日产和奥迪的新型V6发动机采用增压米勒循环,提高输出并重视燃效

2016-08-240阅读0

  在重视高输出功率的V型6缸增压汽油发动机中,采用米勒循环的情况越来越多。日产及奥迪就在高档车上采用了该技术(图1)。这些车型的发动机的排量均为3.0L,与原来的发动机相比提高了输出功率,同时也提高了燃效性能。

  

图1:日产和奥迪的V6增压发动机的外观

  (a)为日产的发动机,配备于英菲尼迪品牌的“Q50”和“Q60”。(b)为奥迪的发动机,配备于“S4”。

  日产2016年局部改进了英菲尼迪(Infiniti)品牌的高档轿车“Q50”,为其配备了新开发的3.0L排量V6涡轮增压发动机“VR30”。与原来排量为3.7L的“VQ37”发动机相比,燃效性能提高了约7%。另外,日产还打算在计划2016年内上市的轿跑“Q60”上采用VR30发动机。

  为提高燃效性能做出贡献的是在吸气侧采用的德国舍弗勒(Schaeffler)制造的电动气门正时机构(VVT)(图2)。该机构在低负荷区比通常时延迟关闭吸气门,利用将膨胀比加大至比压缩比更大的米勒循环来运转,由此减少泵吸损失。米勒循环运转时,吸气门从下止点起一直打开至近90度。

  

图2:日产在吸气侧采用电动气门正时机构

  (a)由德国舍弗勒制造,与油圧式相比可提高响应性。(b)在低负荷区延迟关闭吸气门,以米勒循环来运转。在低速高负荷区则延长排气门和吸气门同时打开的时间,运用由增压的空气赶出尾气的扫气效果。图中蓝色部分为吸气门,红色部分表示打开排气门的时间。

  此外,VR30通过采用电动VVT,还提高了尾气排放性能。在冷启动时通过尽快加热催化剂来抑制HC(碳化氢)的生成。电动式与燃油变热前难以使用的油压式不同,从冷启动时开始就可利用马达来控制VVT。具体而言就是在刚刚启动后,比米勒循环时的吸气门关闭时间稍早地关闭吸气门。这样,随着吸入空气量增加,缸内压力就会升高,从而提高缸内温度。在尾气温度升高后,便可轻松加热催化剂。

  VR30在重视燃效性能的同时,大幅提高了输出功率和扭矩。日产动力传动技术开发本部主管安藤章作说,“燃效不能忽视,而对于行驶性能,我们也是极力追求”。VR30有最大输出功率约300kW(400PS)的高输出功率版和最大输出功率约220kW(300PS)的标准版两种。其中,高性能版的最大输出功率和最大扭矩比原来的VQ37分别提高了2成和3成。

  在配备的两台涡轮增压器上新采用了检测涡轮转速的传感器(图3),可将涡轮转速提高至接近极限值来提高输出功率。虽然该传感器在大型卡车的柴油发动机上有过使用先例,但在汽油发动机上采用还是全球首次。普通涡轮增压器为了防止转速过快而损坏,平时仅以低于上限值2成以下的转速使用。比如在气压低的高地,转速就会变高以达到目标增压压力。设定较大的富余度,在高地条件下就不易损坏。而使用涡轮转速传感器时,便可实施反馈控制,防止转速达到上限值,因此可基本不留富余度。

  

图3:日产在涡轮增压器上设置转速传感器

  可将涡轮转速提高至极限附近。

  此次采用的是美国霍尼韦尔(Honeywell)制造的涡轮增压器,转速上限值为24万rpm。VR30在正常运转时转速为22万rpm。在全力加速时有时也会达到略低于24万rpm的水平。

  凭借中央喷射来降低PM

  奥迪开发的V型6缸涡轮增压汽油发动机“EA839”也采用了米勒循环,提高了压缩比。排量为3.0L,与以往发动机相同,而最大输出功率、最大扭矩及燃效性能均得到提高。EA839配备在了2016年2月底发表的运动轿车“S4”上。今后还将扩大该发动机的应用范围,配备到奥迪及奥迪旗下公司的车辆上。

  EA839的最大输出功率为260kW,最大扭矩为500N·m。与原来的“EA837”相比分别提高了15kW和60N·m。而燃耗减少了6%。

  压缩比从原来的10.8提高到了11.2。为了防止高压比化导致异常燃烧,采用了提早关闭吸气门的米勒循环。这样便可减少吸入空气量,降低缸内压力,使异常燃烧不易发生。这是通过使用配备于吸气侧的可变气门提升机构实现的。吸气门的打开时间方面,最短时按曲柄角计算为130度。

  

图4:奥迪采用中央喷射

  在气缸中央附近配备直喷喷油器,减少PM产生量。

  

图5:奥迪制发动机的缸体

  沿袭了V型发动机中少见的90度缸排。

  增压器由机械增压器变为涡轮增压器。涡轮为双涡流式,在气缸排上配置1台。喷油器改为配置在气缸中心附近的中央喷射式(图4)。燃料不易附着在气缸壁上,这样容易减少尾气中含有的PM(颗粒状物质)。另外还采用了气缸间歇机构。气缸排角设定为V型发动机中少见的90度,这与原来相同,可降低发动机高度(图5)。(记者:清水直茂)

  (全文完)