解析本田思域的L15B8发动机

导读 177最大马力,220牛米最大扭矩,实测0到100公里加速,7秒出头。这动力数据在16年的当时,同级难觅对手,即使跨级挑战,同样不怂。这个当红...

177最大马力,220牛米最大扭矩,实测0到100公里加速,7秒出头。

这动力数据在16年的当时,同级难觅对手,即使跨级挑战,同样不怂。这个当红炸子鸡,背后的功臣到底是谁?

隆重介绍,现在被本田用完又用,翻过来还继续用,感觉整个HONDA家族的车都要用的,L15B系列发动机。

当年,德系铁军高举涡轮增压大旗,在中国车市攻城掠地,可谓战无不胜。反观日系阵营,手里只握有自然吸气,对德系的一路高歌是毫无作为,无动于衷。

眼看节节败退,这时,日系中有名“买发动机送车”的选手,HONDA本田,吹响了反击的第一声号角。

本田双手合一,祭出第一副神器:“超跑”GK5同系列引擎,代号L15B8,本田首款1.5升小排量直喷涡轮增压发动机!

这副引擎的处女秀,本田选择了非常有传奇色彩的车型上去搭载, CIVIC思域。

又是思域吹文?Naive!为了让粉丝们能和我们共同成长,成为各自圈子里的“汽车KOL”,这篇文章,我会深入浅出的说说本田这台L15B8发动机的设计和构成。

让我们正确,科学去认识发动机的一些技术常识,同时也欣赏一下这份来自内燃机的机械艺术。

这份艺术,不知道以后还见不见得到呢

思域的1.5涡轮增压,极大可能改良自飞度上的1.5自然吸气。但远不止就多塞了一个涡轮这么简单。

首先,长行程和小缸径的结构,就非常有利于实现高的热效率,同时还能提供流速非常快的进气速度。

其实就是又窄又长嘛,十足一个手动打气筒的样子。

进气快了,等同于增加了缸内的紊流,滚流比得到提高,进而可以实现快速燃烧,还可以抑制爆震的产生。

爆震得到抑制,涡轮增压的压力就可以再往上走,结果就是在高热效率的基础上,同时还提高了动力性能。

也就是大家常说的,又省油又有力。对,这回是真的马儿吃得少,一样有劲跑。

最终热效率和BMEP如下表。

BMEP:平均有效压力,指单缸容积下所做的循环功。在标定功率下,BMEP是用来表示发动机整个工作过程完善性,和做功热力强烈程度的重要参数。

在1.5升自然吸气且带缸内直喷的基础上,工程师采用了进排气端都有的双VTC。(VTC:可变正时控制,双VTC可以连续改变进排气门的开闭时间)

这样就能为发动机在不同工况下的负荷和转速,提供最佳的进排气门的重叠角(进排气气门同时开启)和气门正时(简单理解为气门开和闭的时刻)。

这是一般直喷发动机的示意图:

这是连续可变正时气门,进排气门重叠的示意图:

这副引擎并不带外部EGR,而通过调整内部EGR的参数(EGR:排气再循环技术,将排气分离出一部分,进行冷却后再次导入进气参与燃烧;可以减少污染物排放和降低部分工况的油耗),让发动机达到理想的燃油经济性和动力数据。

L15B8在设计之初就基于92号油进行匹配,10.6为最理想的压缩比,油耗与性能的最佳平衡。

日产可变压缩比发动机示意图,帮助大家理解压缩比

为最大程度提高三元催化器的转化效率,让它快速地升温起燃,减少污染排放,在排气气门到催化器的中通结构上,工程师做了非常合理的低比热容设计。

下图可以看到,集成式排气歧管(红色)和单涡流增压器,紧密结合着一个双床催化器,这设计同样有出于提高催化器升温速度的考虑。

这一系列的排气硬件,都布置于发动机之前,发动机随之后倾7度。

这部分分为进气道、活塞、排气门和喷油嘴。咱们一个个说。

新设计的进气道,目标就是提高滚流比。首先是优化管道形状,降低空气进入缸内沿路的阻力。图中可以看出,最高滚流比达到了1.9。

高滚流比设计,让空气能和燃油一起“滚起来”,充分混合,在发动机高负荷的时候,能有均匀的燃气混合,满足缸内实现快速燃烧的条件。

在下图中我们直观地看到,1.5增压和1.5自然吸气在进气道与活塞形状上的差异。

1.5增压进气道更倾斜,气流主要走上面的斜坡,而下方的气流明显被限制了进入缸内。

要实现这个效果,主要是靠在进气道的下侧,有一个周边会与气门座相连的突变斜坡去实现。

浅碟活塞,也称为浅盆型活塞。

在压缩过程中,利用活塞向上的运动,浅盆型活塞能够进一步促进并维持住缸内的纵向涡流,就是一直让混合燃气保持着滚动的状态,进一步提高滚流比。

一系列的优化之后,效果在下面的表格里得到了体现。

纵向涡流的滚流比与流量系数(流量系数:通俗地说,就是实际吸了多少气,和正常状态下自然能流进去多少气的比例),对比1.5自然吸气。

全段翻译:

