本田1.5T发动机自从上市以来,以性能称霸1.5T排量,但也一直存在机油增多的问题让人无法放心。
本田1.5T的机油增多问题尤其在冬季寒冷地区更加严重,这一问题引起了广泛的用户抱怨和媒体关注,尽管在巨大的舆论压力下本田已经采取了召回措施对机油增多的问题进行了处理,但是从去年冬天反馈的情况来看,机油增多的问题只是有所缓解,并未完全解决。
本田于是在2018年底推出了第二代的1.5T发动机,进行了多项升级。我们一起来看看这些技术升级是否能够解决机油增多的问题。
首先我们看一下本田增压直喷发动机的开发背景
本田在自然吸气时代的发动机是神一般的存在,强劲而稳定,油耗很低,在国内甚至有本田“买发动机送车”的说法,可见本田在自然吸气发动机方面的造诣。
随着增压直喷技术的普及,其高性能低油耗的优势愈发明显,本田从2010年后也开始转向研究增压直喷汽油机,并且在2015年前后一口气推出了2.0T、1.5T和1.0T三缸三款系列化的增压直喷汽油机。
本田的增压直喷汽油机继承了它在自然吸气时代久负盛名的VTEC技术,也就是可变气门升程技术,本田把它的涡轮增压直喷发动机成为VTEC TURBO系列,也就是VTEC加增压。
本田计划用这一增压直喷发动机系列来替代之前大的从1.5L到3.5L的自然吸气发动机系列,从而在提高效率的同时提升驾驶乐趣。
上图的横轴是扭矩,大家可以很明显看出来,本田计划用1.0T来替代原来的1.5L自然吸气发动机,用1.5T发动机来代替2.0L和2.4L的自然吸气发动机,用2.0T来替代3.0L和3.6L的V6发动机。
在此基础上本田的CRV和雅阁等主力车型逐渐由上一代的2.0L和2.4L切换为1.5T发动机。
让我们先来简单分析一下本田1.5T发动机机油增多问题的原因。
本田1.5T机油增多在发动机开发工程师那里有个专门的称呼:机油稀释oil dilution。
这是直喷发动机最容易出现的问题。产生机油稀释的主要原因是直喷发动机的以下两大效应是否平衡。
1.直喷喷油器在喷油时引发的湿壁效应-窜入量
简单的说就是直喷喷油器喷出的燃油会和缸壁接触,产生湿壁效应,也就是缸壁上会有一部分液态汽油,这部分汽油在燃烧的过程中由于温度比较低不会燃烧,这在燃烧上叫淬熄效应。
在活塞往复运动的时候,缸壁上没有燃烧的汽油会顺着缸壁和活塞环之间的空隙进入油底壳的机油中。
这是直喷发动机特有的现象,气道喷射的汽油机由于汽油不会直接接触缸壁不存在此问题。
直喷喷油器在喷射过程中产生湿壁效应的示意图
活塞环的功能示意图,最下侧是组合油环
这种现象在发动机暖机过程,尤其是寒冷的冬季暖机过程中会进一步加剧。在发动机温度很低的时候汽油蒸发是比较困难的,因此为了发动机能够稳定燃烧一般会适当的加浓喷油,来获得足够的燃油蒸发。
这种情况下会导致更多的汽油跟缸壁接触,同时又不能够很快蒸发。因此,此时汽油进入油底壳的可能性更大。
2.PCV曲轴箱强制通风系统的汽油蒸发效应-蒸发量
上面说到正常情况下,直喷发动机都有湿壁效应,为何大部分的发动机机油不会增多呢?这里要说到另外一个效应,汽油在油底壳中的蒸发效应。
这一效应会把机油里的汽油重新蒸发出去到进气管然后进入燃烧室继续燃烧,如果匹配合适的话机油液面就会保持平衡,不会增加。
这个系统叫曲轴箱强制通风系统PCV(图4),是法规强制要求的。
主要是的工作原理简单说就是机油温度升高以后里面的汽油会快速蒸发,蒸发的汽油会通过曲轴箱通风系统和油气分离系统重新进入进气管和燃烧室燃烧。
发动机正常工作时,在热机状态机油温度一般能够超过100℃,甚至高的时候能够超过130℃,在这种情况下机油中的汽油挥发是非常快的。但是,低温和暖机的时候机油温度很低,尤其是冬天,汽油的挥发就比较缓慢了。
以上这两个效应如果发动机设计和开发过程中能够保持平衡,那么机油就不会增加。
如果,湿壁效应进入的汽油多,而挥发不足,那么就会出现机油增多的现象。同时,可以看出来,冬天的时候由于燃油加浓,壁面挥发变慢,导致湿壁效应明显。
同时机油温度在暖机过程又很低,曲轴箱强制通风的汽油蒸发作用又很有限,机油增多的现象更容易发生。
下图是本田自己分析的结果,显示窜入量大于蒸发量的话就会引起机油增多。
本田对1.5T进行召回处理的基本改进方案也是按照上面分析的两个方面来开展的。
下面是本田1.5T召回的措施:
措施一,Fi-ECU软件升级:调整燃油喷射,减少燃油窜入量(针对MT/CVT车型)通过FI-ECU软件升级,改进喷油点火逻辑。
