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剖析BMW与PSA联合开发的四缸汽油发动机技术(三)
来源:汽车维修与保养  作者:佚名  2017-12-11 09:26:08

    2.128kW标定功率机型
  (1)动态性能
    搭载标定功率为128kW、5 000r/min机型的MiniCooperS级轿车是目前顶级功率的车型。即使其具有80kW/L较高的升功率,但是在1 600r/min转速时就已达到了240Nm最大扭矩,因此该车以其低速范围内的强劲动力和驾驶灵活性令人折服。由于其具有足够的动力储备,在日常行驶时即使在环境温度高和燃油品质较差时仍能确保必要的动力性能,这使得MiniCooperS级轿车更显示出其优势。
    应用双涡道废气涡轮增压器、短的进排气门配气相位、单个进气凸轮轴相位调节器与低速时有利的扫气策略相结合以及不易爆震的稳定的燃烧过程是达到开发目标的重要因素。短的排气门配气相位与排气质量流量通过双通道导入涡轮相结合提高了涡轮效率,明显有助于提高其响应特性。进气相位的设计与四缸排气分成两组进入涡轮相结合使得自然吸气发动机获得了较高的基础扭矩,并加快了增压器转速的提升。借助于缸内直接喷射,低速时汽缸前后的正扫气压差能够转化成化学计量成分的废气,废气质量流量也相应增大,使得增压器在低速时就能够建立起增压压力,从而在1 600r/min时就达到了240N m最大扭矩,同时驾驶员在1 700~5 000r/min范围内能够利用增压器的超增压功能来提高动态性能,使得扭矩在短时间内能提高20Nm(图19),图19中彩色粗线条示出了与其他发动机相比所显示出的优势,特别是低速时的稳态扭矩。

  (2)效率
    与功率相同的自然吸气发动机相比,增压机型在平常运行时总是将运行工况推移到低速较高的负荷,因此设计任务书要求在获得高的动态性能的同时,不仅要具有非常出色的部分负荷燃油耗,而且也要具备适当的负荷燃油耗。
    在部分负荷时,以下一系列措施起到了决定性的作用:基于所应用的燃烧过程具有高的抗爆震性,选择了10.5:1的压缩比,同时直接在进气门前面进气道下部配备了导流板,并减小进气道上部的容积,由此所产生的宏观充量运动在点火时刻前不久转化成涡流,使得混合汽均质化并快速燃烧,相应就能应用进气凸轮轴相位调节器来实现较多的内部废气再循环并减少换气功。燃烧室设计的目标在于尽可能减少燃烧室顶部的容积,从而能避免重新设计活塞。
    同时,对于喷油器顶端区域给予了特别的关注,因为喷射油束区域内的湿壁现象将给燃油耗和废气排放带来不利的影响。火花塞选择了一种具有细中心电极的空气火花塞,这种火花塞在残余废气相容性、全负荷时的爆震敏感性和催化器加热时的燃烧稳定性等方面显示出了最佳的效果。
    在全负荷时,燃烧过程的高抗爆震性、低转速时正的扫气压差使得残余废气最少、相对较短的进排气配气相位、选用排气背压较小的废气涡轮以及降低外围设备部件的摩擦损失等方面的措施对获得低的燃油消耗水平起到了决定性的作用。
    此外,增压机型还从基础发动机和冷却系统诸如尽可能降低所有零部件中的摩擦、可调式机油泵以及按特性曲线场控制的节温器等方面的措施得到了好处。
    最佳运行工况点燃油消耗与竞争机型的比较时,128kW增压机型的最低燃油耗明显处于分布带的低端,而且突出的特点是其特性曲线场中接近最佳点燃油耗的范围宽广(图20)。 n=2000r/min和We=0.2Kj/L运行工况点的燃油耗处于非常好的水平,与竞争的增压机型相比其燃油耗值是最低的。

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