走發(fā)動機的熱量，使發(fā)動機保持在一個適宜的溫度范圍內(nèi)。不同的車型發(fā)動機的最佳工作溫度也有差異，發(fā)動機在最佳工作溫度范圍內(nèi)工作，不僅能夠節(jié)省燃油，延長發(fā)動機的壽命，還能夠減少有害氣體的排放。如何能夠讓發(fā)動機工作時迅速進入并保持在最佳工作溫度范圍是很多廠家不斷研究的課題。C20B發(fā)動機采用了創(chuàng)新型熱量管理系統(tǒng)。

創(chuàng)新型熱量管理系統(tǒng)采用全新的電控旋轉(zhuǎn)閥組件。當(dāng)發(fā)動機在冷起動時，可以快速升溫，更快達到最佳工作溫度（90～110℃），從而減少了發(fā)動機在低溫工況下的高磨損與高排放。發(fā)動機熱管理系統(tǒng)通過ECU控制熱管理模塊的執(zhí)行電機驅(qū)動其內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)滑閥，控制冷卻液的流動方向，從而在各工作條件下實現(xiàn)快速暖機、降低摩擦、降低油耗等作用，提升發(fā)動機性能。創(chuàng)新型熱量管理單元如圖3所示。

冷卻液未經(jīng)過散熱器的循環(huán)方式稱為小循環(huán)。小循環(huán)冷卻效率低，有利于冷車起動時發(fā)動機迅速升溫。

冷卻液通過節(jié)溫器流經(jīng)散熱器的循環(huán)方式稱為大循環(huán)。大循環(huán)冷卻效率高，發(fā)動機會持續(xù)降溫，使其保持在恒定的溫度。

配有渦輪增壓器的發(fā)動機，渦輪增壓器一般采用雙冷卻方式，即水冷（冷卻液冷卻）和油冷（機油冷卻）。有些車的機油冷卻也通過冷卻液進行散熱，C20B發(fā)動機的機油就是通過冷卻液進行散熱的。C20B發(fā)動機各階段主要冷卻管路工作情況，如圖4所示。

2.排氣后處理技術(shù)

汽車尾氣中含有顆粒物，顆粒物就是大家近幾年才熟悉的PM，這種顆粒物主要是在發(fā)動機燃燒過程中，當(dāng)油氣混合物結(jié)合不均勻時，就會出現(xiàn)燃燒不充分，這樣很容易產(chǎn)生顆粒物。它對環(huán)境的危害很大，在國六排放標(biāo)準中限定了PM顆粒的質(zhì)量和數(shù)量。雖然發(fā)動機的技術(shù)在不斷進步，但是隨著人們環(huán)保意識的增強和排放法規(guī)的日益嚴苛，僅靠原有的尾氣處理裝置很難達到標(biāo)準，汽油機也需要增加汽油顆粒捕集器GPF（Gasoline Particulate Filter）來降低顆粒物的排放。

GPF是一種安裝在汽油發(fā)動機排氣系統(tǒng)中的裝置，用來捕捉尾氣中的顆粒物，從而降低發(fā)動機尾氣中顆粒物的排放。C20B發(fā)動機排氣后處理裝置包括前催化轉(zhuǎn)化器、高溫傳感器、壓差傳感器以及GPF（圖5）。

高溫傳感器用于發(fā)動機排氣系統(tǒng)，測量排氣溫度，然后將排氣溫度的信號傳遞給發(fā)動機控制單元，為發(fā)動機控制系統(tǒng)標(biāo)定模型提供數(shù)據(jù)支持，從而保證排氣凈化裝置有效工作（圖6）。

壓差傳感器的高壓端和低壓端通過軟管分別與GPF的上游和下游相連，從而測得GPF前后的廢氣壓差（圖7）。壓差傳感器將測得的數(shù)據(jù)傳遞給發(fā)動機控制單元，發(fā)動機控制單元根據(jù)此信號判斷GPF是否堵塞，控制GPF再生。

