2021款路虎新极光发现运动1.5L I3发动机技术亮点(一)

◆文/贵州 李涛

一、发动机机械部件

1.英杰力(Ingenium)1.5L I3发动机机概述

Ingenium I3 1.5L发动机是一款全铝1.5L直列三缸发动机，并且带有一个单涡道涡轮增压器。该发动机也采用了双顶置凸轮轴、12气门和燃油直喷技术。该发动机用于21MY捷豹和路虎车型中，并且也可用于纵置或横置应用。该发动机设计为可在轻度混合动力电动汽车(MHEV)和插电式混合动力电动汽车(PHEV)车型上运行。在本文我们将重点以安装在2021年款路虎极光/发现运动的发动机为例进行介绍。

Ingenium I3 1.5L汽油发动机是Ingenium 系列的第四款发动机，与Ingenium I4 2.0汽油发动机拥有相同的结构和总体构造。该发动机将作为与奇瑞捷豹路虎(CJLR)在中国常熟的合资工厂制造。Ingenium I3 1.5汽油发动机可提供两种输出功率：120kW(中等功率)和146.9kW(高功率)。

Ingenium I3 1.5L发动机外观如图1所示，主要技校参数见表1。其主要特点有：①可变冷却液泵，电磁阀控制的冷却液泵可以调节流量或关闭，以缩短预热时间，并在低负载高转速时减少流量；②电子节温器，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，以缩短预热时间；③可变流量机油泵，电磁阀控制的机油泵可以根据负载或发动机转速改变发动机机油压力；④Bosch燃油直喷系统，可输出高达250bar(1bar=100kPa)的燃油压力。⑤集成排气岐管和单涡道涡轮增压器；⑥进气和排气可变凸轮轴正时(VCT)；⑦水冷式增压空气冷却器(WCAC)；⑦单平衡轴。

图1 Ingenium1.5L I3发动机外观

表1 Ingenium I3 1.5L发动机参数

2.发动机总体构造

Ingenium I3 1.5L汽油发动机总体构造如图2所示，它采用了轻量全铝设计，1号活塞位于发动机前部。它采用了与四缸型号相同的缸径和冲程以及汽缸孔间隔尺寸，并且有62%的通用零件可与其他Ingenium发动机共用，因此可以在同一生产线上进行机加工。这样便可以灵活安排每种型号的生产数量。三缸和四缸发动机都具有相似的缸体铸件，但是二者的冷却通道和主轴承尺寸有所不同。该发动机使用单根平衡轴来抵消发动机部件往复运动时产生的振动。如图3所示，该发动机采用单平衡轴，该轴以发动机转速运行，但旋转方向与发动机旋转方向相反。该平衡轴由主传动链驱动。降低寄生损失的措施包括在凸轮轴和平衡轴上使用的滚针轴承。为了减少汽缸摩擦，汽缸孔也采用了偏置设计。排气歧管与四缸型号一样，目前是汽缸缸盖的集成部分，它为单涡道涡轮增压器提供了一个直接安装点。

图2 发动机机总体构造

图3 平衡轴

3.气门机构

顶置凸轮轴(DOHC)部件如图4所示，Ingenium I3 1.5L汽油发动机使用双顶置凸轮轴(DOHC)配置。排气凸轮轴有一个燃油泵凸角，用于驱动高压(HP)燃油泵。凸轮轴盖上的标志“I”表示进气，标志“E”表示排气。凸轮轴盖上也带有编号，以确保组装在汽缸缸盖罩中的正确位置。例如“I3”或“E1”。气门机构的布置图5所示，滚轮和排气凸轮轴凸角之间的间隙由液压气门挺杆的操作予以补偿。这将确保在整个发动机操作期间所有滚轮式指状凸轮从动件都可与排气凸轮轴凸角接触。

图4 顶置凸轮轴(DOHC)部件

图5 气门机构的布置

可变凸轮轴正时(VCT)如图6所示，每个凸轮轴都有一个VCT执行器。VCT执行器包含一个链轮，该链轮通过由曲轴驱动的正时链驱动凸轮轴。VCT执行器可独立调整2个凸轮轴的正时，从而在必要时提高发动机效率和性能。在两个凸轮轴的另一端均压装一个磁阻传感器环，并由2个CMP进行监测。PCM使用2个CMP信号确定凸轮轴的位置。然后VCT执行器可以调整凸轮轴的相位，以提供更高的性能和效率。VCT系统由PCM使用来自两个凸轮轴位置(CMP)传感器的信息进行控制。电控VCT电磁阀会确定VCT执行器的位置，该执行器直接连接至凸轮轴。进气凸轮轴可以提前70°，排气凸轮轴可以延迟50°。

