2019新款捷豹路虎极光新技术介绍(一)

2020-01-10北京王继东

汽车维修与保养 2019年10期

◆文/北京王继东

2019新款捷豹路虎极光的内部代号是L551，于2019年下半年上市。该车型引入了一种称为高级横置架构(PTA)的新型架构。PTA平台以D8平台为基础，它的推出使得引入MHEV和PHEV技术以及支持高级驾驶员辅助系统(ADAS)功能所需的最新电气基础设施成为现实。PTA平台也大幅改善了车辆噪音、振动、不平顺性(NVH)性能。可靠的发动机安装点可以更好地隔离发动机移动和振动。这也提供了一个更好的平台，从悬架的工作情况到驾乘和操控性方面的优点，都能够体现这一点。从D8到PTA平台的关键改进包括：轴距增大，增强了座舱空间感，并且便于进行混合动力汽车开发；降低了发动机安装支架，改善了操控性和NVH；提高了碰撞性能；相对于老款极光，具有更强的越野能力：改善了接近角、离去角和纵向通过角；相对于老款极光，具有600mm涉水深度(老款极光L538为500mm)。

一、发动机-汽油排放炭粒过滤器

1.发动机概述

新款极光将搭载的2.0L四缸Ingenium发动机，可提供三种输出功率：①200马力(340N·m扭矩)；②249马力(365N·m扭矩)；③300马力(400N·m扭矩)。

配备这三种输出功率发动机的车辆参数如表1所示。

IngeniumI42.0L汽油发动机是全铝2.0L直列四缸发动机。较低的油耗得益于减少内部摩擦和附着损耗。由于发动机能够更快地达到正常的工作温度，因此这可使发动机更加经济和环保。这主要是通过使用创新的冷却和润滑部件实现的，比如以下部件：

①可变冷却液泵，这是由电磁阀控制的泵，可以关闭以缩短预热时间并减少低负载高转速时的流量。

②电子控制节温器，可以单独控制流至汽缸缸盖和汽缸缸体的冷却液流量以改善预热时间。

③可变流量机油泵，这是由电磁阀控制的泵，可以根据负载或发动机转速改变发动机机油压力。

除了润滑和冷却技术之外，发动机上还采用了多种新技术，其中包括：

①连续可变气门升程(CVVL)。这套创新的系统能够用电动液压的方式改变进气门正时和升程，从而在发动机工作范围的各个阶段优化性能和经济性。简单地说，该系统通过改变进气门开度来调节吸入发动机的空气量，从而取代了电子节气门的功能。

②集成排气歧管和双涡道涡轮增压器可分离排气脉动以改善发动机响应和驾驶性能。

③在300马力型号上，升级版涡轮增压器采用了高流量压缩机叶轮，将进气量增加26%，实现了更高的峰值输出功率。

④IngeniumI42.0L汽油发动机使用了可提供高达200bar(1bar=105Pa)燃油压力的现有Bosch燃油直喷系统以及进气和排气可变凸轮轴正时(VCT)。

表1 车辆参数

2.汽油排放炭粒过滤器

为满足中国CN6b排放法规的市场，新极光汽油发动机车型配备汽油排放炭粒过滤器(GPF)。GPF设计用于收集燃烧过程产生的剩余颗粒物(PM)。众所周知，汽油发动机产生的PM比柴油发动机要小，但是研究表明，即使微量的颗粒也会对健康造成不利影响。法规要求越来越严格地控制排气管排放。

GPF系统部件如图1所示。发动机将GPF和三效催化剂组合在一个单元中。这些过滤器与上游催化剂协同工作，减少了一氧化碳(CO)、氮氧化合物(HC)和氮氧化物(NOx)和颗粒物质的排放。GPF的功能和结构与柴油排放炭粒过滤器(DPF)类似，但是所用材料不同。DPF基质由碳化硅制成，而GPF基质是堇青石，这是一种合成陶瓷。GPF工作原理如图2所示，一半基质通道中都布置了塞堵，而另一半通道的出口处也布置了塞堵。当废气流过过滤器时，通向出口的路径被堵塞，这就迫使气体流过基质壁，导致PM沉积在基质材料中。

图1 GPF系统部件

图2 GPF工作原理

3.排气背压传感器

排气背压传感器测量系统压力并将该数据传输到动力传动系统控制模块(PCM)。当GPF中的PM含量升高时，废气气流将会受阻，从而增大系统背压。如果背压超过预定限值，则PCM将会降低扭矩输出以保护发动机。如果发动机在高发动机转速下运行，则过高的排气背压会引发缺火或排气门过热导致的潜在损坏。该传感器安装在发动机后部的支架上。

