本田思域

本田L15B8发动机

大概几年前吧，当时还是德系和日系水火不容的时期，具体表现为德系一系列的涡轮增压发动机，日系几乎都是自然吸气发动机，也诞生了涡轮*党**和自吸*党**的论战。

但到了2018年的今天，为了应对全球范围内工况油耗和排放法规的挑战，丰田、本田、日产在国内都有布局涡轮发动机的车型，追求自吸高压缩比的马自达也在美国市场推出了搭载涡轮发动机的CX-5，涡轮发动机成为了市场主流。今天准备拿出来说的，是国内日系涡轮兴起的旗帜——本田。

抛开上古时代，本田在中国市场用上涡轮发动机，其实时间并不长，本田在国内使用涡轮发动机的首款车型就是神车*党**追捧的那款"秒天秒地"的思域。2016年4月，搭载1.5T发动机十代思域在国内正式上市。这款车型搭载的是本田L15B8发动机，压缩比10.6，最大马力177匹，峰值扭矩220牛·米（手动226牛·米），L15B8发动机是本田在国内的第一款1.5T地球梦发动机，可谓是基础版，受制于成本限制，并没有使用本田i-VTC，使用的是VTC，即可变升程技术被阉割的版本（本田雅阁等机型用的带有i-VTC）。但即使如此，这款发动机的性能和燃油经济性在同级别也是很突出的，思域也凭借这款发动机和其他优秀的产品力，在4S终端几乎没有降价的情况下，月销量能达到2万辆，丝毫没有受到机油门事件的影响。可见，这款车是多么的深入人心。

本田1.5T发动机系列族谱如下图所示。

本文就介绍下这款车型的发动机相关技术。本文将从技术规格、燃烧模型、性能特性、燃油经济性、排放对策、NVH、轻量化和车辆性能等角度，介绍这款发动机以及搭载在思域上的情况。

１ 发动机技术规格

这款发动机的机体并不是全新构造，而是从某现有1.5L自然吸气发动机出发来改良，选用了本田旗下某款有利于实现高热效率的1.5L自然吸气发动机作为参考机型。该参考机型的特点是长行程（行程／缸径比为1.22）和小缸径（直径73ｍｍ）结构，它可提供相当快速的进气流速，因而有增加燃烧室内的紊流，具有提高滚流比的可行性，进而有实现快速燃烧和抑制爆燃的可能。尤其对于涡轮增压发动机来说，抑制爆燃可以提高增压压力，从而带来更高的热效率。因此，若配合涡轮增压器，具备在高热效率基础上有效提高性能的潜力。最终热效率和平均有效压力（BMEP）的结果如图１所示。发动机的技术规格如表１。

图1 新款1.5T发动机性能位置（参考1.8L为上一代思域发动机，参考1.5L为基础机型）

表1 发动机规格参数表

在参考机型基础上，采用双VTC（图3），能够为各种不同的发动机负荷和转速提供最佳的进／排气门重叠角和气门正时。通过调整内部EGR（无外部EGR系统）系数和充填效率，能使发动机达到目标燃油经济性和性能。该发动机采用缸内直喷且基于92号燃油进行标定，在压缩比为10.6的情况下达到油耗与动力性的最佳平衡。

图3 双VTC系统结构图

２ 燃烧模型

这块发动机主体燃烧模型系统由高滚流比进气道、浅盆形活塞、填钠排气门和多孔喷射器组合而成，如图4所示。

其中，高滚流比进气道主要降低进气端沿程阻力，能够在高负荷下产生快速燃烧和均匀的混合气；填钠排气门是在排气门中间充入金属钠，金属钠在大约97℃时会融化成液态，在排气门上下运动时，液态金属钠也会因振动上下震荡，从而将热量传导到排气门上部，降低气门温度，从而解决了排气门过热带来的爆震等问题；多喷喷射器增加燃油雾化效果，降低壁面附着效应。

图4 燃烧模型构成

1.5T发动机还采用浅盆形活塞。这种浅盆形顶部形状由平缓的曲面和上坡面组成（图5细节Ｂ）。该曲面设计的目标是将进气行程期间使滚流流动方向向下，上坡形状用于引导气流转弯，形成向上流动。通过这种方式，该结构能在压缩行程期间产生滚流，并随着气缸空间缩小提高滚流速度。图6所示为由计算流体动力学（CFD）分析的转速1500rpm下全负荷时的缸内气流形态，从图中可以看出，仿真效果与设计相符。

图5 进气道和活塞形状的对比图

图6 缸内流动形态（1500rpm）

３ 输出性能

该1.5T发动机最大输出功率为130kW，比上一代思域上使用的1.8L发动机最大功率多了21%，峰值扭矩增加了26％，且发动机峰值扭矩需要的转速下降了2600rpm。在转速1800rpm时扭矩与普通2.4L发动机大致相同。在城市或高速超车时能够保证迅速达到高扭矩区间，以足够的性能保证动力输出（图7）。实现这种性能依靠上述的燃烧模型，并且使用了双VTC，以及低惯性高响应小型涡流增压器。

