本田CIVIC

大概幾年前吧，當時還是德系和日系水火不容的時期，具體表現為德系一系列的渦輪增壓發動機，日系幾乎都是自然吸氣發動機，也誕生了渦輪黨和自吸黨的論戰。

但到了2018年的今天，為了應對全球範圍內工況油耗和排放法規的挑戰，豐田、本田、日產在國內都有佈局渦輪發動機的車型，追求自吸高壓縮比的萬事得也在美國市場推出了搭載渦輪發動機的CX-5，渦輪發動機成為了市場主流。今天準備拿出來說的，是國內日系渦輪興起的旗幟——本田。

拋開上古時代，本田在中國市場用上渦輪發動機，其實時間並不長，本田在國內使用渦輪發動機的首款車型就是神車黨追捧的那款"秒天秒地"的CIVIC。2016年4月，搭載1.5T發動機十代CIVIC在國內正式上市。這款車型搭載的是本田L15B8發動機，壓縮比10.6，最大馬力177匹，峰值扭矩220牛·米（手動226牛·米），L15B8發動機是本田在國內的第一款1.5T地球夢發動機，可謂是基礎版，受制於成本限制，並沒有使用本田i-VTC，使用的是VTC，即可變升程技術被閹割的版本（本田Accord等機型用的帶有i-VTC）。但即使如此，這款發動機的效能和燃油經濟性在同級別也是很突出的，CIVIC也憑藉這款發動機和其他優秀的產品力，在4S終端幾乎沒有降價的情況下，月銷量能達到2萬輛，絲毫沒有受到機油門事件的影響。可見，這款車是多麼的深入人心。

本田1.5T發動機系列族譜如下圖所示。

本文就介紹下這款車型的發動機相關技術。本文將從技術規格、燃燒模型、效能特性、燃油經濟性、排放對策、NVH、輕量化和車輛效能等角度，介紹這款發動機以及搭載在CIVIC上的情況。

這款發動機的機體並不是全新構造，而是從某現有1.5L自然吸氣發動機出發來改良，選用了本田旗下某款有利於實現高熱效率的1.5L自然吸氣發動機作為參考機型。該參考機型的特點是長行程（行程／缸徑比為1.22）和小缸徑（直徑73ｍｍ）結構，它可提供相當快速的進氣流速，因而有增加燃燒室內的紊流，具有提高滾流比的可行性，進而有實現快速燃燒和抑制爆燃的可能。尤其對於渦輪增壓發動機來說，抑制爆燃可以提高增壓壓力，從而帶來更高的熱效率。因此，若配合渦輪增壓器，具備在高熱效率基礎上有效提高效能的潛力。最終熱效率和平均有效壓力（BMEP）的結果如圖１所示。發動機的技術規格如表１。

在參考機型基礎上，採用雙VTC（圖3），能夠為各種不同的發動機負荷和轉速提供最佳的進／排氣門重疊角和氣門正時。通過調整內部EGR（無外部EGR系統）係數和充填效率，能使發動機達到目標燃油經濟性和效能。該發動機採用缸內直噴且基於92號燃油進行標定，在壓縮比為10.6的情況下達到油耗與動力性的最佳平衡。

這塊發動機主體燃燒模型系統由高滾流比進氣道、淺盆形活塞、填鈉排氣門和多孔噴射器組合而成，如圖4所示。

其中，高滾流比進氣道主要降低進氣端沿程阻力，能夠在高負荷下產生快速燃燒和均勻的混合氣；填鈉排氣門是在排氣門中間充入金屬鈉，金屬鈉在大約97℃時會融化成液態，在排氣門上下運動時，液態金屬鈉也會因振動上下震盪，從而將熱量傳導到排氣門上部，降低氣門溫度，從而解決了排氣門過熱帶來的爆震等問題；多噴噴射器增加燃油霧化效果，降低壁面附著效應。

圖4 燃燒模型構成

1.5T發動機還採用淺盆形活塞。這種淺盆形頂部形狀由平緩的曲面和上坡面組成（圖5細節Ｂ）。該曲面設計的目標是將進氣行程期間使滾流流動方向向下，上坡形狀用於引導氣流轉彎，形成向上流動。通過這種方式，該結構能在壓縮行程期間產生滾流，並隨著氣缸空間縮小提高滾流速度。圖6所示為由計算流體動力學（CFD）分析的轉速1500rpm下全負荷時的缸內氣流形態，從圖中可以看出，模擬效果與設計相符。

圖5 進氣道和活塞形狀的對比圖

該1.5T發動機最大輸出功率為130kW，比上一代CIVIC上使用的1.8L發動機最大功率多了21%，峰值扭矩增加了26％，且發動機峰值扭矩需要的轉速下降了2600rpm。在轉速1800rpm時扭矩與普通2.4L發動機大致相同。在城市或高速超車時能夠保證迅速達到高扭矩區間，以足夠的效能保證動力輸出（圖7）。實現這種效能依靠上述的燃燒模型，並且使用了雙VTC，以及低慣性高響應小型渦流增壓器。