比如低温时使用更高效燃油混合起充分燃烧,减少燃油附壁的发生,从而降低机油中燃油“窜入量”。
措施二,更换空调控制单元:调整流向加热器水流的时间,促进水温提升(针对MT/CVT车型)
措施三,TCU软件升级:变更行驶过程中的发动机转速,促进水温提升(针对CVT车型)
措施四,更换散热器下水管总成:变更流向CVT散热器路径,促进水温提升(针对CVT车型)
其实,距车主反应,还有第五个措施,就是更换机油尺,扩大了机油标尺的范围,让轻微的机油增加不会被用户察觉。
以上的这些措施是本田不得已情况下的临时措施,或者说在不改变发动机硬件的基础上也只能这么做了,从原理上也应该会缓解机油增多的现象。
但是要想完全避免估计还是很困难,主要原因简单总结如下:
燃油喷射系统开发中最重要的要优化四个方面的内容:气道设计,活塞顶形状和喷射油束方案及喷射策略都和湿壁效应相关。
良好的喷射方案和策略这样可以降低燃油进入机油的可能。而前三个东西都是硬件,是燃烧系统的根本,本田在第一代1.5T上无法改变,因此仅调整喷射策略只能缓解湿壁效应,不能完全解决。
燃烧系统优化可以显著的降低机油稀释
发动机的冷却系统开发中关键的内容有两个方面:一个是发动机本身缸体缸盖水套的设计,另外一个是散热系统包括节温器,整车主散热器,暖风散热器和变速箱散热器的设计匹配。
这些都是硬件,尤其是发动机缸体缸盖水套的设计是发动机设计的根本,本田的召回措施无法对此进行优化,因此召回只能将精力集中在发动机升温策略和外围散热管路方面的优化措施。
下图是本田1.0T三缸发动机缸体缸盖水套设计及水流方向的示意图。
从上面分析可以看出,如果想彻底解决机油增多的问题,仅靠召回措施是不够的,需要发动机进行升级换代的时候来系统解决。
本田在第一代1.5T推出2年多的时间内很快在2018年推出了第二代的1.5T发动机,匹配雅阁车型上市。
第二代的1.5T依旧是属于本田L15B系列,但进行了多项技术提升和优化,我们来看看这些优化对于解决机油增加问题是否足够。
一是,高功率版本增加了排气侧可变气门升程VTEC
和大多数发动机在进气侧设置可变升程来降低油耗不同,一般情况下在排气侧增加可变升程可以有效的提升增压器的效率和响应,尤其是对解决涡轮迟滞作用非常大。
之前大众的EA888 Gen3高功率版本已经采用了类似的排气侧可变升程技术。我们可以看到发动机性能进一步提升,整车动态响应明显优化。
二是,改进集成式排气管设计,采用双流道增压器
本田1.5T第一代已经采用了缸盖集成排气管的设计,这次二代1.5T进一步采用4-2布局,这样可以带来两个好处;
(1)配合双流道增压器设计减少不同缸之间的排气干扰,有助于提高增压器的效率和低速响应,减少涡轮迟滞效应。
可以看到增压器采用双流道的设计
双流道增压器响应速度可以提升25%
(2)优化排气管散热,有助于加快暖机过程,减少油耗的同时降低机油增多的可能。
三是,改进缸体水套设计
第二代1.5T发动机气缸水套内部增加了冷却液隔板,这是上代发动机中所不具备的。这一隔板设计有两个好处:
(1)加快暖机速度
安装这种冷却液隔板后,水套内的冷却液减少了,在暖机过程中有利于更快地提升水套位置冷却液的温度,从而加快发动机暖机速度。这对减少机油增加也有明显的好处。
(2)减少爆震倾向,提升性能
隔板受热膨胀后,会封堵中部流路,让冷却液更多的冷却燃烧室上部高温位置,这样可以降低大负荷时候的爆震倾向,提升发动机性能。
四是,优化变速箱冷却管路
第一代1.5T发动机在冷机启动暖机的过程中,发动机冷却系统在小循环工作的时候,分了一部分冷却液给CVT变速箱冷却器,这客观上浪费了发动机暖机时的热量,减缓了发动机升温过程,对机油稀释不利。
第二代1.5T发动机采用了全新的下水管总成(就是上代发动机用于解决机油增多问题的那套下水管总成),在冷机启动工况下切断CVT变速箱的散热来让发动机尽快升温。
五是,控制策略优化
除了上面提到的这些硬件的改变外,第二代1.5T发动机的ECU程序以及CVT变速箱的TCU程序都经过重新优化,除了提升动力总成性能外,主要目标是提升第二代1.5T发动机暖机速度。
总结一下,本田第二代1.5T发动机从多个方面进行了优化,重点是提升性能和降低机油稀释的可能,在加快暖机速度方面专门从缸体缸盖水套设计,变速箱冷却器管路,控制策略等多个方面进行了优化。
但能否解决机油增多问题,还需要后续检验。
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