2021款路虎新極光發現運動1.5L I3發動機技術亮點(二)

◆文/貴州 李濤

(本文作者工作單位：貴州航天職業技術學院)

2.機油泵

發動機配備帶一體式真空泵的可變流量機油泵，具有體積流量控制功能，能根據發動機負載和轉速改變輸出。可變流量機油泵如圖12所示，部件分解圖如圖13所示。機油泵具有排量控制機制，能根據發動機負載和轉速改變輸出。機油泵是一個帶偏心安裝的控制環(2)的葉片泵(6)，偏心控制環由經過校準的控制彈簧(4)固定在位。通過移動偏心安裝的控制環的位置，可調整輸油特性。如需調整位置，機油壓力將施加到控制環表面(3)上，然后作用在經過校準的控制彈簧(4)的張力上。當機油壓力大于控制彈簧張力時，控制環順時針移入葉片泵的中心。這將減小偏心率，減少機油泵輸出。

葉片型真空泵與機油泵串聯，并通過發動機缸體中的鉆孔和真空接頭連接至真空管。真空泵產生的真空用來為制動系統中的制動助力器提供真空。真空泵通過真空管和汽缸缸體中的端口從制動助力器引入空氣。從制動伺服抽出的空氣流經真空管接頭，該接頭配備一個防止機油進入制動系統的單向閥。這些空氣通過真空排氣閥排入汽缸缸體中。

3.活塞冷卻機油噴射器

活塞冷卻機油噴射器如圖14所示，機油潤滑油路如圖15所示。三個活塞冷卻機油噴射器位于汽缸缸體中。每個噴射器都靠近一個汽缸，并由一個螺栓固定在汽缸缸體中。活塞冷卻機油噴射器為活塞和活塞銷提供冷卻和潤滑。每個活塞冷卻噴射器都有一個單出口噴嘴，此噴嘴將機油噴入活塞中的冷卻室內。油路的機油供應由一個活塞冷卻機油噴射器電磁閥控制，該電磁閥由PCM控制。該電磁閥具有12V電源供應，PCM在接地側通過PWM對其進行控制。該電磁閥可根據發動機轉速和負載打開和關閉機油供應。在冷啟動后以及預熱過程中，由于活塞冷卻噴射器通電，供油切斷，所以加熱過程得以改善。由于活塞散熱量減少，排放得以減少。活塞冷卻噴射器電磁閥是常開的，并由PCM電動關閉。如果電磁閥電路發生任何電氣故障，則意味著機油將會供應至活塞冷卻噴射器。

三、冷卻系統

1.可變冷卻液泵

Ingenium I3 1.5L汽油發動機采用可變冷卻液泵和電子節溫器。可變冷卻液泵受到控制以提供最佳流量，從而支持來自發動機部件的所有冷卻請求。可變冷卻液泵如圖16所示，冷卻液泵內有一個導流罩，導流罩在葉輪上滑動，可限制將水泵送到發動機周圍的冷卻液量。泵旋轉會產生壓力，在電磁閥的控制下，這個壓力被轉移至導流罩總成或泄漏回冷卻液系統。因此，如果泵不旋轉，導流罩就不會移動。該電磁閥具有12V電源供應，PCM在接地側通過PWM對其進行控制，從而實現發動機的全面熱管理策略。泵內的壓力作用在殼體中的回位彈簧上。沒有來自PCM的信號時，該電磁閥將會打開，因而，導流罩在彈簧力的作用下返回其底座位置，使泵產生全流量。注意：可變冷卻液泵必須旋轉才能產生用以移動導流罩的內部壓力。

在發動機冷啟動過程，葉輪完全由導流罩蓋住，因此冷卻液不會泵入發動機汽缸缸體。隨著部件預熱，流量請求分5個階段增大。可變冷卻液泵受到控制以提供最小流量，從而支持來自發動機部件的所有冷卻請求。在冷卻液溫度達到開啟溫度85℃后，導流罩將移至其最遠開啟位置，從而在節溫器管理的溫度控制下實現最大泵送。

該系統中使用了兩個額外的20W電動泵。一個電動泵位于散熱器罩的底部右側，用于供應流經低溫系統的冷卻液,低溫系統包含增壓空氣冷卻器器WCAC。第二個泵位于右側懸架座的前面，在停止/啟動操作期間，該泵用于在發動機關閉時向座艙加熱器供應冷卻液，以保持乘客的舒適性。它也用于在關閉點火開關后抽取冷卻液使其流過渦輪軸承殼體，為其提供繼續冷卻。

2.電子節溫器

電子節溫器如圖17所示，它包括一個帶電加熱元件的主節溫器。通電后，加熱元件加熱蠟式元件，使主閥打開，讓冷卻液從發動機流回可變冷卻液泵。隨著主閥的打開，旁通閥關閉旁通路徑，驅動冷卻液流經散熱器。因此，在預熱階段，冷卻系統的操作不僅根據冷卻液溫度直接進行控制，而且還在PCM指定下操作加熱元件，以實現更精密的冷卻液溫度控制。Ingenium I3 1.5L汽油發動機的目標工作溫度在90～105℃之間，除非負載增加，否則始終保持在103～105℃之間。節溫器蠟式元件的打開溫度為105℃。因此，可以增大節溫器加熱器的占空比來幫助打開主蠟式節溫器，從而維持低于105℃的目標溫度。如果發動機在較高的負載條件下或在高速循環時運行，則將發動機調節至較低的工作溫度(約90℃)。

3.冷卻回路概述

ingenium I3 1.5L汽油發動機冷卻回路示意圖如圖18所示。Ingenium I3 1.5L汽油發動機的熱管理系統，旨在縮短冷啟動后的預熱階段，并對產生的熱量進行引導以提高效率。重點是減少：發動機內部摩擦、排放和對有損燃油效率的加熱措施的使用。