GPF一般有3種布置形式：與三元催化器集成在一起安裝，離排氣歧管較近;安裝在三元催化器下游;直接將GPF涂在三元催化器上。GPF是由傳統(tǒng)的流通式三元催化器載體演變而成，但又有所不同：三元催化器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是直通的，而GPF的是交錯通過的（圖8）。發(fā)動機排出的氣體經(jīng)過GPF，顆粒物會被捕捉，從而減少尾氣中顆粒物的排放。

發(fā)動機控制單元分析壓差傳感器、高溫傳感器的信號，控制點火時刻、噴油量以及GPF再生，不斷調(diào)節(jié)發(fā)動機的工作狀況，控制原理如圖9所示。

GPF長時間使用后，顆粒物會積聚在內(nèi)部捕集器的表面形成PM層，PM層會提高過濾效率，但是排氣阻力會增大，導(dǎo)致發(fā)動機出現(xiàn)動力不足，油耗增加等，此時應(yīng)進行更換或者再生處理。排氣后處理技術(shù)可能失效的原因有：人為造成GPF移除;壓差傳感器測量管路斷路;GPF堵塞;GPF再生故障。

3.燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)

針對國六排放標(biāo)準C20B發(fā)動機燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)應(yīng)用了幾項新技術(shù)：為了避免滲透泄漏，對燃油系統(tǒng)的硬件進行技術(shù)升級，如材質(zhì)改變;為了減少油氣蒸發(fā)，需要采用ORVR（車載加油油氣回收）系統(tǒng)，它能夠收集加油過程中從油箱中揮發(fā)出來的燃油蒸氣;為了減少燃油蒸發(fā)泄漏，采用油箱壓力傳感器，通過檢測油箱的絕對壓力，對泄漏量進行檢測;為了監(jiān)控脫附流量，在文丘里管設(shè)置了高負荷脫附管路壓力傳感器，在進行檢測時將炭罐電磁閥打開、炭罐截止閥關(guān)閉，診斷管道壓力傳感器的負壓狀態(tài)進行判定。C20B發(fā)動機燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)如圖10所示。

（1）油箱壓力傳感器

油箱壓力傳感器安裝在靠近炭罐的燃油蒸氣吸附管路上（圖11），用來采集油箱壓力，分析油箱（蒸發(fā)）系統(tǒng)是否存在泄漏。

檢查方法：若油箱壓力傳感器輸出電壓讀數(shù)在4.0-4.2V，即為正常，超出此電壓范圍即為異常。

（2）炭罐電磁閥

炭罐電磁閥由電磁線圈、銜鐵和閥等組成（圖12），ECU根據(jù)發(fā)動機負荷、溫度、轉(zhuǎn)速等信號，控制電脈沖的持續(xù)時間和頻率（即占空比），來控制炭罐清洗氣流的流量。

檢查方法：拆卸炭罐電磁閥，測量1和2號端子間的阻值，常溫阻值為18.0-24.0Ω。

（3）炭罐截止閥

炭罐截止閥由電磁線圈、銜鐵和閥等組成（圖13），當(dāng)此閥關(guān)閉的時候，油箱和炭罐通往大氣的通道就會被關(guān)閉。此時油箱內(nèi)的壓力應(yīng)為負壓。

檢查方法：拆卸截止電磁閥，測量1和2號端子間的阻值，常溫阻值為19.8-21.8Ω。

（4）高負荷脫附管路壓力傳感器

高負荷脫附管路壓力傳感器設(shè)置在文丘里管（圖14），在進行檢測時將炭罐電磁閥打開，炭罐截止閥關(guān)閉，診斷管道壓力傳感器的負壓狀態(tài)進行判定。高負荷脫附管路壓力傳感器在發(fā)動機上的位置，如圖15所示。

檢查方法：若管路壓力傳感器輸出電壓讀數(shù)在4.0-4.2V，即為正常，超出此電壓范圍即為異常。