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剖析BMW与PSA联合开发的四缸汽油发动机技术(二)
来源:汽车维修与保养  作者:佚名  2017-10-18 07:50:05

    6.模块化辅助设备传动机构和热管理
    原则上,辅助设备传动机构的使用寿命最短设计为240000km,它们被分成两个相互独立的功能模块,分别适用于各自的发动机型及其配套车型。
    模块1由一根长度为905mm的6筋三角皮带传动,如图10所示。发电机功率在150A以下可以取消附加的导向轮,而在无空调压缩机的发动机上可以取消张紧轮,发电机的传动则仅由一根长度为648mm的实心皮带来实现。因首次应用了单臂扭簧张紧器,所以它使所有型号的发电机都能够直接固定在汽缸体曲轴箱上,缩短了发动机长度。

    模块2通过一个由曲轴传动皮带背面的中间摩擦轮来实现冷却水泵的传动。在增压机型上,该中间摩擦轮始终处于啮合状态,而在自然吸气发动机上,该摩擦轮固定在一个悬臂上。通过一个电控偏心轮机构可改变这个摩擦轮的位置,另外可以用纯机械方法确保中间摩擦轮与曲轴传动皮带背面之间必要的压紧力或者脱开传动。在暖机阶段可使中间摩擦轮脱开传动,因而能够主动参与发动机的热管理,冷却水泵脱开传动可以使得发动机机油热得更快些,并能够降低摩擦功率。应用可接合/分离的冷却水泵并按特性曲线场脉谱图控制冷却可实现连续的热管理,这在此种类型发动机上绝对是新颖的,且对降低燃油耗和CO2排放作出了重大的贡献。冷却水泵的这种传动方式使得作用在水泵上的静态和动态力要比通常的三角筋条皮带传动低许多倍,因此水泵壳能够用塑料制成,水泵轴的支承也能够简化。
    7.摩擦功率
    该汽油机对于每个子系统都预先确定了专门的摩擦功率目标。在所有部件的开发中都仔细地进行了摩擦功率试验,对出现的目标偏差进行分析,并采取了改进措施。虽然发动机的技术比较复杂,但是从总体上来说,该机的摩擦功率较低,优于平均水准,对达到燃油耗目标作出了重要贡献。
    曲柄连杆机构是发动机摩擦功率的最大消耗者,因此改善这些部件的摩擦对整台发动机摩擦性能的影响是最大的。曲轴的设计总是在较小的轴承直径、足够的曲轴刚度和无懈可击的性能之间寻找最佳的折中。因此,已将所有功率等级机型的主轴承直径从50mm减小到45mm。活塞环组也经过不断地优化,整套活塞环组的最大切向力降低到40N就表现出非常有利的效果。所有这些措施使得曲柄连杆机构机构的摩擦功率处于分布带的下端,如图11所示。而飞轮的不平衡会对摩擦功率产生另一种影响,因此已通过减小飞轮不平衡度的最大容许公差来限制这种影响。

    两种气门机构功率消耗的比较表明:
    (1)由于自然吸气机型所用的全可变气门机构全部采用了滚针轴承,因此即使其运动件的数目明显较多,但是在最大气门升程时其摩擦功率消耗还是处于较好的水平;
    (2)在最小气门升程时其消耗的摩擦功率还能再减小多达25%。用户行驶运行工况时间最多的负荷区间处于怠速与部分负荷之间的范围内,因此较大的节油效果也是在该负荷工况范围内获得的。
    通过零件持续不断地优化,已将全可变气门机构因工作原理所决定的较大的摩擦功率降低到了可接受的水平,如图12所示。

    为了使自然吸气机型所采用的进排气双凸轮轴相位调节器能快速地响应,必须在最高容许机油温度下即使在怠速运行时也能提供足够高的机油压力。在初期设计阶段,曾应用过一种压力可调节的机油泵方案,它能在泵油量与功率消耗之间获得可接受的折中,但是为了在接近怠速的运行范围内能达到泵油量的目标值,则必须应用尺寸明显较大的机油泵,如图13所示,因此决定选用体积流量可调式机油泵。从图13中可清楚地看出,从2 000r/min转速起其消耗的功率大大降低,通过诸如精细地调整齿轮组等其他一些措施还能将2000r/min转速基准点的功率消耗降低大约30%。暖机运行时,在发动机机油粘度较高的情况下,即使在低转速时,通常体积流量可调式机油泵也明显占优势,因此不仅在用户实际运行中,而且在欧盟燃油耗试验循环中燃油耗也降低了。

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