(1)發動機冷態時，冷卻液流程：旁通閥打開；這將允許泵送的冷卻液流過系統，并通過旁通軟管返回可變冷卻液泵；可變冷卻液泵輸出得到控制，提供流過冷卻系統的最小冷卻液流量，具體取決于發動機負載、發動機轉速或座艙加熱請求；此功能允許發動機和冷卻液更加快速地預熱。

(2)預熱時冷卻液流程：可變冷卻液泵輸出再次得到調節，從而符合發動機負載、轉速和座艙加熱需求。

(3)發動機熱態時冷卻液流程：在目標溫度下，可變冷卻液泵輸出被設為最大，導致冷卻液持續流動。

(4)正常工作溫度-發動機低負載時冷卻液流程如下所示：

①蠟式元件對冷卻液溫度做出反應并打開主節溫器閥(較高的發動機溫度)。

②此時，冷卻液可以從發動機流入散熱器頂部軟管。

③冷卻液由散熱器進行冷卻，然后從底部軟管流出。

④在發動機溫度約為105℃時，主節溫器閥將會打開。

(5))正常工作溫度-發動機高負載時冷卻液流程如下所示：

①加熱元件激活，此時節溫器在較低的(正常)溫度下打開。

②節溫器的打開和關閉會將發動機溫度保持在90～105℃。

四、燃油和點火系統

1.燃油系統概述

Ingenium I3 1.5L汽油發動機配備了無回油、按需運行、直噴燃油輸送系統。燃油系統示意圖如圖19所示，它包括低壓(LP)和高壓(HP)燃油回路，以便在所有工況下為發動機提供充足的燃油。該系統采用以下部件：

①燃油泵驅動模塊(FPDM)；

②燃油箱和低壓(LP)燃油泵，其工作壓力為4.5~6.3bar(1bar=100kPa)；

③燃油輸送管路；

④燃油低壓傳感器；

⑤高壓燃油泵(最大工作壓力為250bar)；

⑥包含燃油分供管壓力和溫度(FRPT)傳感器的燃油分供管；

⑦三個電磁閥型噴油器。

2.低壓燃油系統-燃油泵

燃油箱內含一個燃油泵，如圖20所示。該模塊收集來自油箱兩側的燃油，在轉向/橫向加速期間，燃油泵確保渦流罐中有足夠的燃油，以滿足發動機的燃油需求，燃油由文丘里泵輸送至渦流罐。文丘里效應就是，當液體流過管的收縮部分時，液體壓力將會下降。燃油快速流過吸油管時會形成低壓，這個低壓就將燃油箱左(被動)側的燃油吸回到燃油箱的燃油泵(主動)側。

3.低壓燃油系統-三相燃油泵

燃油泵使用了無刷直流(DC)電機，該電機按交流電(AC)原理運行。如圖21所示，該電機具有3個主要電氣連接(3相)，這些連接采用星形配置，名稱分別為U、V和W。每個連接都充當電源和接地供應(AC)。根據所需的燃油壓力，PCM向燃油泵驅動模塊(FPDM)發送一個脈寬調制(PWM)信號來控制燃油泵的輸出。然后，FPDM沿所有3根導線分相供電以驅動泵，泵可以激活作用在轉子上的每個線圈。當其中一相位激活時，其他相位會為電流提供接地路徑。若要停止燃油泵，來自PCM的PWM信號需達到75%。可通過測量相位1和相位2之間的電阻以及相位1和相位3之間的電阻來檢查電機的完好性。如果任意一相發生斷路，泵將無法運行。

4.低壓燃油系統-燃油泵驅動模塊

低壓(LP)燃油泵的操作由燃油泵驅動模塊(FPDM)來控制，FPDM接受來自PCM的PWM信號，對燃油泵進行控制。低壓(LP)燃油泵的轉速可調節，從而改變供應給高壓(HP)燃油泵的燃油壓力，低壓(LP)燃油泵的標稱輸出壓力為4.5～6.3bar。燃油泵的輸出壓力將隨著發動機需求和燃油溫度的改變而改變。PCM監測來自燃油低壓傳感器的輸入，然后調整低壓(LP)燃油泵的轉速以滿足需要。燃油泵驅動模塊(FPDM)在路虎極光車型上的位置，如圖22所示。

PCM輸出的PWM信號的接通時間代表泵轉速的一半，例如如果PWM信號接通時間占空比為50%，則FPDM會將泵轉速控制在100%。僅當FPDM接收到接通時間介于4%和50%之間的有效PWM信號時，才會向燃油泵通電。為了關閉燃油泵，PCM將傳輸一個接通時間為75%的PWM信號。FPDM有一個來自燃油泵繼電器的電源，它會通過硬接線連接向燃油泵供電。PCM通過硬接線連接車身控制模塊/網關模塊(BCM/GWM)總成，并接收“喚醒”信息。以下情況將使燃油泵繼電器通電：①打開駕駛員車門；②操作點火開關；③發動機拖轉啟動請求。

如果PCM沒有檢測到燃油輸送管路中的壓力，則在發動機運行時將會停止發動機，在發動機未運行時將會阻止發動機啟動并存儲相應的故障診斷碼(DTC)。PCM接收來自FPDM的監測信號，PCM將存儲FPDM生成的任何DTC。可使用認可的診斷設備PATHFINER從PCM中檢索DTC(無法查詢FPDM本身)。如果發生事故，約束控制模塊(RCM)將輸出碰撞信號以禁用燃油泵繼電器。

(未完待續)