从1.2THP看小排量发动机如何小鬼当家

2015-02-09 18:58:45来源: 车云网

    调研数据表明,未来5年,涡轮增压发动机排量将逐渐下探到1.4L、1.2L。2019年到2020年,1.2T在市场中的份额预计将占到15%到16%之间,成为细分市场的主流排量。对于此,车企们都有先手准备,福特的1.5T、通用的1.4T以及大众的1.2TSI都将会在年内进入中国。而一向在小排量发动机上颇有心得的PSA,THP家族中也迎来了一个新成员——1.2THP。

    说来很好理解,小排量对于降低发动机的碳排放,是个捷径。只不过,这是应对法规的招数。要想将其顺利推向市场,动力性能、油耗表现自不必说,对于1.2升发动机而言,还需要考虑三缸发动机的振动与平顺。这要怎么解决?从1.2THP身上,或许我们能看到一点端倪。

 

 不能被牺牲的动力性能

    1.2THP引入国内之后,东风雪铁龙将其定位为明星产品,会与EMP1、EMP2以及目前的二号平台进行匹配,适配至少20款车,除了508这种长轴距车型,其他车型都会用到。而这给发动机带来的第一个难题就是,如何在排量减小的时候,不牺牲动力性能。

    当然,这个稍微有点常识的都知道,用涡轮增压啊。而再有常识一点的更是知道,涡轮增压有两个弊端,涡轮迟滞和过热。

    此前车云菌聊过1.6THP,这款由PSA与宝马合作的发动机上涡轮迟滞的问题就被一个双涡道小质量涡轮给解决了,涡轮介入转速在一千转左右,并能够在1400转的时候达到峰值扭矩。1.2THP并不是与宝马合作的产物,而是由PSA自主研发,不过也借鉴了一些在1.6THP上的经验。

    因为是三缸发动机,1.2THP上并没有采用双涡道涡轮,而是将排气歧管集成到了缸盖之上,并且歧管在缸盖之外的部分直接与涡轮相连接,能够让排气更快达到涡轮,再配上一个小质量的涡轮,由此来让涡轮尽早介入。据东风雪铁龙1.2THP项目技术负责人姚亮介绍,这款发动机涡轮同样在1000转开始介入工作,在1750转达到最高扭矩230牛·米。

集成式缸盖(图中缸盖正在生产线上等待加工)

    在过热问题上,1.2THP采用了与1.6THP相同的方法,在涡轮上增加了一个独立电动水泵,能够在发动机停止转动之后,继续工作对涡轮进行冷却,冷却时间视发动机工作状态而定。

    除了涡轮增压之外,缸内直喷和进排气双可变正时也是保证输出动力的必选项目。

    1.2THP的直喷系统同样被集成在缸盖之内,与其他直喷系统不同的是,1.2THP能够在低转速(3000转以下)和高负荷的时候进行三次喷射——进气、活塞下止点和活塞上止点,即在发动机的进气、进气完毕和压缩完毕三个时间点分别进行一次喷射(进气时为主喷射),最后一次喷射时间根据点火时间确定,以此来让空气与油雾混合充分,提升燃烧质量。

    双可变正时系统中,进气可调整角度为70°,排气可调整角度为50°,大幅度的角度调整意味着进排气时间可以与工况进行更加优化地匹配。

    东风雪铁龙引入国内的1.2THP是100千瓦的高功率版本,引入时,有针对中国路况进行调整。比如压缩比就从欧版的10.5降低到了9.5,避免因为油品问题而产生爆震。而且对于国内在用的一些特殊油品,比如甲醇汽油和90号汽油等,则是在功率上进行了限定,来降低其对发动机寿命的影响。

必须进一步降低的油耗

    要说小排量在碳排放、油耗上是有先天优势的,不过单纯靠这个先天优势还无法达到法规要求的标准。为了更进一步降低油耗,1.2THP采取了主流的三大措施——轻量化、热管理和摩擦力优化设计。

