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长城1.5T发动机技术解析:中置直喷布局,CVVL技术加持

时间:2018-06-13   作者: XCP陈函 

长城1.5T发动机技术解析:中置直喷布局,CVVL技术加持

长城自主研发的新1.5T发动机其实已经用了大半年了,在去年11月广州车展上市的哈弗H6 1.5T车型就是搭载的这款新发动机。相比上一代的GW4G15B发动机,这款基于长城最新的EB发动机平台研发、代号GW4B15的新发动机最大功率由110千瓦上升到了124千瓦,最大扭矩由210牛米上升到了285牛米,同时最大扭矩输出平台由2000-4500rpm提前到了1400-3000rpm,搭载到H6上工信部综合油耗由7.4L/100KM下降至6.8L/100KM,数据上的提升是非常明显的。

横向对比市面上主流的1.5T发动机,长城的这台新发动机的各项数据也是可圈可点的,那么这台新发动机到底有什么技术亮点呢?近些年一直对技术研发信息秘而不宣的长城这次终于也拆了一次发动机,并且安排了一场无问不答的技术交流,不仅让我们深入了解了这台代表着长城目前最强技术实力的GW4B15发动机,同时也全面了解了长城未来发动机的研发方向。

自主品牌首款CVVL发动机

长城1.5T发动机技术解析:中置直喷布局,CVVL技术加持

“没有CVVL,就没有4B15”,负责该发动机研发的项目经理向我们转述了当年魏老板对这个项目的批示,可见CVVL对于这台发动机的重要性。CVVL,即连续可变气门升程技术,虽然这项技术并不是什么新鲜玩意,但实际上在中低端民用车领域却很少有车型应用,其主要原因,一是调校难度大,二是成本高。目前最热衷于使用CVVL技术的厂家,非宝马莫属,而长城的这套CVVL技术的原理,与宝马的Valvetronic技术是非常接近的。

长城1.5T发动机技术解析:中置直喷布局,CVVL技术加持

【以上视频和图片为宝马Valvetronic系统原理,以便直观了解CVVL技术工作原理】

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【长城CVVL机构】

为了实现进气门升程的控制,长城同样在进气门滚子摇臂和凸轮轴之间加入了中间摆臂,并使用一根偏心轴去控制中间摆臂的位置,而通过中间摆臂处于不同位置时与气门滚子摇臂接触位置的不同,改变凸轮轴运转时气门开启的行程大小。而偏心轴转动的角度是由CVVL控制电机通过蜗轮蜗杆机构驱动的,为了精确掌握偏心轴的位置,在与偏心轴同轴的蜗轮处和CVVL电机处各设置了一个位置传感器,保证偏心轴的转动量实时可控。通过这套系统,这台4B15发动机的进气门可实现在最大升程8.64mm和最小升程0.8mm之间的连续控制。

简单点说,就是原来气门是由凸轮轴直接驱动的,当凸轮转到凸起一面时气门就被顶开,CVVL技术就是在气门和凸轮轴之间加入辅助的零件,使凸轮转到凸起面时气门被顶开的大小可以变化,而长城和宝马选择的都是加入电机、蜗轮蜗杆机构、偏心轴、中间摆臂的方案。

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【宝马Valvetronic系统】

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【长城CVVL机构

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【长城CVVL机构

不过虽然长城与宝马的CVVL技术方案基本相同,但是机械结构上还是有明显的差异,宝马的CVVL电机布置在偏心轴中部,偏心轴位于中间摆臂上方,凸轮轴位于中间摆臂中部;而长城的CVVL电机位于偏心轴一侧,偏心轴位于中间摆臂中部,而凸轮轴位于中间摆臂上方。长城使用的结构的优势在于结构相对简单,维修方便,侧置的CVVL电机可要比宝马的中置电机好拆多了。而缺点就是偏心轴位于中间摆臂中部,使得摆臂的位置调节范围相对要小一些,宝马的Valvetronic可实现最大行程9.9mm,最小行程0.18mm。

长城1.5T发动机技术解析:中置直喷布局,CVVL技术加持

前面提到,CVVL最大的缺点就是成本高,据该项目经理介绍,同样一款发动机,带CVVL的成本大概要增加10%。但是尽管如此,长城后续的所有汽油发动机都将带有CVVL技术,据我分析,长城如此不惜成本地坚持使用CVVL技术,主要有两个原因。

一是为了降低油耗。4B15相比上一代产品综合油耗降低了8%,其中发挥最主要作用的就是CVVL技术。降低发动机的油耗对于现在任何一个汽车厂家来说都是头等重任,CVVL可以实现高效精准的气门控制,显著改善低速工况下发动机的油耗,配合DVVT进排气可变气门正时技术,使得4B15具有更强的节油潜力。同时,对于长城等自主品牌车企来说,降低油耗不仅意味着能够适应法规的要求,而且意味着产品力短板的补齐,逐步改变消费者对自主品牌产品油耗高的认识。

