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[其他] 解析本田K20C1/K20C4 2.0T涡轮增压直喷汽油引擎

动力总成用材与工艺 动力总成用材与工艺 84 人阅读 | 0 人回复

发表于 2020-7-8 17:10:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

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经常混迹汽车论坛的车友们一定会熟悉这样一句话“本田就是买发动机送车的”,一句看似风趣的调侃,背后则是行业对本田发动机认可的体现。在自然吸气发动机历史里,那台搭载在FD2身上的K20A引擎无疑是成功的,它代表着本田对于高转NA的执着。哪怕属于K20A的时代已经过去,但“冠军”的声音还一直在本田粉耳边徘徊。

现如今,涡轮时代已成为主流,本田也不可能为了所谓的情怀而放弃当前的汽车市场,于是本田将全新的Vtec Turbo技术应用到K20系列发动机中,K20C就这样诞生了。


HondaK20C turbo/2.0VTEC turbo是一款2.0升直列四缸汽油涡轮增压发动机。K20C1发动机于2015年开始用于本田Type R(FK2)。2017年,K20C4发动机搭载在了雅阁身上。本田的工程师将VTC(可变气门正时控制)进排气、可变气门正时和升程电子控制(i-VTEC)、高压(20MPa)多孔燃油直喷器等一系列技术都应用到了这台引擎上。

K20C引擎主要规格
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K20C1 - 306 hp (228 kW) at 6,500 rpm, 295 lb-ft (400Nm) at 2,500 rpm   
K20C4 - 252 hp (188 kW) at 6,500 rpm, 273 lb-ft (370Nm) at 1,500-4,000 rpm
K20引擎燃烧技术
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K20C发动机采用直接燃油喷射系统,却能够提供如此高的燃油效率和较低的排放。本田通过CAE技术(计算机辅助工程,其概念很广,但汽车CAE主要是指工程设计中的分析计算和分析仿真,其核心是基于现代计算力学的有限单元分析技术。针对特定类型的工程或汽车所开发的用于产品性能分析、预测和优化)优化了滚流比与进气道流量系数的关系。通常厂商的做法会是减少进气道的流动截面积,从而提升滚流,但就降低了进气道流量系数,本田通过对进气口和活塞顶的形状进行了优化,以产生强烈的滚流并提高气缸内燃油混合气的一致性。

(流量系数与滚流对比图)
在内燃机整个工作循环中,缸内气体充量始终进行着极其复杂而又强烈瞬变的湍流流动。这种湍流运动决定了各种量在缸内的输运及其空间分布,它对可燃混合气形成、火焰传播、燃烧品质、缸壁传热及污染物形成等都具有直接的、本质的影响。组织良好的缸内空气流动可以提高汽油机的火焰传播速率、降低燃烧循环变动、适应稀燃和层燃。

引擎轻量化以及冷却技术
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本田的2.0升涡轮增压发动机有一个轻型铸铁气缸盖和一个带加强型铸铁气缸盖的主轴承座。排气歧管与缸盖为一体铸造而成,气缸壁采用平台珩磨。在发动机缸体内部,有一个轻量化锻钢曲轴,曲轴轴颈经过微抛光以减少摩擦,热锻高强度钢连杆和轻型活塞具有空腔状冠,并以点模式涂覆低摩擦钼涂层。

活塞有冷却油道(内部“冷却通道”)以降低活塞环区域的温度。气缸体内部的喷油嘴也会在底部向它们喷洒机油。气缸盖有两件套水套。排气口为水冷式,有助于降低排气温度,更快地达到工作温度。与1.5升涡轮发动机一样,2.0升涡轮发动机有16个气门(每个气缸4个气门)和双顶置凸轮轴。它采用薄壁空心凸轮轴,由低摩擦正时链驱动。

缸盖内集成排气歧管的设计可以让处于冷机工况的发动机快速升温达到最适工作温度;在高转速下能够通过气缸盖内环绕在排气歧管四周的水套快速带走热量从而降低排气温度,避免爆燃现象的发生或减少混合气加浓喷射导致的燃油消耗。

可变气门正时及可变气门升程的应用
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该发动机配备了本田的VTEC(可变气门正时控制)进排气。除此之外,工程师还安装了可变气门正时和升程电子控制(i-VTEC),它可以改变气门升程、正时和排气门持续时间,从而通过在较低转速下增加排气压力来减少涡轮滞后。

在VTEC系统中,其进气凸轮轴上分别有三个凸轮面,分别顶动摇臂轴上的三个摇臂,当发动机处于低转速或者低负荷时,三个摇臂之间无任何连接,左边和右边的摇臂分别顶动两个进气门,使两者具有不同的正时及升程,以形成挤气作用效果。此时中间的高速摇臂不顶动气门,只是在摇臂轴上做无效的运动。当转速在不断提高时,发动机的各传感器将监测到的负荷、转速、车速以及水温等参数送到电脑中,电脑对这些信息进行分析处理。当达到需要变换为高速模式时,电脑就发出一个信号打开VTEC电磁阀,使压力机油进入摇臂轴内顶动活塞,使三只摇臂连接成一体,使两只气门都按高速模式工作。当发动机转速降低达到气门正时需要再次变换时,电脑再次发出信号,打开VTEC电磁阀压力开头,使压力机油泄出,气门再次回到低速工作模式。




总结

本田K20C系列四缸汽油涡轮增压发动机采用的高滚流燃烧室设计是目前一个主流懂得设计方向,能够提升混合气燃烧速度,提升燃烧效率。活塞内部冷却油道的设计也为发动机活塞冷却提供了更加有效的方法。可变气门正时及可变气门升程的应用使得这台发动机相比起其他同级的2.0T发动机在结构上有了自己的独特性。

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