2021款路虎新極光發現運動1.5L I3發動機技術亮點(一)

◆文/貴州 李濤

一、發動機機械部件

1.英杰力(Ingenium)1.5L I3發動機機概述

Ingenium I3 1.5L發動機是一款全鋁1.5L直列三缸發動機，并且帶有一個單渦道渦輪增壓器。該發動機也采用了雙頂置凸輪軸、12氣門和燃油直噴技術。該發動機用于21MY捷豹和路虎車型中，并且也可用于縱置或橫置應用。該發動機設計為可在輕度混合動力電動汽車(MHEV)和插電式混合動力電動汽車(PHEV)車型上運行。在本文我們將重點以安裝在2021年款路虎極光/發現運動的發動機為例進行介紹。

Ingenium I3 1.5L汽油發動機是Ingenium 系列的第四款發動機，與Ingenium I4 2.0汽油發動機擁有相同的結構和總體構造。該發動機將作為與奇瑞捷豹路虎(CJLR)在中國常熟的合資工廠制造。Ingenium I3 1.5汽油發動機可提供兩種輸出功率：120kW(中等功率)和146.9kW(高功率)。

Ingenium I3 1.5L發動機外觀如圖1所示，主要技校參數見表1。其主要特點有：①可變冷卻液泵，電磁閥控制的冷卻液泵可以調節流量或關閉，以縮短預熱時間，并在低負載高轉速時減少流量；②電子節溫器，節溫器可以單獨控制流至汽缸缸蓋和汽缸缸體的冷卻液流量，以縮短預熱時間；③可變流量機油泵，電磁閥控制的機油泵可以根據負載或發動機轉速改變發動機機油壓力；④Bosch燃油直噴系統，可輸出高達250bar(1bar=100kPa)的燃油壓力。⑤集成排氣岐管和單渦道渦輪增壓器；⑥進氣和排氣可變凸輪軸正時(VCT)；⑦水冷式增壓空氣冷卻器(WCAC)；⑦單平衡軸。

圖1 Ingenium1.5L I3發動機外觀

表1 Ingenium I3 1.5L發動機參數

2.發動機總體構造

Ingenium I3 1.5L汽油發動機總體構造如圖2所示，它采用了輕量全鋁設計，1號活塞位于發動機前部。它采用了與四缸型號相同的缸徑和沖程以及汽缸孔間隔尺寸，并且有62%的通用零件可與其他Ingenium發動機共用，因此可以在同一生產線上進行機加工。這樣便可以靈活安排每種型號的生產數量。三缸和四缸發動機都具有相似的缸體鑄件，但是二者的冷卻通道和主軸承尺寸有所不同。該發動機使用單根平衡軸來抵消發動機部件往復運動時產生的振動。如圖3所示，該發動機采用單平衡軸，該軸以發動機轉速運行，但旋轉方向與發動機旋轉方向相反。該平衡軸由主傳動鏈驅動。降低寄生損失的措施包括在凸輪軸和平衡軸上使用的滾針軸承。為了減少汽缸摩擦，汽缸孔也采用了偏置設計。排氣歧管與四缸型號一樣，目前是汽缸缸蓋的集成部分，它為單渦道渦輪增壓器提供了一個直接安裝點。

圖2 發動機機總體構造

圖3 平衡軸

3.氣門機構

頂置凸輪軸(DOHC)部件如圖4所示，Ingenium I3 1.5L汽油發動機使用雙頂置凸輪軸(DOHC)配置。排氣凸輪軸有一個燃油泵凸角，用于驅動高壓(HP)燃油泵。凸輪軸蓋上的標志“I”表示進氣，標志“E”表示排氣。凸輪軸蓋上也帶有編號，以確保組裝在汽缸缸蓋罩中的正確位置。例如“I3”或“E1”。氣門機構的布置圖5所示，滾輪和排氣凸輪軸凸角之間的間隙由液壓氣門挺桿的操作予以補償。這將確保在整個發動機操作期間所有滾輪式指狀凸輪從動件都可與排氣凸輪軸凸角接觸。

圖4 頂置凸輪軸(DOHC)部件

圖5 氣門機構的布置

可變凸輪軸正時(VCT)如圖6所示，每個凸輪軸都有一個VCT執行器。VCT執行器包含一個鏈輪，該鏈輪通過由曲軸驅動的正時鏈驅動凸輪軸。VCT執行器可獨立調整2個凸輪軸的正時，從而在必要時提高發動機效率和性能。在兩個凸輪軸的另一端均壓裝一個磁阻傳感器環，并由2個CMP進行監測。PCM使用2個CMP信號確定凸輪軸的位置。然后VCT執行器可以調整凸輪軸的相位，以提供更高的性能和效率。VCT系統由PCM使用來自兩個凸輪軸位置(CMP)傳感器的信息進行控制。電控VCT電磁閥會確定VCT執行器的位置，該執行器直接連接至凸輪軸。進氣凸輪軸可以提前70°，排氣凸輪軸可以延遲50°。