空气进来的一路上没啥阻力,所以能用很快的速度冲进缸内,混上喷出来的汽油,又在活塞顶被回兜了一下,一边兜还一边往上压。

这样一来,混合的油气就会在一直在缸里飞快地转圈圈,拼命地滚啊滚啊,越滚它越均匀,自然也就能烧得又快又好啦 ~

填钠排气门,顾名思义,就是在气门杆里面,塞金属钠进去。钠的融点不高,97度上下它就会融成水。

发动机运转,气门会不断的上下上下运动,融成水的钠,就会在气门里面,被上下的甩甩甩,无形间就变成了热量的搬运工啦。

每一次气门运动,等同于液态的钠,在把热量从下往上地搬,然后再从气门上部散掉。温度降低了,排气门过热带来的爆震问题,就可以说拜拜了。

爆震改善了,发动机理所当然会跑得更酥胡 ~

L15B8用了新型多孔喷射油嘴,和民间理解不同,喷油并不是越有力就越好的,就像火花塞,也不是火越大越好,这都是误区呐。

而新型喷油嘴,最主要是提升了喷油的雾化自由度,这样一来就可以更好的配合燃烧啦,即使在不同条件和要求下,各工况都能最优化。

经过一系列复杂的匹配,本田工程师成功降低了活塞的附着效应(燃油过多粘附在活塞顶面),改善了颗粒物排放。

减少了气缸壁面的附着效应(燃油过多粘附在气缸壁),改善了机油稀释(也就是“喜闻乐见”的机油增多。对的,机油增多的元凶不在缸内,而是机油雾)。

(上图并非实际效果,仅供老铁们理解)

喷油嘴的位置放哪,也一样很重要。结合我们上一期说的滚流比,油如果喷在空气流动最快的地方,混合就会更加充分,也就燃烧得更好。

工程师根据滚流分析,选了3个喷油方案候选。

方案A:向上(喷嘴指向缸壁);

方案B:向下(喷嘴指向活塞顶);

方案C:向中间(喷嘴指向缸壁)。

然后利用CAE进行仿真(CAE:Computer Aided Engineering,工程设计中的计算机辅助工程,利用计算机辅助,分析复杂的工程结构力学等性能),权衡后本田选了方案C。

L15B8,1.5T最大功率来到了130KW。如果和上一代思域的1.8自然吸气对比,最大功率多了21%。

和改装不同,追最大马力,原厂更会倾向驾驶性。1.5T最大扭矩对应的转速,比1.8下降了足足2600转,同时最大扭矩还多了26%。

这意味着无论城市或高速,都能很快就去到高扭矩区间,保证动力输出。而这么宽的扭矩平台,明显让日常驾驶变得更轻松,也就是啥时候都“轻踩就走”。

这副发动机装备了双VTC,以及选用了三菱的低惯性TD025小涡轮。小排量吹小涡轮,非常合理,涡轮建压迅速,优化了动力响应,“一踩就有”,驾驶性更进一步。

因为有着涡流的存在,进气压力肯定会大于,至少也等于排气的压力,扫气效应当然可以充分地发挥啦。

扫气效应:指的是借助发动机进排气之间的压力差,让新鲜的空气或可燃混合气,帮助燃烧后的废气,加快排出气缸的过程。(把废气“扫”出缸外)

扫气效应还可以让发动机饱满地吸入更多新鲜低温的空气,爆震几率就会跟着降低。同时排气气流的增加,对涡轮转速也起到促进作用,形成理想的良性循环。

多数车厂,在宣传自家发动机的时候,为了博眼球,通常只会说一个最高热效率的点。L15B8的最高燃效在 220g /(kW·h),最高热效率为38%,放眼世界,还是领先哒 ~

不过落地到实际用车,其实是要高燃效的区间够大,实际才会越省油。这台1.5T的高燃效区就挺大的,所以思域普遍的实车油耗,表现都不错。

下图是1.8自然吸气和1.5涡轮的BSFC曲线对比(BSFC:Brake Specific Fuel Consumption,有效燃油消耗率)。1.5T的BSFC 240g/(kW·h),也就是高燃效区,就图里的蓝色嘛,大面积地覆盖了低中高扭矩和低中高转速。和1.8的对比,这一眼下去,还是挺明显的。

这里提一下大家普遍关心的,怎样开最省油。人们常说的80、90公里巡航最省油,在L15B8这还是成立的。

无论是自吸和涡轮,踩下全油门,发动机全力输出的时候,工程师通常都会用浓一点的空燃比(空燃比:混合气中空气与燃料之间的质量比例),来提高输出,性能空燃比一般是12.5:1到13:1。

秉承本田一贯的“我偏不走寻常路,最后一样让你服”的尿性,L15B8是用调大增压来提高输出的。全负荷下就继续维持最佳理论空燃比14.7:1,BSFC一下提高57%。

既而冷却、泵气损失就降低了,摩擦损失少了1%。双VTC能有宽广的负荷区域调节,提供了最好的内部EGR,热效率再次得到提高。

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