    对于发动机而言,轻量化和摩擦力优化就在于紧抠细节。

    轻量化方面,1.2THP使用全铝合金缸体,与1.6升自然吸气发动机相比,重量减小了3.8公斤;活塞同样为铝合金材质,中空、活塞销偏置,承受推力和非承受推力面采用不同的设计宽度;发动机整体采用集成化设计,排气歧管、高压油泵安装、喷射系统和曲轴箱的通风系统均集成至缸盖上。

中空设计的活塞

    至于降低摩擦力,则主要是靠涂层。气缸内的混合式缸套有带铝涂层,在气门挺柱、活塞销和活塞等关键动部件上,有DLC类金刚石涂层;活塞裙部也有一层石墨涂层,降低在极限状况下活塞裙部与缸套之间的摩擦。此外,活塞销与曲轴均采用偏置设计来降低其受到的侧压力。

    还记得在EA888上,排气歧管集成至缸盖还是个很奇葩的设计方式。这种方式的好处很明显,可以提高发动机的暖机效率并让发动机结构紧凑,也随着小型化的趋势成为主流。不过也有一个显而易见的弊端,那就是因为排气温度过高,对于缸盖的冷却系统,有更高的要求。

    在1.2THP上,一方面通过采用空气淬火的方式来提升材料的延展性和强度,另一方面采用了中空充钠的排气阀以及ECU控制的电子节温度来配合发动机工况调节冷却时间和效果。冷却效果提升还有一个隐藏的好处,那就是进入涡轮的排气温度同样得到了降低,某种程度上改善了涡轮的工作环境。

    据东风雪铁龙1.2THP项目组总监介绍,这款发动机的第一款适配车型是C4L,预计油耗为5.4升。

三缸机的振动与平顺

    小排量发动机在碳排放上有先天优势,但是三缸发动机在振动上则有着先天的劣势。因而,为了降低振动,提升平顺性,1.2THP上并没有少下功夫。

    在正时系统上,一直有皮带和链条之争。链条的优势在于寿命长,而皮带则的好处在于噪音和振动更小,1.2THP上使用的就是正时皮带。不过为了延长其寿命,这个正时皮带为封闭式,在正时面罩盖的内部,能够与润滑油接触。但是湿式皮带使用时间长了,会因为油气存在而出现打滑现象,故而这里皮带上还有一层特殊涂层,来避免此现象出现。

    三缸发动机为了平衡曲轴的振动,必须有平衡轴,1.2THP上平衡轴使用了两个平衡块,通过解耦式齿轮与曲轴做反向转动来进行平衡。这套平衡系统东雪称之为无声平衡系统,为啥捏?关键就在这个齿轮上,齿轮分内外两圈,在外圈与内圈之间有一层橡胶圈,用来吸收振动。另外在飞轮上也采用了类似的设计,只不过橡胶圈变成了阻尼弹簧,连接飞轮的两个质量块,传递到第一个质量块的动力不平衡性会被阻尼弹簧降低,之后再通过第二个质量块传递到变速箱。

解耦式齿轮(旁边双圈齿轮为早期设计版本)

    此外,1.2THP上还有一个双向的转速传感器,能够根据ECU的指令判断出发动机的停止位置,减少发动机再次启动时的时间,能够与STT(智能启停系统)和DCT相匹配。

小结:

    一款小排量(尤其1.2或更小排量的三缸机)要想能够推向市场,必须要能够在满足环保法规的情况下,同时兼顾动力性能、振动和平顺,也就是说,要能够拉得动大车,要有很好的驾驶体验,油耗还不能高。在这样的要求下,基本上套餐就可以敲定了:涡轮增压是肯定的,轻量化是必须的,摩擦力优化是自然的,更好的热管理系统是需要的。

    其实如果仔细比对一下就会发现,不管是1.2THP,还是大众通用的1.4T或者福特的EcoBoost系列小排量发动机,在解决这些问题时,基本上不约而同地采取了类似的大方向,不同之处仅在细节而已。虽然很遗憾以后或许很难再见到V8甚至V6,但是小发动机要做到极致,更考验车企们的细节能力。

关键字:2thp  排量  发动  发动机

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2015/0209/article_10449.html
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