捷豹路虎全新2.0發(fā)動機技術(shù)亮點(下)

◆文/北京 楊景槐

(接2017年第11期)

四、進氣和排氣系統(tǒng)

1.集　成排氣歧管

集成排氣歧管如圖11所示，其優(yōu)點是在輕量化以及更加高效的熱傳遞共同作用下，燃油油耗和排放量得以降低，渦輪增壓器的響應(yīng)也有所改善。

圖11　集成排氣歧管

2.渦　輪增壓器

渦輪增壓器如圖12所示。渦輪增壓器是雙渦道，增壓器具有兩個單獨的進口，分別連接到為渦輪機供氣的兩個不同渦道。這種設(shè)計可分離來自汽缸1和4與汽缸2和3的廢氣脈沖，防止汽缸之間的廢氣脈動干擾，這讓能量高效地傳遞至渦輪機，從而實現(xiàn)快速油門響應(yīng)和更出色的燃油經(jīng)濟性。

壓縮機殼體頂部有一個電動渦輪增壓器廢氣旁通閥執(zhí)行器，該執(zhí)行器用于打開和關(guān)閉廢氣旁通閥。該電子執(zhí)行器由一個直流電機進行驅(qū)動，利用來自PCM 的正極和負(fù)極PWM 控制實現(xiàn)雙向驅(qū)動。該執(zhí)行器還包含位置傳感器，用于向PCM 反饋。如果電機或位置傳感器發(fā)生故障，則廢氣旁通閥將會失控，并導(dǎo)致增壓空氣壓力不上升。結(jié)果，發(fā)動機將會發(fā)生性能損失。0占空比等于完全打開；100%占空比等于完全關(guān)閉。

3.渦　輪增壓器壓縮機再循環(huán)閥

渦輪增壓器壓縮機再循環(huán)閥如圖13所示。該閥位于增壓空氣管道內(nèi)，該管道將壓縮機出口連接至增壓空氣冷卻器。在節(jié)氣門

圖12　渦輪增壓器

從打開到突然關(guān)閉期間，該閥允許來自壓縮機后方的加壓空氣再循環(huán)流至壓縮機進口(在CVVL系統(tǒng)操作期間，節(jié)氣門關(guān)閉或進氣門關(guān)閉時都會存在增壓空氣壓力)。如果沒有此閥，則加壓空氣將會穿過壓縮機回流到進口，導(dǎo)致壓縮機浪涌。壓縮機再循環(huán)閥包含一個電磁閥，該電磁閥帶有一個12V電源，并且由PCM在接地側(cè)通過PWM進行控制。電磁閥處于打開或關(guān)閉位置，無中間位置，并不直接監(jiān)測故障檢測。兩個岐管絕對壓力和溫度(MAPT)傳感器用于監(jiān)測可能的故障條件并在PCM中設(shè)置相關(guān)故障診斷碼(DTC)。PCM感測進氣系統(tǒng)內(nèi)的壓力振蕩，以檢測卡在關(guān)閉位置的情況；PCM感測進氣系統(tǒng)內(nèi)壓力未提高的狀況，從而檢測卡在打開位置的情況。如果發(fā)生電氣故障，電磁閥將轉(zhuǎn)到打開位置。

4.增　壓空氣冷卻器

增壓空氣冷卻器如圖14所示。進氣分配系統(tǒng)利用水冷增壓空氣冷卻器來控制從雙渦道渦輪增壓器進入進氣歧管的空氣溫度。系統(tǒng)通過保持正確的進氣溫度，可確保發(fā)動機中吸入了正確密度的空氣。該系統(tǒng)帶有自己的冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)包括一個獨立的增壓空氣散熱器和一個增壓空氣冷卻液泵，并且由PCM通過PWM信號進行控制。從增壓空氣冷卻器頂部到主散熱器頂部的一根管道構(gòu)成了與主冷卻回路的唯一連接，用于系統(tǒng)的加注和放氣。

圖13　渦輪增壓器壓縮機再循環(huán)閥

圖14　增壓空氣冷卻器

五、連續(xù)可變氣門升程(CVVL)