圖8中顯示了該發動機的VTC控制策略。區域①為低轉速低負荷區域，一方面為了維持發動機穩定執行，提高平順性，儘可能不使用內部EGR；且該區域注重燃油經濟性，使用阿特金森迴圈，氣門重疊角幾乎為0。區域②為主要常用工況，極其複雜，一般來說要協調燃燒穩定性、燃油經濟性、動力協調性、爆震抑制、NOx抑制等方面對氣門重疊角進行優化；本田該1.5T發動機沒有外部EGR，所以只能依靠大範圍的VTC來協調燃燒。

區域③為中低轉速高負荷，也是市區工況最常用的區域之一，該發動機主要考慮燃油經濟性，儘可能擴大氣門重疊角，利用廢氣降低油耗和排放。區域④為效能工況，發動機中、高轉速從②區到④區氣門重疊角逐漸減，。從而抑制排氣背壓上升導致的殘餘廢氣增加（尾氣迴流），在加速期間，將電子排氣閥設定成完全關閉，以迅速提高增壓壓力，發揮該發動機極致效能。

圖8 雙VTC控制策略

圖9為上一代1.8L自然吸氣發動機和1.5T發動機油耗（BSFC）曲線圖對比。圖中明顯看出，該發動機BSFC 240g/（kW·h）高效率區域（圖中藍色）覆蓋了低中高扭矩和低中高轉速範圍。該1.5T發動機的最高燃效率為220g/（kW·h），最高熱效率為38％，在行業內，該渦輪增壓發動機處於領先地位。

目前，在全世界範圍內，小型化渦輪增壓發動機是解決燃油經濟性和提高功率輸出的有效手段。但是，由於渦輪增壓器結構限制，部分排氣熱量會浪費在渦輪結構上，會使冷起動後催化器溫度上升緩慢。圖10示出了為達到法規排放目標而採取的幾種降低NMHC + NOx 的減排措施。

為了緩解渦輪系統帶來的不利影響，主要採用了3種策略，一方面進一步推遲點火，提高尾氣熱量；一方面選用小型催化器載體，減少催化器的熱品質；另一方面對催化劑塗層配方進行優化，降低起燃溫度。

圖10 幾種減排措施

在１臺小型渦輪發動機上，要同時實現高效能、低重量、低NVH是具有難度的。對此，本田在這款發動機上採用軸頸直徑較小的長行程曲軸，從而確保低摩擦和高熱效率。採用獨立的曲軸軸承蓋，實現輕量化。通過修改曲軸的形狀實現高剛性，並調整曲軸皮帶輪的規格，降低了發動機主要運動系統的振動。重新設計的獨立軸承蓋的形狀如圖11所示。對不同軸頸的軸承蓋作了優化，減少振動的傳遞路徑。採用這種方式使之具有足夠的剛性，並完成輕量化設計和NVH改善。

此外，快速燃燒和直噴系統會帶來另外一個問題——高頻輻射噪聲。這裡，本田工程師通過優化鏈條箱零件的表面形狀，以及在那些會產生噪聲輻射的零件上採用氨基甲酸酯隔層，讓該發動機在同類機型中實現了最低的噪聲輻射（圖12）。

降低發動機品質還會顯著改善整車燃油經濟性。通過研究降低發動機品質的組成，使用各種輕量化設計，使其品質相比同等輸出功率的常規自然吸氣發動機減輕了約30kg。

7.1 排氣門

一般來說，對於發動機零部件，增壓環境下對進排氣門提出更高要求，往往設計時會增加品質確保可靠性。對此，本田工程師另闢途徑，採用了充鈉端面中空排氣門。為了確保氣門端面的熱量有效地向後端傳遞，防止排氣門周邊結構過熱引起爆震，充鈉部分一直延伸到了氣門端面（普通填充鈉氣門只在閥芯中段充鈉）。這有助於降低排氣門的溫度，其結果是在不改變氣門材料的情況下，耐久性好且品質減輕18％（圖13）。

7.2 加強工字樑杆身區的連桿強度

為了承受渦輪增壓產生的高燃燒壓力，連桿的工字樑杆身採用了新鍛造技術，並採用適應渦輪增壓發動機的區域性加強鍛壓法工藝，過程由兩步鍛造工藝組成的。這一效果相當於連桿抗彎強度增加了約30％，並且減重15％。

7.3 輕量化中冷器連線

目前主流發動機上，中冷器前後的管子都採用鋁材來製造，但本田1.5T發動機採用了吹塑成型的PP-GF15樹脂材料。將丙烯酸橡膠（ACM）軟管做成波紋管的形狀，因而縮短了總長度，並能夠緩解管子振動。與傳統結構相比，這種管子的成本更低，品質可減輕20％（圖15）。

圖15 中冷器連線管材料結構圖

該發動機採用了上述改善燃油經濟性和輕量化措施，在CIVIC上的表現達到預期。可以說，這款發動機深諳中國消費者的需求，大功率、大扭矩、低油耗，在賬面上的幾乎所有引數都做到了同級別最優，並且該產品全面鋪設到本田旗下幾乎所有車型。也憑藉這款發動機，本田技術宅的形象得以加深。