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两级涡轮增压!BMW新一代模块化柴油机技术

2019-01-10 20:02:49·  来源:汽车动力总成  
 
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为了应对新的排放和油耗法规要求,进一步降低油耗和重量,并改善动力性能和NVH水平。宝马对已经服役多年的模块化发动机EfficientDynamics进行多项技术升级,作为
为了应对新的排放和油耗法规要求,进一步降低油耗和重量,并改善动力性能和NVH水平。
宝马对已经服役多年的模块化发动机EfficientDynamics进行多项技术升级,作为当今以及未来很长一段时间的主要动力。其中柴油机对应发动机分别为B37(1.5L三缸)/B47(2.0L四缸)/B57(3.0L六缸),升级之后的新版本统一命名为BX7TU1。
↑主要技术升级措施
在当前模块化平台的基础之上,以四缸柴油机为例,主要技术升级措施包括:采用两级涡轮增压、高压EGR、优化燃油喷射系统、优化缸体缸盖、进一步降低内部摩擦以及采用带NSC的后处理系统等等。
『气缸体』
气缸体是在前代发动机缸体基础上的进一步优化,主要方向是降低摩擦、提高冷却效率、实现轻量化和缸体强度优化。主要包括但不仅限于以下内容:
  • 采用由AlSi8Cu3铸铝缸体;
  • 重量优化的烧结主轴承盖,带互锁齿;
  • 将平衡轴安装在预制隧道中,直接安装在气缸体内;
  • 通过电弧喷涂气缸表面,降低活塞与气缸摩擦;
  • 首次系列使用珩磨的轴承表面,以尽量减少发动机摩擦;
  • 优化冷却通道。
『气缸盖』
带有集成油气分离系统的气缸盖罩采用塑料制造,有效的降低重量和成本。两级被动油气分离系统包括具有预分离功能的沉降室和精细分离器。通过在精细分离器中使用球冲击器实现效率增加(在相当的压力损失下增加的油分离性能)。随着漏气体积流量增加,释放更多数量的通道开口,从而建立与窜气流量无关的最佳油分离水平,同时降低压力损失。
 
『两级涡轮增压系统』
两级涡轮增压系统由一大一小两个涡轮串联组成。低压级上的致动机构确保可变导向叶片的精确和快速调节,从而能有效减少涡轮迟滞。通过气动控制的排气控制阀在两个排气涡轮增压器之间分配废气流量。
↑两级涡轮增压系统的剖视图
在低速工况下,废气依次流过高压、低压涡轮,给气缸提供较高的进气压力。当发动机处于高速工况下,只有低压级在继续运行,此时,增压空气通过旁通阀绕过高压涡轮。因此,即使在发动机转速较低的时候,也可以快速实现建立高充气压力。整体使得发动机的动力性能,尤其是在低速下的动力性能得到有效的提升。
↑两级涡轮增压器的工作范围
『燃油喷射系统』
系统喷射压力提升至2200bar-2500bar,系统根据发动机工况调节喷射压力大小,采用单活塞泵用作高压泵,并对活塞行程和凸轮轴进行了修改,以增加燃油的输送量。
另外,还在现款2000bar喷射器的基础上,第一次引入NCC系统来控制喷射持续时间,从而显着提高计量精度。NCC的核心是集成在电磁阀喷射器中的压电传感器,系统通过该压电传感器测量单个喷射的准确时间。在实际驾驶操作期间,带NCC系统喷油器的动作是根据传感器测量和物理软件模型连续计算的,在闭环控制回路中校正喷射时间和流量的偏差。
↑NCC系统的功能原理(示意图)
 
『废气再循环系统』
配合两级涡轮增压系统,进一步开发高压EGR(HP-EGR)模块,主要目的是优化燃烧,优化机内净化,降低NOX。高压EGR是直接从排气歧管引入废气,并在调节(冷却或非冷却)后将其引导到进气中。冷却和非冷却操作之间的转换通过真空泵控制旁通阀实现。在新的BMW柴油发动机中,冷却器直接安装在阀门的下端,由多个板式热交换器组成;这样就允许在非常小的安装空间下实现非常高的传热率。并利用特殊元件用于在换热器板中产生湍流,一方面,是增加散热,另一方面,是减少了由于冷凝物沉积而产生颗粒物的趋势。
 
『排气后处理系统』
排气后处理由NSC(氮氧化物存储催化还原技术)+DPF(颗粒捕捉器)+SCR(选择性催化还原技术)组成。选择性催化还原过滤器中的尿素/水溶液通过计量阀和专门开发的混合器尽可能有效地供应和分配。
↑NSC+DPF+SCR排气后处理系统
此外,宝马还对平衡轴系统、皮带传动系统、油泵等都进行了优化。通过以上各种技术,使新一代发动机在NVH性能上有了较大的提升;在WLTC工况下的节油效果提升了4%-5%;提升了发动机的动态响应性能;并可以满足欧6d排放,尤其是对于RDE标准的满足。
         ↑与前代车型相比NVH性能提升

↑各项技术对节油的贡献