圖6 可變凸輪軸正時(VCT)

排氣凸輪軸由扭矩輔助VCT系統驅動，該系統使用加壓的發動機機油和殘余的凸輪扭轉能量來更改凸輪軸正時。偏置彈簧有助于排氣VCT系統達到性能和驅動速度。在凸輪軸正時方面，排氣VCT的基本位置是提前的，在全行程位置是延遲的。在排氣VCT中，偏置彈簧僅在VCT從全行程移動到基本位置時，才有助于達到性能和驅動速度。當VCT執行器位于基本位置時，執行器中的鋼銷將鎖定執行器。

進氣凸輪軸由凸輪扭矩驅動VCT系統驅動。該系統只需要使用凸輪軸扭轉能量來更改凸輪軸正時。發動機機油在VCT執行器內進行再循環，僅在補充加注損失機油時才需要加壓發動機機油。鑒于凸輪軸中的扭轉能量的數量，不需要使用偏置彈簧來滿足所需的啟動速度。該VCT的基本位置是延遲的，全行程位置是提前的。當VCT執行器位于基本位置時，執行器中的鋼銷將鎖定執行器。

發動機正時部件由兩個正時鏈驅動，如圖7所示。主正時鏈由曲軸上的一個鏈輪驅動，然后該鏈條驅動兩個中間張緊輪和單平衡軸。輔助正時鏈由中間張緊輪驅動，然后驅動進氣和排氣凸輪軸上的鏈輪。兩個正時鏈張緊器可將主和輔助正時鏈保持在正確張力。正時鏈張緊器由液壓壓力操縱，用于對正時鏈施加受控的張力。正時鏈和張緊器都是免維護的“終生服役”部件，因此沒有保養間隔。如果需要更換正時鏈，需要使用相應程序和專用工具以確保獲得正確的曲軸至凸輪軸正時。主和輔助正時鏈都帶有金色的鏈節，這些鏈節需要對準鏈輪上的正時標記。

圖7 正時部件

4.附件驅動

PHEV車型附件驅動如圖8所示，曲軸驅動皮帶輪為附件傳動帶提供驅動力，進而為安裝在前部的附件(例如皮帶驅動一體式啟動機發電機(BISG)、冷卻液泵)提供旋轉動力，空調壓縮機為高壓電力驅動(AC)。BISG即可以做為發電機，也可以做為啟動機，因此車輛上使用了一個雙向分離張緊器，以便確保在增減扭矩時能夠向傳動帶施加足夠的力。在每次例行保養時，必須檢查附件傳動帶是否過度磨損或損壞，并且每6年或102 000km更換一次。

圖8 附件驅動

BISG傳動帶張緊器工作情況如圖9所示，當BISG傳動帶上產生不同的負載時，BISG傳動帶張緊器保持正確的張力。BISG傳動帶張緊器皮帶輪確保皮帶與部件皮帶輪保持最大程度的接觸。拆卸驅動皮帶如圖10所示。

圖9 BISG傳動帶張緊器工作情況

圖10 拆卸驅動皮帶

(1)將合適的工具安裝到皮帶驅動一體式啟動機發電機皮帶張緊器上。

(2)使用此工具重新定位并固定BISG皮帶張緊器。

(3)安裝專用工具:JLR-303-1669。

(4)拆下工具。卸下3個螺栓，拆下BISG皮帶張緊器。拆卸驅動皮帶。

二、潤滑系統

1.潤滑系統概述

潤滑系統相關部件如圖11所示。Ingenium I3 1.5L汽油發動機使用了一個可變排量機油泵，該泵位于汽缸缸體的底部。固定排量機油泵是造成寄生能量損耗的因素之一。這是由于這種機油泵大部分時間輸送的機油超過需求量，以確保發動機可以在較寬的工作范圍內安全運轉。泄壓閥能夠防止機油壓力過高。在高體積流量條件下，一些壓力機油未被充分利用便流回了儲油罐。I3 1.5L發動機配備帶一體式真空泵的可變流量機油泵，該泵位于發動機油底殼中。可變流量機油泵為潤滑系統提供了根據發動機負載和轉速改變排量能力。泵的排量經過調節，以減少“未被充分利用”便流回到儲油罐中的機油量。這種情況可減少發動機上的寄生負載，進而節油。

圖11 潤滑系統相關部件