VGT技術加持 拆解北京魔方1.5T發動機

　　[汽車之家 發動機拆解]  春節復工之后，我們曾受邀來到北京汽車產業研發基地，與魔方的設計師一起聊了聊關于新車內外飾的設計理念（點擊回看）；這一次我們再度受邀來到了北京汽車動力總成研發基地，并現場拆解了魔方的“心臟”——1.5T渦輪增壓發動機，據悉這臺發動機不僅擁有VGT增壓技術，而且還有多項降噪減磨的黑科技，那么咱們廢話不多說，解讀開始。

　　此外，全新的發動機還入選了2021年度“中國心”十佳發動機，這也標志著北京汽車全新一代發動機成功躋身行業前列，下面我們將這臺發動機的亮點進行拆分，來為大家詳細解析。

★ 米勒循環

　　發動機的動力來源在于把熱能轉化為機械能，通常來看，發動機要在排氣、冷卻系統以及克服摩擦方面消耗約60%左右的熱能，剩下的能量才用于驅動車輪行駛，而剩下的能量越多則越省油，這部分能量也就是發動機的熱效率。

【左為米勒循環，右為奧拓循環】

　　魔方1.5T發動機在進氣階段采用提前關閉進氣門的方案，也就是說在進氣階段活塞還未運行至下止點，但進氣門已經關閉，使空氣的進入量少于正常量，因此進氣行程也就截止到進氣門關閉時活塞所處的位置，受其影響，下一階段的壓縮行程也是從進氣門關閉時活塞所處的位置（略高于下止點）到上止點，但由于做功行程是從上止點到下止點的完整過程，并且燃燒轉換出來的為有效功，也就實現了膨脹比大于壓縮比，燃燒效率自然就高了。

　　現在也有不少廠商宣傳的米勒循環（嚴格來說應稱之為阿特金森循環）是在可燃混合氣的壓縮階段，通過延后進氣門關閉的時間，可以使氣缸內的混合氣體再排出去一部分，讓實際的壓縮行程從活塞下止點上面一些才開始，同樣也能實現膨脹比大于壓縮比。

　　其實在壓縮行程也是需要耗費發動機能量的，短一些的壓縮行程能夠減少發動機在這一階段的能量損失，同時當活塞達到上止點時，可燃混合氣溫度也更低，能夠有效抑制爆震的發生，而且更長的做功行程還能讓可燃混合氣燃燒的更加充分。

★ Masking技術與350Bar高壓燃油噴射系統

　　Masking技術是一種擾動發動機進、排氣氣流，改變發動機燃燒室內氣流的流動情況，從而改變發動機燃燒性能的一種缸蓋設計技術。

　　那么發動機設計為什么如此追求滾流比呢？實驗表明，隨著發動機滾流強度的增加，能夠更好地組織氣流在缸內的運動，霧化效果更好，可燃混合氣更加均勻，同時也能更好的控制火焰的形成與擴張，說白了就是能夠實現更好的燃燒。

　　這套350Bar高壓噴油系統目前如寶馬M、本田地球夢、大眾全新1.5T也都在使用，自主品牌除北京汽車外，如比亞迪、吉利、長城以及長安等品牌也均有配備。

　　在抑制濕壁方面，中置直噴更有優勢，噴射出的燃油是豎直向下的，而側置直噴則與滾流的方向相同，更容易產生濕壁效應。同時更靠近火花塞的噴油方式讓點火可靠性相對更高，有利于冷啟動暖機和混合氣體分層。

★ VGT渦輪技術

　　由于渦輪本身具備一定的質量，想要獲得增壓效果，必須要有足夠的廢氣來推動渦輪葉片，因此渦輪增壓發動機的動力輸出不可避免都會出現遲滯性，除電動渦輪外，各家廠商只能通過不斷優化來盡可能減少渦輪遲滯。

　　當發動機處于高轉速區間時，會有大量的廢氣涌入渦輪中，會使渦輪在旋轉過程中產生極強的排氣背壓，限制發動機在高轉速工況下的增壓效率，同時也限制了發動機的功率輸出上限。