1.連　續(xù)可變氣門升程(CVVL)概述

Ingenium I4 2.0L汽油發(fā)動機是首款配備高度創(chuàng)新連續(xù)可變氣門升程(CVVL)系統(tǒng)的JaguarLand Rover 發(fā)動機。CVVL是一個電動液壓系統(tǒng)，允許發(fā)動機在工作循環(huán)的任何點上盡可能有效地產(chǎn)生最大功率和扭矩。該系統(tǒng)會持續(xù)調(diào)節(jié)進入汽缸的氣流，使得發(fā)動機在任何轉(zhuǎn)速或負(fù)載條件下均可根據(jù)需要實現(xiàn)流暢的功率傳送。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速不高時，CVVL可以提供較低的進氣門升程，而當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速很高時，它可以逐漸提供更高的氣門升程。通過讓發(fā)動機以最大效率進行呼吸，油門響應(yīng)得到顯著提高，而二氧化碳排放得以減少。此外，與上一代發(fā)動機相比，現(xiàn)在該發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性可以提高5%。通過與雙VCT相結(jié)合，該系統(tǒng)可提供最大的操作靈活性，同時也幾乎沒有什么犧牲。

通過延遲打開氣門或提前關(guān)閉氣門，CVVL總成最終將會控制進入汽缸的空氣量。該系統(tǒng)共有四種工作模式，如圖15所示。

(1)全升程模式：在凸輪軸的傳統(tǒng)方式控制下，氣門完全打開和關(guān)閉。此模式用于高發(fā)動機轉(zhuǎn)速下，以便獲得最大發(fā)動機功率。

(2)進氣門延遲打開模式(LIVO)：在啟動發(fā)動機和怠速運轉(zhuǎn)期間，延遲進氣門的打開。氣門打開時間較短，并且升程較小，從而可以精確控制地送入汽缸的準(zhǔn)確空氣量。因而在怠速運轉(zhuǎn)期間，燃油經(jīng)濟性得到改善。在冷啟動期間，只有少量的冷態(tài)空氣進入汽缸，這意味著發(fā)動機更加容易啟動。

(3)進氣門提前關(guān)閉模式(EIVC)：在低至中等發(fā)動機轉(zhuǎn)速期間激活。在凸輪軸輪廓以正常方式關(guān)閉進氣門之前，系統(tǒng)會以液壓方式關(guān)閉進氣門。這將會減少泵氣損失，提高發(fā)動機輸出并防止燃油混合物意外回流到進氣口。

(4)復(fù)合模式：在極低的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負(fù)載條件下，系統(tǒng)將會綜合使用LIVO模式和EIVC 模式，以便實現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒。

圖15　CVVL工作模式

2.C　VVL部件和工作原理

連續(xù)可變氣門升程單元如圖16所示，CVVL 總成是一個不可維修的單元，由十個螺栓固定到凸輪軸支座的頂部。進氣凸輪軸通過四個小型機油泵(對四個液壓蓄能器進行增壓)來控制氣門的打開，而不是直接進行操作。它們充當(dāng)凸輪軸和進氣門之間的液壓緩沖器。如果不需要氣門全升程，則通過電動電磁閥從每個蓄能器處釋放機油，從而降低凸輪軸的提升效果。

圖16　連續(xù)可變氣門升程單元

CVVL單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖17所示，油路工作原理如圖18所示。當(dāng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)時，凸輪凸角升程轉(zhuǎn)化為泵活塞的移動，從而在該單元內(nèi)產(chǎn)生液壓壓力。高壓室是泵活塞、制動單元和電磁閥之間的液壓連接，該處的壓力最高可以達到150bar(1bar=105Pa)。當(dāng)電磁閥關(guān)閉時，機油充當(dāng)“液壓推桿”，通過制動單元打開進氣門。當(dāng)電磁閥打開時，高壓室中的一些機油壓力將會釋放回中間壓力室，有效地“縮短”了“液壓推桿”的長度和氣門升程量。當(dāng)電磁閥打開時，蓄壓器將釋放的機油送回高壓室，確保該腔室具有恒定的經(jīng)過除氣的機油供應(yīng)。制動單元也充當(dāng)液壓氣門間隙調(diào)節(jié)器(HLA)，也會調(diào)節(jié)氣門關(guān)閉速度。當(dāng)打開電磁閥以提前關(guān)閉進氣門時，氣門彈簧導(dǎo)致氣門進入不可控階段。在這個“不受控”的行程階段，因為氣門不會隨著凸輪輪廓而關(guān)閉。為了防止因為關(guān)閉速度過快而損壞氣門，制動單元充當(dāng)液壓制動器以確保氣門能夠平順可控地落座。電磁閥開關(guān)時間由PCM根據(jù)由現(xiàn)有傳感器計算得出的發(fā)動機負(fù)載值進行控制。CVVL溫度傳感器是唯一一個為此系統(tǒng)加裝的傳感器。

