霍英贤 张晓雨 刘宏江

（宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 浙江 宁波 315336）

引言

近年来，随着人们生活水平的提高，汽车作为一种交通工具，其技术在飞速提升的同时，各种新理念和新设计被赋予实施，以满足人们的需求。其中，发动机平台化的理念已从概念阶段发展到平台化的真正实施阶段。

根据调研，国内外各个品牌都在不断地进行发动机平台化升级，但是国内平台化起步较晚，从而导致平台升级深度与国外品牌存在一定的差距。国外知名品牌如大众汽车，20 世纪80 年代已开展平台模块化设计，建立了PQ、PL、MQB、MLB 等整车平台。同时，发动机开发了EA211、EA888 系列平台，并以平台模块化设计为理念，拓展出不同排量自然吸气及增压机型。另外一个品牌宝马汽车，开发了发动机B 平台，它以单缸0.5 L 为模块，在缸径、行程不变的情况下，开发出1.5 L、2.0 L、3.0 L 等系列机型。

本文通过研究一家全球性汽车公司的发动机平台化升级路线，分析其技术应用、模块化等设计理念，为自身企业的发动机平台化升级提供帮助。同时，面对市场导向、竞争对手等因素的影响，研究国外竞品发动机的升级路线是至关重要的，对提高产品开发能力具有一定的指导意义。

1 技术升级路线

据统计，目前该系列机型共有四代产品，因第一代机型产品较老，此处从第二代机型展开分析。第二代产品主要采用14.0 MPa 直喷、分层燃烧、双增压等技术，其侧重于动力，但出于油耗、成本、排放等方面的考虑，需要进一步进行技术升级。

对此，其在压缩比、喷油压力、VVT 正时传动、热管理系统、机油泵、增压器等方面进行升级。同时采用ACT 停缸技术、可变截面增压器、缸孔喷涂等技术，以降低油耗，同时满足排放法规要求。技术升级路线如表1 所示。

表1 技术升级路线

燃油系统：第四代产品的直喷系统为35.0 MPa，其最大优势在于燃油以较高压力直接喷射在气缸内，相比前两代直喷系统，在油气的雾化和混合效率上更为优异。同时，喷油时刻的控制更加精准，因此35.0 MPa 缸内直喷技术使燃烧效率大幅提升，同时喷油压力的提高也利于环保和节能。

增压系统：涡轮增压对动力输出有迟滞响应的劣势，而机械增压可弥补这一弊端，第二代产品采用双增压系统，即：涡轮增压+机械增压。双增压发动机1.4 L 远超2.0 L 自然吸气发动机，但双增压的成本较高，且设计相当复杂，故第三代发动机取消机械增压，但机械增压的取消，对低速起步动力性有较大的影响。对此第四代产品，采用可变截面增压器，增压器上带有导流叶片，在不同的排气压力下，执行器对导流叶片进行调节。低速时，执行器将导流叶片调节为较小的角度，以加快空气流速，减小涡轮迟滞，以兼顾低速响应时间。高速时，执行器将导流叶片调节为较大的角度，增大涡轮流通面积，增大增压压力，提高动力性。可变截面增压器构造如图1 所示。

图1 可变截面增压器构造

ACT 停缸技术：由ACT 控制阀和带有2 个升程的凸轮组成，其中一个凸轮升程为0，另一个凸轮有升程。正常状态时，气门与有升程的凸轮配合，此时气门可以实现开关。停缸时，ACT 控制阀控制0 升程凸轮，使0 升程凸轮轴驱动气门，此时气门升程为0，实现停缸。ACT 工作原理如图2 所示。

图2 ACT 停缸技术工作原理

最新一代机型备有ACT 停缸技术，在某种工况下，可以使特定的气缸停止进气及喷油，以达到节油的目的。根据试验验证，BMEP 0.2 MPa 时，可降低15%～21%的油耗，BMEP 0.4 MPa 时，可降低4%的油耗。ACT 停缸技术Map 如图3 所示。

图3 ACT 停缸技术工作Map

2 布置通用化

整机布置是指发动机在整车机舱内的布置位置，包含前端正时罩盖的悬置点与整车悬置支架的固定点位置、倾斜角度等。发动机正时罩盖悬置点与整车的悬置支架固定点位置配合后，不同的车型做到一致或接近，发动机悬置就可以做到通用化，以达到平台模块化的目的，但对应的整车平台架构及发动机平台设计有一定的难度。

