马自达创驰蓝天和丰田阿特金森循环发动机选择的是进气门晚关LIVC的方式,大众1.5T EVO和奥迪EA888 Gen3 BZ发动机选择的是EIVC。
唯物辩证法告诉我们,世界上的事物都是具有辩证关系的,阿特金森循环发动机虽然能够提升热效率,但是其自身存在先天的缺陷,就是发动机动力性差。为什么?通过气门正时控制缸内进气量少了呀,让马儿快跑还不让马儿尽情呼吸,不憋死才怪。对于自然吸气的米勒/阿特金森循环发动机来说,这种缺陷只能尽力克服,于是我们看到了创驰蓝天上的电机驱动进气VVT让发动机在外特性工况切换到奥托循环,或者只用在混动车型上,加速时由电机介入提供动力,保证整车的动力性。
对于涡轮增压发动机来说,问题变得简单了,提高增压压力,把气体强制灌进气缸就好了。原理很简单很美好,现实却很骨感。传统的废气涡轮增压是没有办法兼顾低速大负荷和高速工况的,一般的小排量乘用车汽油机会选用低惯量涡轮,满足低转速时的动态响应特性。在高转速大负荷工况打开废气旁通阀将多余的废气能量放掉,白白损失了废气能量。但是大众有黑科技啊,这次,大众将目光投向了可变截面涡轮增压器VTG(Variable Turbine Geometry)。
VTG的原理挺简单,低转时废气能量小,ECU控制VTG执行器旋转到流通截面较小的位置,加速排气气流运动,从而快速提高废气涡轮转速,进而在进气涡轮一侧快速建立增压压力,实现低转速大扭矩;高转速大负荷工况,VTG截面增大,流经废气涡轮的气流速度下降,使涡轮不至于超速。有了VTG的加持,1.5T EVO发动机增压压力建立速度相比1.4T发动机快了35%。
VTG可变截面涡轮增压器还有一个重要的里程碑意义,这是全世界第一次在民用低端汽油发动机上大规模批量装备可变截面涡轮增压器。随着VTG技术完善和耐高温材料的开发,未来几年VTG会逐步在汽油机上普及开来。
低转速大负荷时VTG的位置,此时排气气流是加速推动废气涡轮的
高转速大负荷或部分负荷的VTG位置,此时截面位置最大
与创驰蓝天发动机不同,在外特性工况1.5T EVO仍然使用米勒循环。这样,为了保证发动机最大扭矩达到与1.4T相同的250Nm,增压压力相比1.4T提高了0.4bar左右。带来的影响就是增压进气温度的同步提高,发动机爆震倾向增加。为了控制爆震,1.5T EVO发动机使用新的增压进气中冷器,提高冷却效率。
米勒循环对发动机进气量的控制精度提出了很高的要求,为了更精确地控制进气充量,1.5T EVO发动机将进气VVT执行器更新成了中置OCV阀的形式,相比原来的顶置OCV设计,发动机进气VVT相位调节速度有了大幅提高,更好地适应了米勒循环,提高发动机动态响应性能。
因为米勒循环的实际压缩比要小于机械压缩比,在压缩终了时缸内气体温度更低,为进一步提升效率,米勒循环发动机会适当增大机械压缩比。欧洲版1.5T EVO 96kW发动机将机械压缩比提高到了12.5,虽然同步优化了进气滚流、燃烧室形状以及使用散热更好的APS涂层缸体,但受限于涡轮增压发动机的爆震倾向,这已经是现阶段涡轮增压可实现的压缩比极限了(日产的VC TURBO涡轮增压发动机能实现14的最高压缩比,但是因为使用了可变压缩比技术,因此不能放在一起做比较)。
发动机的燃油供给系统为了实现米勒循环也做出了优化,为了保证进气凸轮轴相位的调节精度和速度,高压燃油从进气凸轮轴驱动变为了排气凸轮轴驱动,解放了进气凸轮轴的额外负担。燃油喷射压力保持了1.4T C6发动机的350bar。为优化混合气形成减少湿壁效应,进而减少污染物排放,喷嘴的喷孔位置有所优化。
为了提高发动机散热能力,缸体进行了技术优化,将原来铸铁气缸套完全取消掉,使用铁基合金材料的APS等离子气相涂层工艺。铁基合金粉末材料在高压电弧形成的等离子体加热下融化,以熔融态被喷射到经过激光腐蚀后的铝合金缸孔表面,形成APS涂层。经过机加后,涂层表面的形成的微观小孔可以储存机油,提高了缸体导热性能,使活塞组件的润滑更加充分。
在热管理系统方面,1.5T EVO应用了电子控制的智能冷却模块。由电机控制两个滑阀转动,开启和关闭不同的冷却回路,取消了原有的石蜡节温器。发动机冷起动后冷却液只在缸体缸盖内自加热,暖机速度更快。达到目标温度后,滑阀接收ECU指令开始转动,适时接通不同的散热器,实现小循环或者大循环。因为使用了智能冷却模块,发动机的水温可以在85~105℃范围内根据转速和负荷又ECU进行智能调节,提升发动机的燃油经济性。
第三部分:结语
在电气化汹涌而至的今天,谁都不可能忽略大趋势置身事外,对于传统动力来说,拥抱趋势,不断进化才是生存之道。于是,我们看到传统发动机借助电气化零部件的加持,正在变得越来越高效环保和智能化。