在江淮1.5T发动机拆解的上半部分,我们对这款发动机的研发历程、涡轮增压器以及进排气系统等方面进行了拆解,参与研发的工程师陈工也小小地露了个脸,相信大家对发动机的外部组件的选择和设计有了初步的了解,但这些还不是江淮真正实力的表现。在缸体内部的设计,尤其是发动机冷却系统等方面,江淮的工程师们依然有很多亮点会与我们娓娓道来。
●缸体部分:传统的直列四缸设计,缸径和行程分别是75mm和84.8mm。
这款1.5TGDi发动机采用最为传统的直列四缸发动机,在如今宝马、标致等厂家将研发精力转向三缸机的背景下,技术成熟、振动控制较容易的四缸发动机仍将是本阶段的主流。发动机的缸径和行程分别是75mm和84.8mm,实际排量大约为1.升,压缩比为9.7:1,这个压缩比级别对于汽油的标号并不是很挑剔,加92号汽油就够了。
随着宝马和沃尔沃提出了标准化缸径的概念(即综合考虑缸体散热、活塞与气缸壁之间的摩擦等诸多因素,缸径和行程分别为82mm和94.7mm,单缸排量为0.5升左右时发动机效率为最佳状态),江淮的工程师也听说了宝马的理论,但说法较为笼统,也没有测试数据进行证实,所以还不能确定这种理论的可靠性。而对于他们自己的这款发动机,工程师说,考虑到排量的限制(1.5升以下)和技术等诸多原因,目前1.5TGDi发动机缸径和行程的参数是基于早先瑞风S3的1.5L发动机(HFC4GB2.3D)的标准确定的。
此外,工程师表示目前他们还在这款机型的基础上研发更为节能的低功率版机型,目前发动机采用的是传统的奥托循环,未来通过改变配气机构等方式,使得发动机能够在奥托循环和阿特金森循环之间切换,发动机的压缩比从现有的9.7:1提高到11:1,从而提升发动机在低速工况下的经济性。这种做法我们在丰田的凯美瑞混动版车型上已经见到了。
●双顶置凸轮轴:双可变气门正时技术,采用无级调节。
1.5TGDi发动机采用双顶置凸轮轴设计,总成套件由舍弗勒提供。进排气凸轮轴均能够进行调节,以满足发动机不同工况下的配气需求。凸轮轴角度调节器由可变正时电磁阀控制,调节器内各“隐藏”着一组涡卷弹簧,通过液压角度调节装置和弹簧的相互配合实现改变气门的开合时间,并起到无级调节的目的,调节范围最大可达到50度。
从这张波形图上我们可以看到,在正常情况下(实线),气门重叠角非常小,而随着发动机负荷逐渐增大,通过调节凸轮轴的角度来改变气门开合时机(进气门提前打开,排气门延后关闭),进气门和排气门之间的重叠角度也逐渐增加。增加气门重叠角的好处就在于保证发动机在高负荷情况下排气顺畅,同时也让从进气门进入的新鲜空气尽快驱离气缸内燃烧过的废气,使进气更充分,排气更彻底。这便是配备可变气门正时技术的其中一个作用。
●排气门采用充钠工艺,提升抗热性。
凸轮轴与气门并不是直接接触的,而是通过气门挺柱传力的。在凸轮与气门挺柱长期接触中必然会使得挺柱表面产生一些磨损。为了让磨损更加均匀,凸轮与挺柱的接触面并非位于其中心,而是稍稍向一边偏转了一些,这样能够使得气门挺柱在运转过程中产生一定速率的旋转,保证磨损更加均匀。此外江淮还在研发表面经过耐磨处理的气门挺柱,预计不久之后便能够配备。
1.5TGDi发动机在进气侧和排气侧分别配备了8个进气门和8个排气门(每缸共4个气门,进排气侧各有2个),当排气门打开排出缸体内废气的时候,上百摄氏度的高温“烧灼”着不锈钢材质的气门杆,可能会引起排气门过热造成损坏。
采用充钠排气门(SodiumFilledValves)后,排气门内的钠金属熔点仅为97.7℃,从固态变为液态时能够吸收大量的热量。随着排气门上下运动,液态金属钠也会因上下运动而振荡,将吸收的热量传导到排气门上部。据工程师透露,采用充钠技术的排气门能将气门自身的温度降低约℃左右,从而解决排气门过热带来的一系列问题。
