2021款路虎新极光发现运动1.5L I3发动机技术亮点(二)

◆文/贵州 李涛

(本文作者工作单位：贵州航天职业技术学院)

2.机油泵

发动机配备带一体式真空泵的可变流量机油泵，具有体积流量控制功能，能根据发动机负载和转速改变输出。可变流量机油泵如图12所示，部件分解图如图13所示。机油泵具有排量控制机制，能根据发动机负载和转速改变输出。机油泵是一个带偏心安装的控制环(2)的叶片泵(6)，偏心控制环由经过校准的控制弹簧(4)固定在位。通过移动偏心安装的控制环的位置，可调整输油特性。如需调整位置，机油压力将施加到控制环表面(3)上，然后作用在经过校准的控制弹簧(4)的张力上。当机油压力大于控制弹簧张力时，控制环顺时针移入叶片泵的中心。这将减小偏心率，减少机油泵输出。

叶片型真空泵与机油泵串联，并通过发动机缸体中的钻孔和真空接头连接至真空管。真空泵产生的真空用来为制动系统中的制动助力器提供真空。真空泵通过真空管和汽缸缸体中的端口从制动助力器引入空气。从制动伺服抽出的空气流经真空管接头，该接头配备一个防止机油进入制动系统的单向阀。这些空气通过真空排气阀排入汽缸缸体中。

3.活塞冷却机油喷射器

活塞冷却机油喷射器如图14所示，机油润滑油路如图15所示。三个活塞冷却机油喷射器位于汽缸缸体中。每个喷射器都靠近一个汽缸，并由一个螺栓固定在汽缸缸体中。活塞冷却机油喷射器为活塞和活塞销提供冷却和润滑。每个活塞冷却喷射器都有一个单出口喷嘴，此喷嘴将机油喷入活塞中的冷却室内。油路的机油供应由一个活塞冷却机油喷射器电磁阀控制，该电磁阀由PCM控制。该电磁阀具有12V电源供应，PCM在接地侧通过PWM对其进行控制。该电磁阀可根据发动机转速和负载打开和关闭机油供应。在冷启动后以及预热过程中，由于活塞冷却喷射器通电，供油切断，所以加热过程得以改善。由于活塞散热量减少，排放得以减少。活塞冷却喷射器电磁阀是常开的，并由PCM电动关闭。如果电磁阀电路发生任何电气故障，则意味着机油将会供应至活塞冷却喷射器。

三、冷却系统

1.可变冷却液泵

Ingenium I3 1.5L汽油发动机采用可变冷却液泵和电子节温器。可变冷却液泵受到控制以提供最佳流量，从而支持来自发动机部件的所有冷却请求。可变冷却液泵如图16所示，冷却液泵内有一个导流罩，导流罩在叶轮上滑动，可限制将水泵送到发动机周围的冷却液量。泵旋转会产生压力，在电磁阀的控制下，这个压力被转移至导流罩总成或泄漏回冷却液系统。因此，如果泵不旋转，导流罩就不会移动。该电磁阀具有12V电源供应，PCM在接地侧通过PWM对其进行控制，从而实现发动机的全面热管理策略。泵内的压力作用在壳体中的回位弹簧上。没有来自PCM的信号时，该电磁阀将会打开，因而，导流罩在弹簧力的作用下返回其底座位置，使泵产生全流量。注意：可变冷却液泵必须旋转才能产生用以移动导流罩的内部压力。

在发动机冷启动过程，叶轮完全由导流罩盖住，因此冷却液不会泵入发动机汽缸缸体。随着部件预热，流量请求分5个阶段增大。可变冷却液泵受到控制以提供最小流量，从而支持来自发动机部件的所有冷却请求。在冷却液温度达到开启温度85℃后，导流罩将移至其最远开启位置，从而在节温器管理的温度控制下实现最大泵送。

该系统中使用了两个额外的20W电动泵。一个电动泵位于散热器罩的底部右侧，用于供应流经低温系统的冷却液,低温系统包含增压空气冷却器器WCAC。第二个泵位于右侧悬架座的前面，在停止/启动操作期间，该泵用于在发动机关闭时向座舱加热器供应冷却液，以保持乘客的舒适性。它也用于在关闭点火开关后抽取冷却液使其流过涡轮轴承壳体，为其提供继续冷却。

2.电子节温器

电子节温器如图17所示，它包括一个带电加热元件的主节温器。通电后，加热元件加热蜡式元件，使主阀打开，让冷却液从发动机流回可变冷却液泵。随着主阀的打开，旁通阀关闭旁通路径，驱动冷却液流经散热器。因此，在预热阶段，冷却系统的操作不仅根据冷却液温度直接进行控制，而且还在PCM指定下操作加热元件，以实现更精密的冷却液温度控制。Ingenium I3 1.5L汽油发动机的目标工作温度在90～105℃之间，除非负载增加，否则始终保持在103～105℃之间。节温器蜡式元件的打开温度为105℃。因此，可以增大节温器加热器的占空比来帮助打开主蜡式节温器，从而维持低于105℃的目标温度。如果发动机在较高的负载条件下或在高速循环时运行，则将发动机调节至较低的工作温度(约90℃)。

