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兩級渦輪增壓！BMW新一代模塊化柴油機技術

2019-01-10 20:02:49·  來源：汽車動力總成  
　
為了應對新的排放和油耗法規(guī)要求，進一步降低油耗和重量，并改善動力性能和NVH水平。寶馬對已經服役多年的模塊化發(fā)動機EfficientDynamics進行多項技術升級，作為
為了應對新的排放和油耗法規(guī)要求，進一步降低油耗和重量，并改善動力性能和NVH水平。
寶馬對已經服役多年的模塊化發(fā)動機EfficientDynamics進行多項技術升級，作為當今以及未來很長一段時間的主要動力。其中柴油機對應發(fā)動機分別為B37（1.5L三缸）/B47（2.0L四缸）/B57（3.0L六缸），升級之后的新版本統(tǒng)一命名為BX7TU1。
↑主要技術升級措施
在當前模塊化平臺的基礎之上，以四缸柴油機為例，主要技術升級措施包括：采用兩級渦輪增壓、高壓EGR、優(yōu)化燃油噴射系統(tǒng)、優(yōu)化缸體缸蓋、進一步降低內部摩擦以及采用帶NSC的后處理系統(tǒng)等等。
『氣缸體』
氣缸體是在前代發(fā)動機缸體基礎上的進一步優(yōu)化，主要方向是降低摩擦、提高冷卻效率、實現(xiàn)輕量化和缸體強度優(yōu)化。主要包括但不僅限于以下內容：
  • 采用由AlSi8Cu3鑄鋁缸體;
  • 重量優(yōu)化的燒結主軸承蓋，帶互鎖齒；
  • 將平衡軸安裝在預制隧道中，直接安裝在氣缸體內；
  • 通過電弧噴涂氣缸表面，降低活塞與氣缸摩擦；
  • 首次系列使用珩磨的軸承表面，以盡量減少發(fā)動機摩擦；
  • 優(yōu)化冷卻通道。
『氣缸蓋』
帶有集成油氣分離系統(tǒng)的氣缸蓋罩采用塑料制造，有效的降低重量和成本。兩級被動油氣分離系統(tǒng)包括具有預分離功能的沉降室和精細分離器。通過在精細分離器中使用球沖擊器實現(xiàn)效率增加（在相當?shù)膲毫p失下增加的油分離性能）。隨著漏氣體積流量增加，釋放更多數(shù)量的通道開口，從而建立與竄氣流量無關的最佳油分離水平，同時降低壓力損失。
 
『兩級渦輪增壓系統(tǒng)』
兩級渦輪增壓系統(tǒng)由一大一小兩個渦輪串聯(lián)組成。低壓級上的致動機構確保可變導向葉片的精確和快速調節(jié)，從而能有效減少渦輪遲滯。通過氣動控制的排氣控制閥在兩個排氣渦輪增壓器之間分配廢氣流量。
↑兩級渦輪增壓系統(tǒng)的剖視圖
在低速工況下，廢氣依次流過高壓、低壓渦輪，給氣缸提供較高的進氣壓力。當發(fā)動機處于高速工況下，只有低壓級在繼續(xù)運行，此時，增壓空氣通過旁通閥繞過高壓渦輪。因此，即使在發(fā)動機轉速較低的時候，也可以快速實現(xiàn)建立高充氣壓力。整體使得發(fā)動機的動力性能，尤其是在低速下的動力性能得到有效的提升。
↑兩級渦輪增壓器的工作范圍
『燃油噴射系統(tǒng)』
系統(tǒng)噴射壓力提升至2200bar-2500bar，系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機工況調節(jié)噴射壓力大小，采用單活塞泵用作高壓泵，并對活塞行程和凸輪軸進行了修改，以增加燃油的輸送量。
另外，還在現(xiàn)款2000bar噴射器的基礎上，第一次引入NCC系統(tǒng)來控制噴射持續(xù)時間，從而顯著提高計量精度。NCC的核心是集成在電磁閥噴射器中的壓電傳感器，系統(tǒng)通過該壓電傳感器測量單個噴射的準確時間。在實際駕駛操作期間，帶NCC系統(tǒng)噴油器的動作是根據(jù)傳感器測量和物理軟件模型連續(xù)計算的，在閉環(huán)控制回路中校正噴射時間和流量的偏差。
↑NCC系統(tǒng)的功能原理（示意圖）
 
『廢氣再循環(huán)系統(tǒng)』
配合兩級渦輪增壓系統(tǒng)，進一步開發(fā)高壓EGR（HP-EGR）模塊，主要目的是優(yōu)化燃燒，優(yōu)化機內凈化，降低NOX。高壓EGR是直接從排氣歧管引入廢氣，并在調節(jié)（冷卻或非冷卻）后將其引導到進氣中。冷卻和非冷卻操作之間的轉換通過真空泵控制旁通閥實現(xiàn)。在新的BMW柴油發(fā)動機中，冷卻器直接安裝在閥門的下端，由多個板式熱交換器組成；這樣就允許在非常小的安裝空間下實現(xiàn)非常高的傳熱率。并利用特殊元件用于在換熱器板中產生湍流，一方面，是增加散熱，另一方面，是減少了由于冷凝物沉積而產生顆粒物的趨勢。
 
『排氣后處理系統(tǒng)』
排氣后處理由NSC（氮氧化物存儲催化還原技術）+DPF（顆粒捕捉器）+SCR（選擇性催化還原技術）組成。選擇性催化還原過濾器中的尿素/水溶液通過計量閥和專門開發(fā)的混合器盡可能有效地供應和分配。
↑NSC+DPF+SCR排氣后處理系統(tǒng)
此外，寶馬還對平衡軸系統(tǒng)、皮帶傳動系統(tǒng)、油泵等都進行了優(yōu)化。通過以上各種技術，使新一代發(fā)動機在NVH性能上有了較大的提升；在WLTC工況下的節(jié)油效果提升了4%-5%；提升了發(fā)動機的動態(tài)響應性能；并可以滿足歐6d排放，尤其是對于RDE標準的滿足。
         ↑與前代車型相比NVH性能提升

↑各項技術對節(jié)油的貢獻
 
  
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