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VGT技术加持 拆解北京魔方1.5T发动机

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  [汽车之家 发动机拆解]  春节复工之后,我们曾受邀来到北京汽车产业研发基地,与魔方的设计师一起聊了聊关于新车内外饰的设计理念(点击回看);这一次我们再度受邀来到了北京汽车动力总成研发基地,并现场拆解了魔方的“心脏”——1.5T涡轮增压发动机,据悉这台发动机不仅拥有VGT增压技术,而且还有多项降噪减磨的黑科技,那么咱们废话不多说,解读开始。

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  此外,全新的发动机还入选了2021年度“中国心”十佳发动机,这也标志着北京汽车全新一代发动机成功跻身行业前列,下面我们将这台发动机的亮点进行拆分,来为大家详细解析。

米勒循环

  发动机的动力来源在于把热能转化为机械能,通常来看,发动机要在排气、冷却系统以及克服摩擦方面消耗约60%左右的热能,剩下的能量才用于驱动车轮行驶,而剩下的能量越多则越省油,这部分能量也就是发动机的热效率。

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【左为米勒循环,右为奥拓循环】

  魔方1.5T发动机在进气阶段采用提前关闭进气门的方案,也就是说在进气阶段活塞还未运行至下止点,但进气门已经关闭,使空气的进入量少于正常量,因此进气行程也就截止到进气门关闭时活塞所处的位置,受其影响,下一阶段的压缩行程也是从进气门关闭时活塞所处的位置(略高于下止点)到上止点,但由于做功行程是从上止点到下止点的完整过程,并且燃烧转换出来的为有效功,也就实现了膨胀比大于压缩比,燃烧效率自然就高了。

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  现在也有不少厂商宣传的米勒循环(严格来说应称之为阿特金森循环)是在可燃混合气的压缩阶段,通过延后进气门关闭的时间,可以使气缸内的混合气体再排出去一部分,让实际的压缩行程从活塞下止点上面一些才开始,同样也能实现膨胀比大于压缩比。

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  其实在压缩行程也是需要耗费发动机能量的,短一些的压缩行程能够减少发动机在这一阶段的能量损失,同时当活塞达到上止点时,可燃混合气温度也更低,能够有效抑制爆震的发生,而且更长的做功行程还能让可燃混合气燃烧的更加充分。

Masking技术与350Bar高压燃油喷射系统

  Masking技术是一种扰动发动机进、排气气流,改变发动机燃烧室内气流的流动情况,从而改变发动机燃烧性能的一种缸盖设计技术。

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  那么发动机设计为什么如此追求滚流比呢?实验表明,随着发动机滚流强度的增加,能够更好地组织气流在缸内的运动,雾化效果更好,可燃混合气更加均匀,同时也能更好的控制火焰的形成与扩张,说白了就是能够实现更好的燃烧。

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  这套350Bar高压喷油系统目前如宝马M、本田地球梦、大众全新1.5T也都在使用,自主品牌除北京汽车外,如比亚迪、吉利、长城以及长安等品牌也均有配备。

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  在抑制湿壁方面,中置直喷更有优势,喷射出的燃油是竖直向下的,而侧置直喷则与滚流的方向相同,更容易产生湿壁效应。同时更靠近火花塞的喷油方式让点火可靠性相对更高,有利于冷启动暖机和混合气体分层。

VGT涡轮技术

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  由于涡轮本身具备一定的质量,想要获得增压效果,必须要有足够的废气来推动涡轮叶片,因此涡轮增压发动机的动力输出不可避免都会出现迟滞性,除电动涡轮外,各家厂商只能通过不断优化来尽可能减少涡轮迟滞。

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  当发动机处于高转速区间时,会有大量的废气涌入涡轮中,会使涡轮在旋转过程中产生极强的排气背压,限制发动机在高转速工况下的增压效率,同时也限制了发动机的功率输出上限。

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  当发动机处于高转速区间时,就会出现废气流量大、排气背压小的问题,涡轮也能得到动力从而更好地工作,发动机出力也会更加得心应手。

  综合以上也可以理解为涡轮越小,响应性越好,但在高转速区间的增压效果不理想;涡轮越大,响应性越差,迟滞也就越明显。

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  其实VGT技术在柴油发动机上早就已经得到了广泛应用,由于柴油发动机的排气温度要远低于汽油机,从VGT的选材和布置来说,都要更加容易。

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  VGT涡轮的材质一般选用耐高温的航空材料,通过在废气涡轮端增设角度可变的叶片,从而实现不同转速下不同的废气流速和涡轮叶片的推进效果,保证涡轮在各种工况下的响应性和增压效果。

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  当发动机低转速排气压力较低的时候,导流叶片打开的角度较小,此时导入涡轮处的空气流速就更快,从而可以更容易推动涡轮转动,有效减轻涡轮迟滞的现象。

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  与当下增压车型普遍使用的小惯量涡轮以及双涡管设计类似,VGT其实也是优化涡轮迟滞的其中一种解决方式,也有的厂商将其称为VNT,曾广泛用于沃尔沃、奥迪以及保时捷等品牌,当下除魔方外,长城汽车也有使用。

文章标签: 发动机拆解
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