图7 性能曲线对比

图8中显示了该发动机的VTC控制策略。区域①为低转速低负荷区域，一方面为了维持发动机稳定运行，提高平顺性，尽可能不使用内部EGR；且该区域注重燃油经济性，使用阿特金森循环，气门重叠角几乎为0。区域②为主要常用工况，极其复杂，一般来说要协调燃烧稳定性、燃油经济性、动力协调性、爆震抑制、NOx抑制等方面对气门重叠角进行优化；本田该1.5T发动机没有外部EGR，所以只能依靠大范围的VTC来协调燃烧。

区域③为中低转速高负荷，也是市区工况最常用的区域之一，该发动机主要考虑燃油经济性，尽可能扩大气门重叠角，利用废气降低油耗和排放。区域④为性能工况，发动机中、高转速从②区到④区气门重叠角逐渐减，。从而抑制排气背压上升导致的残余废气增加（尾气回流），在加速期间，将电子排气阀设定成完全关闭，以迅速提高增压压力，发挥该发动机极致性能。

图8 双VTC控制策略

４ 燃油经济性

图9为上一代1.8L自然吸气发动机和1.5T发动机油耗（BSFC）曲线图对比。图中明显看出，该发动机BSFC 240g/（kW·h）高效率区域（图中蓝色）覆盖了低中高扭矩和低中高转速范围。该1.5T发动机的最高燃效率为220g/（kW·h），最高热效率为38％，在行业内，该涡轮增压发动机处于领先地位。

图9 1.5T发动机与上一代1.8L发动机BSFC对比

５ 排放对策

目前，在全世界范围内，小型化涡轮增压发动机是解决燃油经济性和提高功率输出的有效手段。但是，由于涡轮增压器结构限制，部分排气热量会浪费在涡轮结构上，会使冷起动后催化器温度上升缓慢。图10示出了为达到法规排放目标而采取的几种降低NMHC + NOx 的减排措施。

为了缓解涡轮系统带来的不利影响，主要采用了3种策略，一方面进一步推迟点火，提高尾气热量；一方面选用小型催化器载体，减少催化器的热质量；另一方面对催化剂涂层配方进行优化，降低起燃温度。

图10 几种减排措施

６ NVH改善

在１台小型涡轮发动机上，要同时实现高性能、低重量、低NVH是具有难度的。对此，本田在这款发动机上采用轴颈直径较小的长行程曲轴，从而确保低摩擦和高热效率。采用独立的曲轴轴承盖，实现轻量化。通过修改曲轴的形状实现高刚性，并调整曲轴皮带轮的规格，降低了发动机主要运动系统的振动。重新设计的独立轴承盖的形状如图11所示。对不同轴颈的轴承盖作了优化，减少振动的传递路径。采用这种方式使之具有足够的刚性，并完成轻量化设计和NVH改善。

此外，快速燃烧和直喷系统会带来另外一个问题——高频辐射噪声。这里，本田工程师通过优化链条箱零件的表面形状，以及在那些会产生噪声辐射的零件上采用氨基甲酸酯隔层，让该发动机在同类机型中实现了最低的噪声辐射（图12）。

图11 轴承盖NVH改善

图12 新型发动机声压与扭矩关系图（辐射噪音值为3000rpm~5000rpm全负荷的平均值）

７ 轻量化设计

降低发动机质量还会显著改善整车燃油经济性。通过研究降低发动机质量的组成，使用各种轻量化设计，使其质量相比同等输出功率的常规自然吸气发动机减轻了约30kg。

7.1 排气门

一般来说，对于发动机零部件，增压环境下对进排气门提出更高要求，往往设计时会增加质量确保可靠性。对此，本田工程师另辟途径，采用了充钠端面中空排气门。为了确保气门端面的热量有效地向后端传递，防止排气门周边结构过热引起爆震，充钠部分一直延伸到了气门端面（普通填充钠气门只在阀芯中段充钠）。这有助于降低排气门的温度，其结果是在不改变气门材料的情况下，耐久性好且质量减轻18％（图13）。

图13 填充钠排气门

7.2 加强工字梁杆身区的连杆强度

为了承受涡轮增压产生的高燃烧压力，连杆的工字梁杆身采用了新锻造技术，并采用适应涡轮增压发动机的局部加强锻压法工艺，过程由两步锻造工艺组成的。这一效果相当于连杆抗弯强度增加了约30％，并且减重15％。

图14 加强工字梁的连杆结构

7.3 轻量化中冷器连接

目前主流发动机上，中冷器前后的管子都采用铝材来制造，但本田1.5T发动机采用了吹塑成型的PP-GF15树脂材料。将丙烯酸橡胶（ACM）软管做成波纹管的形状，因而缩短了总长度，并能够缓解管子振动。与传统结构相比，这种管子的成本更低，质量可减轻20％（图15）。

图15 中冷器连接管材料结构图

8 小节

该发动机采用了上述改善燃油经济性和轻量化措施，在思域上的表现达到预期。可以说，这款发动机深谙中国消费者的需求，大功率、大扭矩、低油耗，在账面上的几乎所有参数都做到了同级别最优，并且该产品全面铺设到本田旗下几乎所有车型。也凭借这款发动机，本田技术宅的形象得以加深。