SQR477F的发动机特性。
发动机气道的设计由CFD和气道实验室共同开发。四气门汽油机双进气道时缸内宏观流场以滚流为主。为了减小进气阻力,在气缸内形成较强的滚流,采用了分叉式进气道。进气道在气缸盖上只有一个入口,在进入燃烧室之前分为两个叉,分别通向两个进气门,可以同时提高其流量系数和缸内滚流速度。对于屋顶形燃烧室,进气门和排气门对称布置在其两侧,从进气口进入气缸的气流在下沉和绕水平轴旋转的同时形成翻转运动。477F进气口的平均滚流比高于0.65。
完善的气流组织进一步降低了发动机怠速时的循环变动COV,同时原始排放中的HC和CO也大大降低,降低了尾气后处理的成本。
火花塞的点火嘴位置偏向排气侧,有利于排出火花塞附近的废气释放点火能量,并能有效缩短火焰传播距离,减少热量损失,加快火焰面积扩大率和燃烧率,大大提高发动机的抗暴力性。
发动机10.5的设计压缩比,优秀的进气流场,让477F发动机燃烧充分,速度极快。
先进的燃烧系统和优化的凸轮型线、气门正时和进气管设计,大大提高了发动机在低速时的充气效率,在3000转/分时达到第一个扭矩峰值,在5000转/分时达到第二个扭矩峰值,具有出色的扭矩输出特性。优良的扭矩特性和变速箱的优化匹配,使整车既能适应低速复杂的城市路况,又能满足高速公路的高速动力输出要求。在发动机研发初期,477F坚定地走了充分降低摩擦的设计路线。
477F使用的SOHC四气门发动机是流行的DOHC四气门气门气门机构的凸轮轴的一半,因此SOHC发动机具有高可靠性、高机械效率和低成本的优点。实验对比表明,477F发动机的FMEP凸轮轴比典型的双顶置凸轮轴小0.03Bar。其摇臂采用嵌入式液压挺柱结构,同样完全自主设计开发,开创了国内液压摇臂自主开发的先河,打破了液压摇臂只能由国外供应商设计开发的尴尬局面。
与传统摇臂配气机构相比,477F采用了更先进的滚子摇臂(凸轮与摇臂之间的摩擦副为滚子接触)。气缸盖油池中飞溅的油给滚子带来良好的润滑,减少摩擦阻力,增加机械效率。QT700制造的单顶置凸轮轴(SOHC)同时驱动进气门和排气门,结构紧凑,成本低,阻力矩较小。即使在6150RPM的额定转速下,整个配气机构的旋转扭矩也只有20Nm。
充分降低摩擦阻力的路线还体现在对摩擦副的深入研究,以及在保证发动机可靠性的基础上摩擦副的优化组合。活塞环采用先进的薄环技术,匹配的缸壁采用低摩擦网状加工技术,降低了耐磨性,增加了活塞环的控油能力,发动机可以满足各种复杂工况下的发动机油耗和燃油消耗率的要求
曲轴采用窄轴颈设计,配合新开发的轴瓦,保证支撑强度,大大降低摩擦阻力。实验数据表明,477F发动机在3000转/分以下的摩擦功优于1.3L发动机,FMEP远低于一般的1.5L四气门发动机。
对于曲轴,摩擦损失主要是由曲轴和轴瓦对引起的。曲轴和轴瓦的摩擦损失由两部分组成,即液体动力损失和接触摩擦损失。
液体功率损失是发动机运转时曲轴与轴瓦之间润滑油的液体摩擦,由缸内燃烧情况、曲轴旋转线速度和润滑油质量决定。可以通过减小曲轴的直径来降低线速度。477F曲轴采用曲轴强化工艺,在满足曲轴强度要求的前提下,轴颈直径减小了15%,同时实现了曲轴轻量化的目的。
根据最终开发结果,在6200rpm时,摩擦功峰值从1320W下降到780W,轴承总摩擦功损失下降34.8%。排气系统:
为了响应国家节能减排的政策,最大限度地发挥发动机的潜力,我们采用CFD对带前置催化剂的发动机排气歧管进行了计算,优化了均匀系数、速度分布、马赫数、压力分布以及流入催化剂的压力梯度。
进气系统:
为了提高充气效率,合理组织喷油和油气混合以改善油耗和排放,进气歧管和喷油目标经过精心计算和开发。
通过多轮调整匹配,喷油和进气的组织完美结合,混合气形成合理,为降低油耗和改善排放打下坚实基础;
进气歧管的长度、直径和方向对发动机的扭矩、功率和油耗起着至关重要的作用。经过多轮CAE和CFD计算优化,选择最合理的相关参数,提高充气效率。设计和开发的优化涵盖了每一个组件。以水泵和机油泵为例,通过采用水泵塑料叶轮和优化机油泵特性,进一步提高了发动机的机械效率。
水泵:水泵的水封采用双SiC结构,降低了密封面的动态接触压力,有效控制了接触面的压力波动;经过多轮CAE分析和优化结合实验,叶轮重量从152克金属降低到27克塑料,减重82%以上。两者共同作用,使水泵消耗的轴功率在发动机额定转速下下降30.6%,水泵在发动机额定扭矩点附近的效率提高4%。
当进水温度、进出口水压差和泵水流量相等时,随着泵速的增加,比较泵轴的功耗。优化后,随着转速的提高,轴功耗上升趋势大大减缓,转速越高节能越明显。
当进水温度、进出口水压差和泵水流量相等时,随着泵速的增加,比较泵的效率。优化后,随着转速的增加,泵的效率随着转速的增加而增加,转速越高,效率提高越明显。平均幅度在2%以上。