如图3所示，排气背压传感器连接了两根软管，一根通向大气的真空软管，另一根至排气系统的连接。

通风口软管必须保持通畅。通风口软管的任何阻塞都将会导致传感器向PCM提供不正确的数据。排气背压传感器带有来自PCM的5V参考电压。

4.GPF再生

随着PM聚积量的增多，排放炭粒过滤器可能会发生堵塞，并对发动机的性能和效率造成负面影响。因此，必须让过滤器进行再生；这是燃烧掉累积的PM的一个流程(氧化)。GPF的再生会在废气中含有氧并且GPF的温度足够高时发生。为了让排放炭粒过滤器进行再生，需要存在两种物质热量和氧。GPF有两种再生方法分别为被动再生和主动再生。

图3 排气背压传感器

5.被动再生

GPF的设计只需要最小程度的驾驶员干预，绝大多数驾驶员都不会注意到其车辆上采用的排放控制技术。被动再生在正常驾驶车辆时进行。柴油发动机在废气温度相对较低的情况下运行时，其废气中通常会含有过量的氧，因此若要进行排放炭粒过滤器再生，则必须要升高废气温度。通过多种方法可以实现这一点，其中包括在主燃烧事件结束后向汽缸内喷射燃油，这称为后喷射。在此过程中，多余的燃油与废气中的氧混合并点燃，从而将废气温度升高至约500～600℃。这种高温会导致积聚的PM发生氧化，从而有效地排除DPF中的堵塞并让气体顺畅地流动。

相比之下，汽油发动机的废气温度比柴油发动机高很多。在城市驾驶情况下，其温度会达到300～500℃；在持续负载情况(高速公路驾驶)下，其温度会高达700℃。但是，汽油发动机废气只含有极少的氧，因此GPF必须以不同的方式获得氧才能启用再生。在驾驶员将脚从加速器踏板上移开后，发动机会吸入并压缩新鲜空气，然后从燃烧室中将其排入排气系统。当排气系统处于合适的再生温度时，这些额外激增的氧将会与PM发生氧化反应，从而对GPF进行再生。因为颗粒物的氧化是在这种持续再生模式下完成的，所以GPF不存在堵塞的风险，并且不需要来自驾驶员或发动机管理系统的干预。GPF设计为在车辆的使用寿命中持续运行。

6.主动再生

在正常驾驶条件下，只要驾驶员将脚从加速器踏板上完全移开，排气系统中就会存在多余的氧，因此就有足够的热量让GPF进行再生。但是，某些驱动循环会让再生流程面临更多困难，在这些情况下，一个信息可指示当前驾驶方式不利于无故障操作。这些驾驶方式的示例如下：

①仅在极低的速度下使用车辆发动机或长时间静止操作。在这些情况下，排气系统可能无法达到足够高的温度来启用GPF的再生。

②在高负载下长时间操作(例如，高速牵引)，因为在这些情况下，缺乏启用GPF再生所需的激增的氧。

在这些情况下，驾驶员可能会看到仪表盘(IC)上显示一系列信息或说明。这些信息仅供参考，并且不会引发报警；通过按照显示的说明进行操作，驾驶员能够快速纠正该情况。

GPF的主动再生流程由PCM控制。PCM会通过调节空/燃比增大排气系统中的氧含量。PCM也会维持排气系统的温度，以便让GPF能够进行再生。传感器数据和模型用于确定排气系统温度。PCM通过控制下列参数来调节废气温度：节气门位置；目标空/燃比(λ)；点火正时；可变凸轮轴正时(VCT)；燃油喷射正时；燃油喷射模式；燃油泵控制；发动机怠速速度。

7.再生信息提示

(1)烟尘负载

烟尘负载共有六种GPF烟尘负载积聚范围：

①烟尘负载小于7%，GPF已进行再生，无主动再生。

②烟尘负载小于50%，无主动再生。

③烟尘负载大于50%且小于100%，主动再生。

④烟尘负载大于100%且小于125%，仪表盘(IC)中琥珀色警告指示灯将点亮。驾驶员需要遵照IC信息中心说明进行操作，以便让PCM执行主动再生。

⑤烟尘负载大于125%且小于150%。IC中的红色警告指示灯点亮。驾驶员需要遵照IC信息中心说明进行操作，以便让PCM执行主动再生。PCM将会限制发动机扭矩输出。