如图4 所示，该系列发动机为了使新一代机型适应新的整车平台，它对整机的布局进行了优化。上一代发动机为前排后进的布局，即排气朝前，进气朝后。发动机布置在小型车上是前倾设计，而布置在中型车上是后倾设计，同一台发动机搭载不同的车型，出现两种或多种的布局，此种布局非常不适合整机安装位置的通用化。为此，该机型在进行升级时，考虑到这一点，新开发机型在新平台的布置形式均为前进后排，即进气侧朝前，排气侧朝后，且倾斜角度、安装位置在新平台的布置上均一致，从而实现整机布置的通用化。当然，发动机布置的通用化，需对排气系统、驱动轴布置、变速器布置、换挡机构布置进行重新设计及优化。

图4 布置通用化

3 简单的模块化

发动机平台通过高集成的模块化设计，可以使得发动机在同一条生产线上进行共线生产，也就实现了柔性生产来满足多元化的市场需求。发动机一般都按系统划分，系统下一级为总成，总成包含各零部件。模块和总成、系统等概念有相近之处，但模块更强调独立性，继承性和通用性[1]。同时，发动机的模块化也有利于统一发动机在整车上的安装位置。

对于发动机来说，每个模块应该有适宜的技术特征，模块化的技术组合可搭建不同技术配置的整机，从而可满足整车不同配置的需求。该公司的第二代机型划分为6 大模块，如图5 所示。各个模块中包含零部件数量，技术特征涵盖均不同。机型中的大模块包含较多部件，配备有多项技术，而小模块只包含零部件，而无技术配备。可见第二代机型的模块化设计与技术特征不均衡。受此影响，第二代机型只有两个版本，即高、低功率两个版本。

对第三代机型的模块化进行了优化设计，各个模块中包含的零部件数量、技术等特征较平衡。通过取消或增加模块以实现某项技术的取消或增加，从而可实现多种整机技术配置。目前第三代机型有4种配置，即高、中、低等不同的功率版本，其不同功率版本的机型所包含的技术也不尽相同，如ACT 停缸等技术可实现选配。第三、四代机型的模块划分如图5、6 所示。

图5 第二代机型的模块划分

图6 第三、四代机型的模块划分

4 轻量化设计

汽车及发动机的轻量化设计是实现汽车节能减排的一种途径，而材料的选择和结构设计对轻量化有直接的影响。

4.1 选择轻质的材料

上一代机型为高性能的双增压器机型，为了满足强度的要求，缸体采用高强度蠕墨铸铁材料，并能达到1.0×106km 无大修的目标，但铸铁缸体在质量方面非常不占优势，从而不利于燃油消耗的降低。而最新一代开发机型采用轻量化的铝合金材料，从而降低发动机质量，降低车辆的燃油消耗。

同时正时轮系由钢制的链条传动更改为皮带传动，虽说是针对NVH 提升做的更改，但对轻量化也具有一定的意义。

4.2 结构设计优化

结构轻量化是通过减重手段实现的，其将排气歧管与缸盖集成为一体，在满足功能需求的情况下，大大降低发动机的质量。缸体由铸铁材料变更为铸铝材料，同时曲轴、连杆等零部件进行优化设计，从而达到轻量化的目的。根据统计，其新一代机型较上一代机型质量降低20.4 kg。轻量化设计如图7 所示。

图7 轻量化设计

5 结束语

该公司的平台升级模式在汽车行业内具有典型的代表性，促使很多厂商开始开发自己的模块化平台。特别是国内厂家，都开始进行发动机平台通用化及模块化开发。通过对该公司发动机平台的研究及分析，对发动机升级有以下启发。

发动机平台的升级在一定的程度上可从技术、布置、模块化设计、轻量化设计等维度开展，但每个企业的研发能力不尽相同，企业应制定适合自身发展的平台升级路线，以在众多厂家中，使自己开发的产品更有竞争力。另外，适度的平台模块化，可能会牺牲最佳设计方案。同时，发动机平台化、模块化实现，不能仅仅依靠企业自身，还需外部供应商的支持。

最后，自主品牌较国外在技术积累方面有一定的差距，还需长期持续投入人力物力，进行发动机研究及开发工作。