图6 可变凸轮轴正时(VCT)

排气凸轮轴由扭矩辅助VCT系统驱动，该系统使用加压的发动机机油和残余的凸轮扭转能量来更改凸轮轴正时。偏置弹簧有助于排气VCT系统达到性能和驱动速度。在凸轮轴正时方面，排气VCT的基本位置是提前的，在全行程位置是延迟的。在排气VCT中，偏置弹簧仅在VCT从全行程移动到基本位置时，才有助于达到性能和驱动速度。当VCT执行器位于基本位置时，执行器中的钢销将锁定执行器。

进气凸轮轴由凸轮扭矩驱动VCT系统驱动。该系统只需要使用凸轮轴扭转能量来更改凸轮轴正时。发动机机油在VCT执行器内进行再循环，仅在补充加注损失机油时才需要加压发动机机油。鉴于凸轮轴中的扭转能量的数量，不需要使用偏置弹簧来满足所需的启动速度。该VCT的基本位置是延迟的，全行程位置是提前的。当VCT执行器位于基本位置时，执行器中的钢销将锁定执行器。

发动机正时部件由两个正时链驱动，如图7所示。主正时链由曲轴上的一个链轮驱动，然后该链条驱动两个中间张紧轮和单平衡轴。辅助正时链由中间张紧轮驱动，然后驱动进气和排气凸轮轴上的链轮。两个正时链张紧器可将主和辅助正时链保持在正确张力。正时链张紧器由液压压力操纵，用于对正时链施加受控的张力。正时链和张紧器都是免维护的“终生服役”部件，因此没有保养间隔。如果需要更换正时链，需要使用相应程序和专用工具以确保获得正确的曲轴至凸轮轴正时。主和辅助正时链都带有金色的链节，这些链节需要对准链轮上的正时标记。

图7 正时部件

4.附件驱动

PHEV车型附件驱动如图8所示，曲轴驱动皮带轮为附件传动带提供驱动力，进而为安装在前部的附件(例如皮带驱动一体式启动机发电机(BISG)、冷却液泵)提供旋转动力，空调压缩机为高压电力驱动(AC)。BISG即可以做为发电机，也可以做为启动机，因此车辆上使用了一个双向分离张紧器，以便确保在增减扭矩时能够向传动带施加足够的力。在每次例行保养时，必须检查附件传动带是否过度磨损或损坏，并且每6年或102 000km更换一次。

图8 附件驱动

BISG传动带张紧器工作情况如图9所示，当BISG传动带上产生不同的负载时，BISG传动带张紧器保持正确的张力。BISG传动带张紧器皮带轮确保皮带与部件皮带轮保持最大程度的接触。拆卸驱动皮带如图10所示。

图9 BISG传动带张紧器工作情况

图10 拆卸驱动皮带

(1)将合适的工具安装到皮带驱动一体式启动机发电机皮带张紧器上。

(2)使用此工具重新定位并固定BISG皮带张紧器。

(3)安装专用工具:JLR-303-1669。

(4)拆下工具。卸下3个螺栓，拆下BISG皮带张紧器。拆卸驱动皮带。

二、润滑系统

1.润滑系统概述

润滑系统相关部件如图11所示。Ingenium I3 1.5L汽油发动机使用了一个可变排量机油泵，该泵位于汽缸缸体的底部。固定排量机油泵是造成寄生能量损耗的因素之一。这是由于这种机油泵大部分时间输送的机油超过需求量，以确保发动机可以在较宽的工作范围内安全运转。泄压阀能够防止机油压力过高。在高体积流量条件下，一些压力机油未被充分利用便流回了储油罐。I3 1.5L发动机配备带一体式真空泵的可变流量机油泵，该泵位于发动机油底壳中。可变流量机油泵为润滑系统提供了根据发动机负载和转速改变排量能力。泵的排量经过调节，以减少“未被充分利用”便流回到储油罐中的机油量。这种情况可减少发动机上的寄生负载，进而节油。

图11 润滑系统相关部件