充钠排气门最早是应用在活塞式飞机发动机上的,排气门内的钠金属直径约2.5毫米,虽然用量不多,但制造成本可比传统排气门高不少。据透露,普通排气门8支采购价大约为60元一组,而同样的充钠排气门的价格要接近元,成本要贵出两倍还多。目前国外品牌采用这种技术的车企不在少数(如宝马、雪铁龙等都会使用),在中国品牌车型中的普及率也越来越高了。
●喷油系统:采用缸内直喷技术。
目前,江淮这款发动机仅采用了缸内直喷技术,通过一根高压油轨将燃油分配到各个气缸,由喷油器进行喷射。这套高压油轨和喷油器系统由知名零部件供应商德尔福(DELPHI)提供,每个喷油器采用6孔式设计,孔的尺寸大小不一,从而保证喷向不同区域混合气的浓度不一致,以达到与空气充分混合的目的。
喷油器位于发动机的侧面而不是顶部,这是目前主流的喷油器放置方式,其特点是能够很好地与空气流向配合,混合气的浓度也容易把控。此外,侧置喷油器对于火花塞的要求较低。通过建立单缸燃烧模型,江淮的工程师对照了顶置喷油器和侧置喷油器两种做法对于缸内燃烧的影响,最终他们的结论是两种布置方式对燃烧的影响并不大,但考虑到侧置喷油器在结构上更便于布置,于是他们依然选择将喷油器侧置。不过,侧置喷油器也会产生湿壁现象,少量汽油附着在气缸壁上,沿着活塞环与缸壁之间的间隙进入曲轴箱,对发动机的润滑系统造成污染。
据悉,为了实现国V排放的标准,喷油器的最大喷油压力被设定在了Bar。然而随着尾气排放要求日趋严格,执行国VI标准也只是个时间问题。对此,江淮的工程师们似乎并不在意,因为他们早已做好了应对的准备。据悉,若想实现更好的燃烧效果,燃油的雾化要求自然会更高。若真决定实施国VI标准,他们会将喷油器进行更换,最大喷油压力值能够提升到Bar,从而达到国家所要求的标准。
那么双喷射功能呢?工程师表示他们其实已经做出了配备双喷射系统的工程样机,并且随时可以进行量产。江淮的双喷射发动机即在现有机型的基础上增加一套用于歧管喷射的油轨和喷油器,并且在进气歧管上增加四个喷射口便能实现该功能。对于制造成本来说增加并不多,技术上也容易实现。但是考虑到市场实际需求以及江淮未来的产品战略,目前还没有将双喷射发动机投入量产的计划。
●市面上的燃油添加剂有用吗?工程师表示大部分没有什么用。
提到喷油系统和缸体部分时,我们也同时聊到了燃油添加剂的问题,我们的第一个问题是“添加剂是否真的有用?”工程师的回答也很干脆“有,但不全是!”具透露,在发动机研发的后期阶段,他们从市场上购买了数十种添加剂产品对发动机进行轮番测试,检查添加剂是否会对发动机的运转造成影响。得出的结论是,大部分网上购买的添加剂产品只能用“然并卵”来形容,但是不少原厂添加剂在清洁效果上还是能起到一定的作用的,所以我们建议大家如需购买添加剂的话尽可能选择在品牌4S店购买,网上或者加油站内买到的产品不一定靠谱
●活塞和连杆部分:没有配备平衡轴,仅靠曲轴的平衡性即可抑制机体振动。
考虑到混合气进入燃烧室后,气流的流向主要为垂直旋转,所以活塞顶部的造型进行了特殊设计,以满足工程师所说的“气流一边翻滚一边混合燃油”的作用。活塞环设计了一道气环和两道油环,这也是大多数发动机活塞环的配置。
此外,我们看到活塞与缸壁接触的区域被两块黑色的部分覆盖,这是为了降低摩擦损失而增加的石墨树脂复合涂层。据透露,该涂层是通过类似“印刷”的方式覆盖在活塞表面,其厚度也就几个微米。曲轴部分依然配备了8个配重块,并且没有设计平衡轴,相信这也是为了让发动机更紧凑而设计的。
●冷却系统:用一个节温器和两个钢片解决冷却难题,已申请企业专利。