　　當發動機處于高轉速區間時，就會出現廢氣流量大、排氣背壓小的問題，渦輪也能得到動力從而更好地工作，發動機出力也會更加得心應手。

　　綜合以上也可以理解為渦輪越小，響應性越好，但在高轉速區間的增壓效果不理想；渦輪越大，響應性越差，遲滯也就越明顯。

　　其實VGT技術在柴油發動機上早就已經得到了廣泛應用，由于柴油發動機的排氣溫度要遠低于汽油機，從VGT的選材和布置來說，都要更加容易。

　　VGT渦輪的材質一般選用耐高溫的航空材料，通過在廢氣渦輪端增設角度可變的葉片，從而實現不同轉速下不同的廢氣流速和渦輪葉片的推進效果，保證渦輪在各種工況下的響應性和增壓效果。

　　當發動機低轉速排氣壓力較低的時候，導流葉片打開的角度較小，此時導入渦輪處的空氣流速就更快，從而可以更容易推動渦輪轉動，有效減輕渦輪遲滯的現象。

　　與當下增壓車型普遍使用的小慣量渦輪以及雙渦管設計類似，VGT其實也是優化渦輪遲滯的其中一種解決方式，也有的廠商將其稱為VNT，曾廣泛用于沃爾沃、奧迪以及保時捷等品牌，當下除魔方外，長城汽車也有使用。

★ VVT可變氣門正時系統

　　來自進氣和排氣凸輪軸提前或延遲側油道的機油壓力使VVT控制器的葉片沿圓周方向旋轉，以持續改變進氣門和排氣門正時。發動機停機時，鎖銷將進氣凸輪軸鎖止至最大延遲端，排氣凸輪軸鎖止至最大提前端，以確保發動機正常起動。

★ 缸體、缸蓋分層冷卻設計（快速暖機）

　　據北京汽車官方介紹，這套分層冷卻系統可以讓車輛在冬天4分鐘內吹出熱風，不僅結構更加緊湊，而且還能降低約1.36%的燃油消耗。

★ 可變排量機油泵

　　機油泵是發動機潤滑系統的心臟，它從油底殼提取機油，向整個發動機各個部件持續提供壓力潤滑油。一般來說，如果供油量不足會導致發動機部件磨損；但如果一直保持高效供油勢必會多消耗發動機的動力，這就需要可變排量機油泵了。

　　定子與油泵外壁間有兩個油腔（A和B），A腔引入經過濾清器的主油路油壓，此時B腔就會受到電磁閥控制，當發動機將電磁閥打開時，主油路的油壓將作用在B腔，此時會使轉子的偏心度降低，排量也就隨之變小，動力消耗也就降低了，據工程師介紹，可變排量機油泵能夠減少約1%-2%的油耗。

★ 為降低油耗“不擇手段”的極限減磨

　　油封與軸頸貼合部位的潤滑油膜隨著曲軸一起轉動，一旦油膜碰到油封螺旋槽，將會受到螺旋斜面的作用而產生一個向內的作用力，此力就會將欲外流的液體介質壓回儲油端；而聚四氟乙烯材質的摩擦系數約為氟橡膠油封的1/40，動摩擦扭矩比彈簧油封降低60%-70%。

　　曲軸偏置可以使連桿更接近于垂直狀態，燃燒產生的力將更多作用于曲軸，據北京汽車官方透露，通過該技術可以使曲軸單個循環內摩擦功損失平均降低約3.1W。

★ 為NVH“不擇手段”的極限降噪

　　除此以外，魔方全車的密封條以及墊片等均進行了加厚處理，北京汽車官方稱怠速噪聲為57.5dB，大概和我們正常交流的聲音大小差不多。

★ 全文總結

　　魔方是一臺針對年輕消費群體而誕生的緊湊型SUV，它不僅擁有時尚潮流的外觀，同時也有著不錯的科技豪華氛圍，但僅有這些還不足以打動年輕消費者們為其買單。通過本次的發動機拆解，我們又深入了解了魔方的“心”，而這顆心也同樣集黑科技于一身。據悉，魔方或將于本月正式上市，預售價為11-15萬元，那么對于這樣一臺內外兼修的時尚小車，你準備好了嗎？（圖/文 汽車之家 鄭晨）