二是为了彰显技术实力。CVVL虽然原理不复杂,解决方案也可以有很多种,但如何保证其稳定可靠,不同工况下气门开启大小又如何标定,是非常考验厂家的技术能力的。为此,长城不仅自主设计开发了CVVL测试系统及设备,并且建立了专用的试验方法,专门进行可靠性验证,CVVL技术研发共产生专利39项,包括30项发明专利和9项实用新型专利。

动力提升技术

长城1.5T发动机技术解析:中置直喷布局,CVVL技术加持

长城的这台新发动机另一个显著特点就是使用了顶置中置直喷布局,即喷油嘴位于发动机缸体顶部的中间位置,位于进排气门之间。目前除了长城,使用此布局的主要有福特和通用,而大部分的厂家更倾向于使用侧置直喷,即喷油嘴位于进气门侧面。相比侧置直喷布局,中置直喷具有燃油雾化更充分,受燃烧室设计影响更小的优点,可以有效减少燃油湿壁现象,降低机油稀释的风险。而中置直喷的缺点是对缸盖设计和制造精度要求更高,布局更复杂,但总的来看,是利大于弊的。

长城1.5T发动机技术解析:中置直喷布局,CVVL技术加持

为了改善动力响应,长城的这台发动机不仅使用了电子节气门,而且用上了电控增压器。4B15发动机的电控增压器供应商为比较小众的博世马勒(BMTS),该涡轮增压器使用了电控泄压阀,相比传统的真空控制的泄压阀,电控泄压阀可以更精确、快速地建立增压压力,而且可以降低小负荷泵气损失,从而提升低速扭矩,得到更快的增压响应,对改善油耗也有一定的帮助。现在主流的合资小排量涡轮增压发动机基本都应用了电控泄压阀技术。

不过,这台新发动机搭载到哈弗H6和H4上,给人的动力体验却不能直观地反应其动力数据,这也是目前很多自主品牌都会遇到的问题。想要给消费者更好的动力体验,光提升发动机本身的硬件能力和功率扭矩数据是不够的,发动机在各个工况下的标定、发动机与变速箱的匹配、车身重量等因素,都会影响到最终驾驶者对车动力的感受。在提升动力体验方面,自主品牌还有很长的路要走。

节油技术

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除了上面提到的CVVL和DVVT这两项调节气门开启大小和开启时间的技术之外,长城的这台4B15发动机还使用了缸盖集成排气歧管、可变排量机油泵、缸体缸盖独立冷却等技术提升其燃油经济性。其中,缸盖集成排气歧管是目前比较领先的提升发动机暖机速度、改善冷启动排放的技术,对发动机的集成化设计要求较高,体现了长城在发动机设计方面的功底。

长城1.5T发动机技术解析:中置直喷布局,CVVL技术加持

长城1.5T发动机技术解析:中置直喷布局,CVVL技术加持

与此同时,为了降低发动机自重,这台发动机的缸盖、缸体、油底壳全部使用铝合金材质,而气门室盖、进气歧管都使用了塑料材质,曲轴也使用了4大平衡块+2小平衡块的设计,新一批发动机还准备将节温器壳体由铸铝材质换成更轻的塑料材质,如此极致地减重,最终目的当然也是为了降低发动机的油耗。

发动机轻量化当然是好事,不过油底壳使用全铝材质万一磕了更换成本会比较高,其实改成上铝下铁的分体式油底壳,会更经济实用。

静音技术

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长城1.5T发动机技术解析:中置直喷布局,CVVL技术加持

长城一向对车型的NVH表现非常重视,对发动机本身的噪音抑制当然也不会忽视。在这台4B15发动机上,静音链系统、悬吊式喷油嘴、减震皮带轮等零件的应用,有效改善了发动机的NVH表现。

同时,在直喷发动机常见的噪音发生源高压油管和高压油泵的表面,这台发动机用上了非常厚实的耐高温泡沫隔音材料,减少喷油时高压油路共振产生的噪音的传出。

发动机研发规划

在这次技术交流活动中,长城的技术人员透露,长城在三缸机、直列六缸发动机的研发上都已经有了成熟的技术储备,但由于前者NVH表现不理想,后者又受限于成本和油耗法规,所以短期内并不会推向市场。

目前长城已经具有EB(小排量涡轮增压发动机)、EC(大排量涡轮增压发动机)、ED(柴油发动机)三个主要的发动机研发平台,下一代的汽油发动机将以350bar高压喷油系统+CVVL为核心技术研发,并且将搭载48V轻混系统,具有更好的燃油经济性,预计今年年底就会推出。

而对于更加长远的规划,长城的发动机技术研发人员认为未来发动机的发展方向可能会是燃油压燃技术,并且是可实现汽油、柴油通用的压燃技术,长城已经开始了这方面技术的研发。

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