长城20VGT柴油机拆解2Word文件下载.docx

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在长城自主研发的GW4D20型2.0VGT柴油发动机当中，最大的亮点莫过于VGT可变截面涡轮增压器了，它与传统的放气阀式涡轮增压器不同，其采用可变截面技术，该技术可保证发动机在高/低转速时，都可获得通过增压器为其带来的充足进气能量，使发动机的动力输出更加平缓。

那么该技术具体原理是什么？

内部结构又是怎样呢？

废气带动涡轮，涡轮再带动叶轮对空气进行增压，从而有效增大进气量

相信大多数网友对涡轮增压技术也不会陌生，但考虑到让读者更清晰的了解这项技术，编辑还需在这里多啰嗦几句。

目前，涡轮增压技术已属于发动机上常见的技术之一，它的原理其实非常简单，是由发动机做工燃烧过程中排出的废气带动涡轮，涡轮再带动叶轮对空气进行增压，从而有效增大进气量，提升发动机动力。

发动机燃烧室排出的废气吹动涡轮（右侧黑色），然后带动叶轮（左侧银色）对空气进行增压

但传统的放气阀式涡轮增压器也有弊端，就是当发动机转速较低时，由于排气量较小，此时涡轮增压器就会由于驱动力不足而无法达到工作转速，在该工作状态时，动力表现甚至小于同排量的自然吸气发动机，这就是我们经常说的“涡轮迟滞（turbolag）”现象。

导流叶片的开启角度是通过调节喷嘴环上可变舌片倾斜或垂直的位置以带动喷嘴环，之后喷嘴环再联动内部的导流叶片，实现其开启/关闭的角度

而VGT可变截面涡轮增压器则有效解决了这个难题，其核心在于其内部增加可调涡流截面的导流叶片，其位置固定，但角度可以根据发动机工况进行调整，废气会顺着导流叶片送至涡轮叶片上，通过调整叶片角度，控制流过涡轮叶片的气体流量和流速，从而控制涡轮的转速，改变气体压力的大小。

简单来说，其原理好比用软管的一端插入水龙头，当开启龙头后，水的压力比较平缓，但当挤压软管出水口的开口时，水压则会变大，而随着挤压面积增大，水的压力则逐渐加大。

利用调节杆推动内部可变舌片的角度，从而实现调节导流叶片的开启/关闭

上述比喻的例子与可变截面涡轮增压技术相似，当发动机低转速排气压力较低的时候，导流叶片打开的角度较小。

根据流体力学原理，此时导入涡轮处的空气流速就会加快，增大涡轮处的压强，从而可以更容易推动涡轮转动，有效减轻涡轮迟滞的现象，也改善了发动机低转速时的响应时间和加速能力。

而在随着转速的提升和排气压力的增加，叶片也逐渐增大打开的角度，在发动机全负荷状态下，叶片则保持全开的状态，减小了排气背压，从而达到传统大涡轮的增压效果。

那么导流叶片是怎样被调节的呢？

左图：

位置反馈装置，右图：

真空调节器

控制导流叶面的开启角度是需要先参考一系列的发动机运行工况（例如气门开启，发动机转速，大气压力和水温等），发动机控制单元将计算最合适的涡轮增压器压力，之后通过位置反馈装置反馈给ECU，并计算目前增压器所需要的导流叶片截面积大小，之后由真空调节器通过真空度改变增压器内部调节杆位置，并推动喷嘴环上可变舌片倾斜或垂直的角度带动喷嘴环，之后喷嘴环再联动内部的导流叶片，调节其开启/关闭的角度，从而实现可变截面技术。

网友疑问：

可变截面涡轮增压发动机与传统的涡轮增压发动机在日常保养方面有何不同？

因为两款涡轮增压器在工作原理上基本相同，所以它们在日常保养方面也不会有太大差异，首先消费者要注意缩短车辆机油更换周期，并运用耐高温、抗氧化好的优质油品。

其二是需要及时更换机油滤清器和空气滤清器，保持涡轮的清洁。

最后在日常驾驶方面，消费者也要注意冷车时点火后，最好热车后在行驶，而熄火前，需等发动机怠速一段时间，增压器降温后再熄火，保证增压器寿命。

电控EGR阀

EGR阀全称为排气再循环控制阀，其主要作用是控制进气系统的废气再循环量，而废气再循环（ExhaustGasRecirculation）是指在发动机燃烧过程中，将一部分废气引入进气管，与新鲜空气混合之后进入发动机气缸进行二次燃烧，从而减少NOx（氮氧化物）的排放量。

但是过度的废气再循环将会影响发动机的正常工作，特别是在怠速以及在全负荷（节气门全开）要求发动机动力性时，再循环的废气将对发动机的性能产生一定的影响。

因此，就需要一个设备来根据发动机的实际工况及工作条件的变化，自动调整并控制参与再循环的废气量。

EGR阀冷却器，冷却废气 

右图：

电控EGR阀电机，运转带动齿轮调整阀门开度

而EGR阀则可以有效的控制废气进入进气管的量，从而解决过多的废气再循环量对发动机性能产生的影响。

EGR阀安装在进气管和排气管之间，而传统的气动式EGR阀是通过化油器节气门上的取气孔吸取负压，当取气孔处负压达到EGR阀中弹簧预紧力时，其阀门则会开启，这样发动机进气管和排气管之间形成进气通道，排气管中的废气便经过此通道进入进气管，完成废气再循环工作。