发动机的冷却系统是工程师最为骄傲的设计之一。早先传统的发动机中,冷却水道的冷却顺序是先绕着缸体转一圈,之后防冻液才会流到缸盖上进行冷却,其缺点是缸体和缸盖的温度差异较难控制,而且由于缸体工作温度要比缸盖更高些(缸体和缸盖温度分别维持在℃和90℃左右为最佳),温度较低的防冻液先为缸体降温会很难保证两者的工作温度处于各自的最佳状态。一些厂家也发现了同样的问题,诸如大众在它们的发动机中分别设计了两套水路循环系统和两个节温器。目的是达到了,但是其结构则要复杂许多。
相比之下,江淮依然仅用了一个节温器和两个金属片就解决了防冻液流向问题。从水泵方向流入的低温防冻液首先沿着逆时针方向撞击到第一个金属片,由于金属片的阻力,防冻液会通向另一条没有阻碍的道路,即向上通往缸盖,首先为缸盖部分进行冷却。随后,这些防冻液会下降到缸体周围进行冷却,从而保证缸盖的温度始终低于缸体。这部分设计已经成为江淮发动机的专利技术,不过与双节温器+双循环系统相比,单节温器+双金属片的做法在温度控制上依然无法做得更精确。
●正时链条盖板:提升发动机刚性,底部集成了机油泵。
正时链条盖板为铝合金材质,在一定程度上起到了提升发动机机体刚性和保护正时链条的作用,而多数车型的发动机(如大众的EA发动机)由于缸体本身的强度就已经达到了设计要求,所以在正时链条盖板这部分使用了树脂材质。
盖板底部整合了机油泵,通过曲轴的转动带动机油泵工作,将机油输送到发动机内各处进行润滑。机油泵内是一组相互啮合的偏心转子,通过两者的转动和啮合“挤压”着机油向上运动,最后通过机油喷油口为缸体内各个部分进行润滑。
一般情况下,车厂会将机油泵作为一个独立的部件“挂”在缸体上。但对于江淮来说,将机油泵外置对于整机布置以及缩小发动机体积来说都有一定的难度,所以,厂家觉得集成式机油泵的设计还是非常有必要的。
●油底壳部分:铸铝油底壳降噪能力好。
与许多车辆采用的钢制油底壳不同,瑞风S5的油底壳为铸铝材质。工程师透露,采用铸铝材质主要是考虑到这种材料的降噪能力比钢板更好,这使得发动机的降噪能力也会得以改善。此外,铝合金的传热性也要优于钢材,再加上油底壳上的多条散热槽设计,在一定程度上也能起到为机油冷却的作用。
不过,许多消费者担心,由于油底壳一般都放置于车辆底部,通过破损路面时一不小心发生“托底”的可能性很高,而铝材的延展性又逊于钢材,在遇到托底的时候会不会更容易造成油底壳损坏导致车辆“趴窝”。对此,工程师表示铸铝材料在设计时已经考虑到了强度要求,只要不是“撞”上去的,正常碰擦铝制油底壳依然能够应付。
此外,油底壳与缸体之间配备了一个铝合金材质的金属挡板,该部件通过螺栓与铸铁缸体固定,其主要功能是起到防止油底壳内留存的机油被搅动的作用,诸如当车辆转弯时,机油会偏向一边,这块挡板就会尽可能保证机油液面差不至于太大,避免机油泵吸不上油。此外,它还能提高发动机的刚性和强度。
●文章总结:
此次我们拆解的江淮1.5TGDi发动机是厂商最新、最具技术含量的产品,在技术能力和研发水平上可以说已经有了江淮的想法和特点。诸如我们前文提到的集成式机油泵、特殊设计的冷却水道等也看出厂商对这款发动机给予了厚望。
除了已经上市销售的瑞风S5等乘用车之外,官方也透露这款发动机的应用范围也将会越来越广泛,这其中就包括即将上市的中型车瑞风A60。而在技术层面上,这款发动机还将进一步扩展出可实现阿特金森循环的低功率节油机型以及混合动力机型,成为江淮更多乘用车型的动力选择。不仅于此,江淮甚至还在考虑将其纵向布置,为后驱的MPV、轻卡等车型提供动力(江淮已经研发出了适用于纵置发动机所使用的DCT变速箱)。当然,想要将一款动力系统衍生出这么多“变种”在短期内还是无法实现的,新机型也要经受多年的市场考验,不断改进变得更为成熟,只有这样才能为自己赢得更多人的信赖。