隨著汽車電動化浪潮的發展,傳統內燃機面臨著前所未有的巨大壓力,如何更好地發掘內燃機的潛能,制造出燃燒效率高、污染物排放少的發動機成了各大汽車廠商的重點工作。
于是,將發動機技術進行升級和創新融合就成為了行之有效的方式之一,廣汽三菱奕歌車型搭載的1.5T渦輪增壓發動機便在成本限制下,通過多項技術融合實現汽車動力性與燃油經濟性的平衡。
奕歌是廣汽三菱最新推出的緊湊型SUV車型,新車預計在今年11月份正式上市,關于這款車我們已經進行了海內外試駕,其安全性能我們也進行了剖析,感興趣的朋友可以點擊下方回顧鏈接來查看,這篇文章我們將主要介紹三菱奕歌搭載的代號為4B40的1.5T渦輪增壓發動機。
無論是從性能還是從技術來看,廣汽三菱這款發動機都處于主流之列,在排放法規的促進下,如今小排量渦輪增壓發動機已經裝備了越來越多、越來越精細化的技術。不同廠商所研發的發動機,在一些大的基礎性技術上都保持了一致,例如全鋁合金缸體、集成式排氣歧管、小慣量渦輪增壓器、進排氣雙可變氣門正時等,但是在其他方面也都保持了自己的技術特點,比如廣汽三菱這款發動機所應用的燃油雙噴射系統,這在同時期同級別發動機中屬于較為罕見的技術應用。
為了更方便直觀了解這臺1.5 T渦輪增壓直噴發動機,我們對其進行了拆解,在拆解過程中能明顯體會到發動機的集成化、輕量化設計思路。
在開始拆解之前,我們還是先從發動機的前后端和冷熱端看起。發動機的進氣端因為溫度相對較低,我們稱之為冷端,排氣端因為排氣歧管的存在溫度較高,我們稱之為發動機的熱端,然后發動機的正時機構一端為發動機的前端,發動機的動力輸出端,也就是能看到有飛輪機構的一端我們稱之為后端。
首先是發動機的進氣端,可以看到發動機的進氣歧管采用了復合材料,在保證強度的前提下能夠有效減輕部件重量。另外,我們可以看到布置在進氣歧管上方的歧管燃油噴射系統。
可以看到發動機的排氣端非常簡潔,排氣歧管與進氣歧管不同,其采用了集成式設計,排氣歧管和發動機缸蓋融合為一體,有效縮減了發動機的體積和重量。
發動機的前端布置有常規的發電機、空調壓縮機和水泵等機構,靠發動機的帶輪進行皮帶傳動。另外可以看到發動機的油底殼采用了沖壓鋼板材料,其在易維修性和輕量化方面做了均衡。
簡單看完發動機的大體情況后,我們來看看這款發動機所應用的技術細節。
前面也提到這款發動機最大的特點便是采用了燃油雙噴射系統,從這個角度可以看到歧管噴射低壓油軌布置在進氣歧管上方,用于缸內直噴的高壓油軌被隱藏在了進氣歧管下方。
燃油通過油泵供給到燃油噴射系統,因為存在歧管噴射和缸內直噴兩條供油路徑,因此從油泵劃分出兩個油管,分別連接到歧管噴射低壓油軌和缸內直噴高壓油軌。
把進氣歧管拆除之后可以非常清楚的看到兩條油軌的布置方位。
兩條油軌因為布置位置不同,結構稍有區別,為了讓燃油能夠達到更好的霧化效果,兩者都采用六孔噴頭,其中低壓油軌采用4.5bar的噴射壓力,高壓油軌采用20 MPa的噴射壓力。
兩種不同的燃油供給線路有著不同的優勢,進氣歧管燃油噴射將燃油和空氣預先混合,在低轉速情況下燃油與空氣混合更加充分,燃油效率更高。缸內直噴將燃油直接噴射到氣缸內,可以精準控制油量,同時在高轉速情況下可以為發動機提供充足的燃油供給,提升發動機的動力表現,兩種燃油供給方式相結合可以同時兼顧發動機在全域工況下的表現,做到燃油經濟性和動力性均衡。
在渦輪增壓器方面,三菱采用了IHI石川島生產的低慣量高性能渦輪增壓器,渦輪最高轉速達到240 000 rpm,配合電控泄壓閥可以讓渦輪的響應速度更快。
發動機的排氣歧管采用了集成式設計,這也是目前小排量渦輪增壓發動機最常采用的技術之一。
集成式排氣歧管設計一方面有利于縮小發動機體積,減輕發動機重量。另外一方面,排氣歧管集成在缸蓋內,發動機啟動之后,較高的廢氣溫度可以讓發動機水溫盡快達到最佳工作溫度,有利于發動機燃效提升,同時減少污染物排放。
為了降低發動機磨損、提升發動機耐久性,廣汽三菱這臺發動機也采用了不少技術,比如氣門充鈉。
所謂氣門充鈉就是氣門桿內部為中空密封空間,采用金屬鈉進行填充,因為鈉的熔點很低,僅有97.72 ℃,當金屬鈉受熱由固態變為液態時會吸收大量的熱,這一特性可以幫助氣門進行降溫,在三菱發動機上,排氣氣門便采用了這種技術。
活塞的裙部進行了優化設計,面積更小,減少了和缸壁的接觸面積,同時在裙部涂有石墨涂層,降低摩擦阻力。
在活塞連桿的大頭端,廣汽三菱使用了激光漲斷工藝。
傳統的曲軸連桿加工方式采用拉削加工,即利用拉削刀具將連桿大頭分割成兩部分。而漲斷工藝則是利用高能量的激光形成“激光刀”在連桿大頭孔裂解位置切削行成激光槽,在利用漲銷將連桿漲斷成兩部分。相比傳統的拉削加工方式,這種漲斷工藝由于不存在刀具切削過程,連桿受熱量的影響較小,精確度高。整個加工過程也不存在刀具的磨損情況,重復性好,系統更加穩定。
可以看到漲斷之后的斷面是凹凸不平的,且與另一半是完美配合在一起的,由于不存在切削,這種工藝可以有效保障連桿大頭的圓周度。
為了保障曲軸的剛度和耐磨性,在加工生產過程中,曲軸的軸頸處進行了淬火和回火工藝。另外,我們可以看到配重塊只有四塊,有效減輕了零件重量。
拆掉發動機的油底殼之后可以看到內部結構,其中黑色部件為吸油盤,金屬擋板則是為了防止車輛在顛簸路面油底殼內的機油晃動明顯影響機油循環,保障發動機的散熱系統。
另外,值得一提的是發動機的機油泵集成在了發動機前端的罩蓋中,設計非常巧妙。
除了在技術應用上有亮點之外,這款發動機的生產線也有不少看點,其采用了全程可追溯自動化生產,每一個零件通過二維碼都可以追溯到生產來源,有效確保了發動機的產品品質。
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