而长城2.0VGT配备的电控EGR阀又有怎样的特点呢？

电机转动上图中的齿轮，开启/关闭EGR阀门

电控EGR阀优点是相比传统气动式EGR阀更加精确，并保证各工况下的状态。

其内部装备了一台电机，在发动机工作时，ECU会根据传感器反馈的电子信号，了解发动机目前的工况状态。

而当需要阀门开启或关闭时，ECU将向电控EGR阀中的电动机发出信号，电动机运转并通过内部的齿轮使阀门关闭，从而实现废气循环系统启动和停止。

另外，长城2.0VGT发动机配备的电控EGR阀还拥有自清洁功能，因为EGR阀长时间使用会产生积碳，自清洗功能在发动机熄火后，EUC不会立刻断电，在1-20秒之间，EGR阀会从全开至全部关闭反复3次，来可以清洁阀杆和阀座的积碳，避免积碳过多影像EGR阀正式工作。

此外，其还具有自学习功能，当发动机熄火后，阀门将会落座关闭，而由于积碳可能会导致ECU对阀门0点的初始位置计算误差，所以每次发动机熄火后，ECU都将重新记录阀门0点初始位置，避免之后出现电控EGR阀关闭的0点位置误差。

长城2.0VGT柴油发动机缸体材质

发动机缸体以铸铁铸造（中部黑色部分）

发动机缸体材质主要分为铸铁和铸造铝合金，考虑到柴油机的燃烧方式的特性，铸铁缸体的高强度和高耐磨性，更符合柴油发动机的特点，而铝合金缸体虽然拥有轻量化的优势，但是想要达到和铸铁同等强度，就必须付出高昂的制造成本。

考虑到这两点因素，目前多数柴油机基本都采用铸铁缸体，长城自主研发的2.0VGT自然也不例外。

缸体采用平分式结构，加工便捷结构紧凑

长城2.0VGT柴油机缸体使用了无缸套结构，而曲轴箱采用了平分式结构，以曲轴轴线为中心，分为上、下缸体两个部分，而下缸体则与主轴承盖形成一个整体，此种结构设计相对于龙门式缸体及隧道式缸体来说，这种设计汽缸体强度和刚度较差，更适合使用在小排量发动机上。

而优点在于缸体的高度小，重量轻，结构紧凑，而且便于加工和拆卸。

活塞配备内冷油道设计，并依靠上缸体的机油喷嘴进行有效冷却作用

长城2.0VGT柴油机的活塞采用铝合金材质制造，而从图中不难发现，其活塞头中部采用凹槽式设计，与多数汽油机活塞平面设计不同。

这种凹槽式设计可以在进气和压缩行程时起到很好的导流作用，让燃烧室内的混合气形成涡流，从而使燃油更好的和空气混合，提高燃烧效率，而这样的活塞设计在目前主流的柴油机上都在运用。

冷却机油喷嘴为活塞起到冷却作用

值得一提的是，2.0VGT柴油机活塞头部采用了内冷油道进行强制冷却，并在活塞头部配备环形冷却油道，增强冷却活塞的作用。

此外，在上缸体部分还安装了冷却机油喷嘴，可以对高速运转的活塞进行强制冷却，防止活塞过热，并能够保证活塞与缸套在工作时具有合适的配合间隙,使其正常运转。

双顶置凸轮轴

2.0VGT柴油机采用双顶置凸轮轴，其安置在汽缸盖上方

进气门开启，右图：

排气门开启

凸轮轴是负责发动机进/排气门开启与关闭的关键部件，其安装在发动机气缸盖之上。

目前，顶置凸轮轴主要分为单顶置和双顶置两种结构，长城2.0VGT则装备DOHC双顶置凸轮轴（目前主流发动机基本采用了双顶置凸轮轴结构）。

相比SOHC单顶置凸轮轴，从字面上就能很容易分清两者本质区别，双顶置凸轮轴是在缸盖上装有两根凸轮轴，其进气门与排气门分列排列在两根凸轮轴上（单顶置是进气门和排气门混合排列在一根凸轮轴），双顶置结构进/排气门由单独凸轮轴驱动，并可改变气门的重叠角，从而使配气更准确，燃油的利用率更高，此外，双顶置还更容易采用一缸多气门结构，使功率有一定提升。

而缺点是其结构复杂，维修难度大，成本和加工工艺较高。

总结：

虽然柴油机没有汽油发动机结构复杂，但长城这款2.0VGT柴油机已将核心技术运用到点上，可变截面增压器保证引擎输出的平顺性，电控EGR阀则保证了废气再循环的精确性，而之前文章谈到的高压共轨直喷系统也保证了引擎做工时的充分燃烧，可以说，作为一款自主研发的柴油机来说，长城已经达到优良水平。