圖17　CVVL單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖18　CVVL單元油路工作原理

CVVL系統(tǒng)中使用了四個電磁閥，每個汽缸一個。每個電磁閥都具有由PCM 提供的專用電源和接地，并且用脈寬調(diào)制(PWM)控制方式來調(diào)節(jié)其位置。為了讓電磁閥快速動作，我們開發(fā)了一種具有最小可能的電流要求的特殊工作策略。這導(dǎo)致電流波形分為幾個階段。CVVL電磁閥控制電流和氣門升程如圖19所示，實測控制壓和電流如圖20所示。

圖19　CVVL電磁閥工作電流

圖20　CVVL電磁閥實測控制壓和電流

(1)靜止時，電磁閥處沒有電流供應(yīng)，并且處于打開位置。

(2)在激活的第一個階段，電磁閥得到電流供應(yīng)，在此階段，電流會讓電磁閥預(yù)先磁化，但是不會讓其動作。

(3)為了確?？焖贉?zhǔn)確地完成通電程序，在確切的開關(guān)時刻，將會對其施加增大的電流。該時刻由PCM根據(jù)當(dāng)前工作條件的傳感器輸入確定。

(4)在電磁閥完全激活后，電流會減少至保持電流，該電流將電磁閥保持在關(guān)閉位置。根據(jù)工作條件，PCM軟件將會再次控制電磁閥打開的時間點，在這一時刻，系統(tǒng)將會完全斷開保持電流。

如果CVVL電磁閥發(fā)生故障，則相關(guān)汽缸上的氣門升程將會完全消失，發(fā)動機將會進入自我保護模式，利用三個剩余的汽缸來運行。駕駛員將會體驗到缺火和性能下降。

注意：無法單獨更換CVVL電磁閥。如果電磁閥發(fā)生故障，必須更換整個CVVL單元。

3.電　子節(jié)氣門

電子節(jié)氣門位于增壓空氣冷卻器連接管道與進氣歧管之間。在正常工作條件下，CVVL系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)吸入發(fā)動機的空氣量。但是，會出于以下原因而保留電子節(jié)氣門。

(1)發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時，使用電子節(jié)氣門降低進氣歧管壓力，以免除需要極少量的氣門升程和持續(xù)時間的必要性，否則將會導(dǎo)致汽缸充氣不均勻以及充氣控制精度變差。

(2)系統(tǒng)不斷改變電子節(jié)氣門開度以維持所需的進氣歧管壓力，以便提供最佳的燃油效率設(shè)置并幫助汽缸凈化氣流。

(3)如果CVVL系統(tǒng)發(fā)生故障，電子節(jié)氣門將會提供功能安全超控。

根據(jù)故障原因，CVVL系統(tǒng)可以采用全氣門升程操作并與傳統(tǒng)節(jié)氣門控制一起控制進氣。加速器踏板與帶電子節(jié)氣門控制的蝶形閥之間沒有任何機械連接。而是由節(jié)氣門位置傳感器(TPS)連續(xù)讀取蝶閥的位置，該位置由PCM 通過直流(DC)電機控制。

4.維　修注意事項

制動單元是一個從動缸，用于通過液壓氣門間隙調(diào)節(jié)元件將泵的液壓壓力轉(zhuǎn)換為進氣門的移動。如果從汽缸缸蓋上拆下該單元，則氣門間隙調(diào)節(jié)將被重置。如果必須拆下和重新安裝CVVL單元，則必須使用Jaguar LandRover專用工具重置制動活塞。重置該單元并拆下工具后，請目測檢查以確認(rèn)活塞在套筒內(nèi)落座。該工具會將制動單元從位置A重置到位置B，如圖21所示。

圖21　制動單元重置