3.冷却回路概述

ingenium I3 1.5L汽油发动机冷却回路示意图如图18所示。Ingenium I3 1.5L汽油发动机的热管理系统，旨在缩短冷启动后的预热阶段，并对产生的热量进行引导以提高效率。重点是减少：发动机内部摩擦、排放和对有损燃油效率的加热措施的使用。

(1)发动机冷态时，冷却液流程：旁通阀打开；这将允许泵送的冷却液流过系统，并通过旁通软管返回可变冷却液泵；可变冷却液泵输出得到控制，提供流过冷却系统的最小冷却液流量，具体取决于发动机负载、发动机转速或座舱加热请求；此功能允许发动机和冷却液更加快速地预热。

(2)预热时冷却液流程：可变冷却液泵输出再次得到调节，从而符合发动机负载、转速和座舱加热需求。

(3)发动机热态时冷却液流程：在目标温度下，可变冷却液泵输出被设为最大，导致冷却液持续流动。

(4)正常工作温度-发动机低负载时冷却液流程如下所示：

①蜡式元件对冷却液温度做出反应并打开主节温器阀(较高的发动机温度)。

②此时，冷却液可以从发动机流入散热器顶部软管。

③冷却液由散热器进行冷却，然后从底部软管流出。

④在发动机温度约为105℃时，主节温器阀将会打开。

(5))正常工作温度-发动机高负载时冷却液流程如下所示：

①加热元件激活，此时节温器在较低的(正常)温度下打开。

②节温器的打开和关闭会将发动机温度保持在90～105℃。

四、燃油和点火系统

1.燃油系统概述

Ingenium I3 1.5L汽油发动机配备了无回油、按需运行、直喷燃油输送系统。燃油系统示意图如图19所示，它包括低压(LP)和高压(HP)燃油回路，以便在所有工况下为发动机提供充足的燃油。该系统采用以下部件：

①燃油泵驱动模块(FPDM)；

②燃油箱和低压(LP)燃油泵，其工作压力为4.5~6.3bar(1bar=100kPa)；

③燃油输送管路；

④燃油低压传感器；

⑤高压燃油泵(最大工作压力为250bar)；

⑥包含燃油分供管压力和温度(FRPT)传感器的燃油分供管；

⑦三个电磁阀型喷油器。

2.低压燃油系统-燃油泵

燃油箱内含一个燃油泵，如图20所示。该模块收集来自油箱两侧的燃油，在转向/横向加速期间，燃油泵确保涡流罐中有足够的燃油，以满足发动机的燃油需求，燃油由文丘里泵输送至涡流罐。文丘里效应就是，当液体流过管的收缩部分时，液体压力将会下降。燃油快速流过吸油管时会形成低压，这个低压就将燃油箱左(被动)侧的燃油吸回到燃油箱的燃油泵(主动)侧。

3.低压燃油系统-三相燃油泵

燃油泵使用了无刷直流(DC)电机，该电机按交流电(AC)原理运行。如图21所示，该电机具有3个主要电气连接(3相)，这些连接采用星形配置，名称分别为U、V和W。每个连接都充当电源和接地供应(AC)。根据所需的燃油压力，PCM向燃油泵驱动模块(FPDM)发送一个脉宽调制(PWM)信号来控制燃油泵的输出。然后，FPDM沿所有3根导线分相供电以驱动泵，泵可以激活作用在转子上的每个线圈。当其中一相位激活时，其他相位会为电流提供接地路径。若要停止燃油泵，来自PCM的PWM信号需达到75%。可通过测量相位1和相位2之间的电阻以及相位1和相位3之间的电阻来检查电机的完好性。如果任意一相发生断路，泵将无法运行。

4.低压燃油系统-燃油泵驱动模块

低压(LP)燃油泵的操作由燃油泵驱动模块(FPDM)来控制，FPDM接受来自PCM的PWM信号，对燃油泵进行控制。低压(LP)燃油泵的转速可调节，从而改变供应给高压(HP)燃油泵的燃油压力，低压(LP)燃油泵的标称输出压力为4.5～6.3bar。燃油泵的输出压力将随着发动机需求和燃油温度的改变而改变。PCM监测来自燃油低压传感器的输入，然后调整低压(LP)燃油泵的转速以满足需要。燃油泵驱动模块(FPDM)在路虎极光车型上的位置，如图22所示。

PCM输出的PWM信号的接通时间代表泵转速的一半，例如如果PWM信号接通时间占空比为50%，则FPDM会将泵转速控制在100%。仅当FPDM接收到接通时间介于4%和50%之间的有效PWM信号时，才会向燃油泵通电。为了关闭燃油泵，PCM将传输一个接通时间为75%的PWM信号。FPDM有一个来自燃油泵继电器的电源，它会通过硬接线连接向燃油泵供电。PCM通过硬接线连接车身控制模块/网关模块(BCM/GWM)总成，并接收“唤醒”信息。以下情况将使燃油泵继电器通电：①打开驾驶员车门；②操作点火开关；③发动机拖转启动请求。

如果PCM没有检测到燃油输送管路中的压力，则在发动机运行时将会停止发动机，在发动机未运行时将会阻止发动机启动并存储相应的故障诊断码(DTC)。PCM接收来自FPDM的监测信号，PCM将存储FPDM生成的任何DTC。可使用认可的诊断设备PATHFINER从PCM中检索DTC(无法查询FPDM本身)。如果发生事故，约束控制模块(RCM)将输出碰撞信号以禁用燃油泵继电器。

(未完待续)