B4204Tx系列发动机是沃尔沃精心研发的全新发动机体系架构,拥有多种版本,计划在2013年第46生产周至2015年第46生产周内,逐步取代7种现有的发动机系列。在2013年第46生产周中首先推出了B4204T9/T10/T11/T12/T15这5款汽油发动机,它们均基于同一款排量2L的直喷增压式4缸发动机研发而成,输出功率在164~228 kW之间(表1)。
该系列发动机不仅输出功率更高,而且油耗及污染物排放也显著降低,满足2013-2017年度实施的全球排放要求(Euro6b、LEVIII和PZEV)。与现有发动机比较,新款发动机还能让每辆车质量减轻30~50 kg。这些发动机可以装备M66型6挡手动变速器,也可以装备TG-81 SC型自动变速器(这是一款基于TF-80SCISD变速器的8挡自动变速器)。
一、增压系统
B4204Tx系列发动机配备了2种增压系统,其中B4204T11/T12/T1 5的增压系统仅由1个涡轮增压器构成(图1),而B4204T91T10则配备了由涡轮增压器和机械增压器构成的组合式增压系统(图2)。
1.机械增压器
B4204T9/T10发动机在2 100 r/min的低转速下即可产生400 N·m的最大扭矩,为使相对较小的发动机在非常低的转速下产生如此高的扭矩,这2款发动机采用了一个由曲轴驱动的机械增压器(图3)。这一机械增压器由伊顿(Eaton)公司提供,基于罗茨(Roots)原理工作,通过将多于发动机当前使用量的空气压入进气歧管形成过充,从而在进气歧管内产生高于当前大气压力的压力。
增压器壳体内有2个四叶片式螺旋转子,它们通过免维护的滚子轴承和滚珠轴承安装。2个转子完全由齿轮驱动,彼此间并不接触。增压器由曲轴通过皮带和电磁离合器进行驱动,可从曲轴获取12~30 N·m的扭矩。一组齿轮装置用以提高转子的转速,在3 500 r/min的曲轴转速时,增压器的转速约为23 000 r/min。整个齿轮装置浸在50 mL的润滑油内。
2.电磁离合器
机械增压器通过一个电磁离合器 (图4)与曲轴连接,其设计非常类似于空调压缩机的离合器。为了以受控方式执行接合并确保特定的滑移量,发动机控制单元(ECM)通过12V脉冲宽度调制(PWM)信号调节磁场强度,使摩擦片轴向移动,将皮带轮连接至增压器输入轴,控制增压器接合与断开。接合过程需要0.5 s左右,接合过程中发动机扭矩降低,以减少产生浪涌的风险。需要断开增压器时,ECM停止向线圈供电,磁场消失,摩擦片通过回位弹簧返回初始位置。
机械增压器通常在怠速运转时接合,以确保良好的响应能力。但当“ECO+”功能启用时,机械增压器在怠速运转时断开,并在驾驶员的扭矩请求达到200 N·m或更高时接合。
如果驾驶员向ECM发送的扭矩请求高于130 N·m,且此时发动机转速低于2 400 r/min,机械增压器会接合。如果扭矩请求降至90 N·m以下,机械增压器则会断开。转速高于2 400 r/min时,机械增压器仅在驾驶员的扭矩请求超过涡轮增压器的独立供应能力时接合。机械增压器可以承受的最大发动机转速约为3 500 r/min,高于这一转速时,机械增压器始终会处于断开状态。