⑥烟尘负载大于150%。仪表盘(IC)中红色三角形警告指示灯将点亮。IC信息中心将会显示警告信息。PCM以“自我保护模式”操作发动机。PCM会将发动机扭矩输出限制为最高扭矩的30%，无主动再生。

注意：主动再生需要花费20min的时间才能将烟尘负载降低至7%以下。

(2)过滤器内的污染物含量过高-需要进行再生

如图4所示，可能出现的第一条信息是一个琥珀色图标，同时伴有文本“需要执行排气过滤器自清洁”，然后该信息将会滚动至第二条信息，其文本为“以低于80km/h的速度持续行驶15min将清洁过滤器”。这用于解决在高负载下长时间操作(驾驶方式2)后出现的问题，在这种情况下，没有多余的氧可供GPF进行再生。为了解决这个问题，在安全的前提下，应该以48～80km/h之间的速度驾驶车辆，在车辆行驶时，驾驶员需要偶尔将脚从加速器踏板上完全移开几秒钟。但是，应该注意到，如果车辆行驶速度过低(驾驶方式1)，过滤器将无法达到合适的再生温度，并且将会继续积聚PM。

注意：“按下确定清除信息”操作将会隐藏IC上的信息，但是这些信息会在下一次打开点火开关时重新出现。如果改变了驾驶方式，则发动机管理系统将会采取纠正措施来执行GPF再生。在一小段时间后，该图标将会变为绿色，文本将会显示为“排气过滤器自清洁已完成”。这表示驾驶员的干预已成功地让GPF进行再生。

图4 过滤器内的污染物含量过高-需要进行再生

图5 过滤器已满-需要进行再生

(3)过滤器已满-需要进行再生

如图5所示，如果驾驶员未进行干预，则烟尘质量将会继续增加，最终IC上将会出现一个红色图标。信息“排气过滤器已满。发动机功率将会降低”将会显示出来，随后不久，操作说明“以低于80km/h的速度持续行驶15min将清洁过滤器”将会显示出来。这一次，此信息仍然不会引发报警，如果改变了驾驶方式，则发动机管理系统就能够迅速采取纠正措施来执行GPF再生。注意：在此信息出现时，驾驶员应该会注意到车辆性能有所下降。此时可能需要改变驾驶方式来适应发动机功率和扭矩的降低和车辆加速性能的下降。如果再生流程已成功，则绿色“排气过滤器自清洁已完成”图标将会出现。

(4)性能受限

如果纠正措施不成功(或者系统存在故障)，车辆将会进入扭矩受限模式。如图6所示，仪表盘上的红色警告图标以及相关文本“性能受限”将会通知驾驶员。小心：如果车辆处于这种状态，则建议客户联系当地经销商对车辆采取纠正措施。可通过诊断工具，选择“动力传动系统控制模块[PCM]：颗粒过滤器再生”，从而强制执行GPF再生。

图6 性能受限

表2 ABCD个阶段说明

二、轻度混合动力电动汽车(MHEV)

1.轻度混合动力电动汽车(MHEV)概述

新极光采用了轻度混合动力电动汽车(MHEV)技术。MHEV将内燃机(ICE)与48V皮带驱动一体式启动机发电机(BISG)结合在一起，用于在发生超速和制动时捕获传动系统损失的能量。这些能量将被存储到48V MHEV蓄电池内，并在起步和瞬时加速期间被智能地重新调配以辅助发动机。在制动期间，当车速降至大约17km/h以下且变速器处于第4挡或更低挡位时，增强型自动停止/启动系统将会关闭发动机。在以下情况下，发动机将会平稳地重新启动，车辆又会照常获得驱动力：

①客户在制动以让车辆停下来后又踩下加速器踏板起步。

②在制动期间车辆尚未停下来时驾驶员的脚离开了制动踏板。

客户益处包括：

①改善了自动停止/启动系统的速度和精确性。

②改善了车辆响应和加速性能。

③与现有的自动停止/启动系统相比，在燃油经济性和二氧化碳排放方面可提升大约4～6%。

从发动机静止，到起步、加速、制动停止的过程中，MHEV操作如图7所示。A、B、C、D各阶段的说明如表2所示。注意：在超速状态下，如果没有施加制动压力，则车辆只会减速至爬行状态，SOTM将不会激活。在SOTM期间，在车辆停下来的同时，驾驶员可以减少制动压力以确保车辆平稳停下来。这种制动压力减少将不会导致发动机重新启动。