自2015年以來，本田已成功將一系列帶VTEC的渦輪增壓、缸內(nèi)直噴汽油機(jī)（1.0T、1.5T、2.0T）推向市場(chǎng)，其中排量最小的1.0T三缸增壓發(fā)動(dòng)機(jī)于2017年推出，目前主要國(guó)內(nèi)車型主要匹配在思域與凌派兩款轎車產(chǎn)品上。
作為地球夢(mèng)科技（earth dream）系列產(chǎn)品，本田1.0L三缸發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用渦輪增壓和缸內(nèi)直噴技術(shù)，大大提高了燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛性能，最大扭矩可媲美1.8L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。相比1.8L發(fā)動(dòng)機(jī)，主要采用小排量、渦輪增壓、缸內(nèi)直噴、快速燃燒、進(jìn)排氣雙可變正時(shí)系統(tǒng)（D-VCT）、進(jìn)氣側(cè)可變升程技術(shù)（VTEC）、阿特金森循環(huán)、變排量機(jī)油泵以及低摩擦等先進(jìn)技術(shù)，使匹配整車在NEDC工況下相對(duì)1.8L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性提高26%。
發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)
本田1.0L三缸發(fā)動(dòng)機(jī)將逐步替代1.5L-1.8L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。本田1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)與1.5L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)屬于共平臺(tái)產(chǎn)品，其發(fā)動(dòng)機(jī)本體關(guān)鍵參數(shù)如缸徑、缸心距等均與1.5L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)保持一致，以提高制造效率和零部件的通用性。1.0T與1.5L、1.8L發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比如下：
本田1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)采用鋁合金缸體，高壓壓鑄成型。缸體內(nèi)冷卻水套采用兩路設(shè)計(jì)，一路冷卻液先進(jìn)入缸體水套再進(jìn)入缸蓋，另一路冷卻液則直接進(jìn)入缸蓋。采用兩路冷卻設(shè)計(jì)，可以使每個(gè)氣缸能夠被均勻的冷卻，并且進(jìn)入氣缸蓋的冷卻液由頂部向底部流動(dòng)，使排氣口冷卻效果更好。兩條冷卻水路通過氣缸蓋墊圈的通孔部分進(jìn)行調(diào)節(jié)，使缸體和缸蓋之間的流量平衡，從而達(dá)到最佳的冷卻效果。
缸蓋集成式排氣歧管
和本田系列VTEC渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，1.0T三缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋采用集成式的排氣歧管設(shè)計(jì)，這樣可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)在冷啟動(dòng)時(shí)快速暖機(jī)，減少燃料消耗，使催化器訊速進(jìn)入最佳工作溫度，降低污染物排放。并且在滿負(fù)荷工況下能夠通過缸蓋內(nèi)環(huán)繞在排氣歧管周圍的水套快速降低排氣溫度，避免氣缸內(nèi)爆燃現(xiàn)象的產(chǎn)生，還能降低渦輪增壓器的熱負(fù)擔(dān)，使增壓器可以使用標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的耐熱材料。另外采用較短的氣道設(shè)計(jì)對(duì)渦輪遲滯現(xiàn)象也有一定的削減作用。
快速燃燒技術(shù)
與之前發(fā)布的1.5L和2L四缸VTEC渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，本田1.0T三缸發(fā)動(dòng)機(jī)同樣采用快速燃燒技術(shù)。該發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)之一是實(shí)現(xiàn)高性能和低排放，并采用側(cè)置式缸內(nèi)噴油器。
在氣門角度，火花塞角度和噴射器位置方面，燃燒室配置來自現(xiàn)有的自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，為了實(shí)現(xiàn)快速燃燒，進(jìn)氣口和活塞頂部的形狀重新設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)高滾流比，并且減小進(jìn)氣門直徑以避免燃料附著。缸內(nèi)流動(dòng)模擬結(jié)果下圖所示，1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)比1.5L發(fā)動(dòng)機(jī)滾流比明顯增強(qiáng)。
在壓縮沖程期間保持發(fā)動(dòng)機(jī)的滾流，并且最終在上上止點(diǎn)之前轉(zhuǎn)換成更高的湍流動(dòng)能，這有助于燃燒室內(nèi)火焰的快速傳播，從而實(shí)現(xiàn)快速燃燒。燃燒延遲特性如下圖所示。
曲柄連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿設(shè)計(jì)直接關(guān)系到整機(jī)的NVH性能，尤其是對(duì)一階振動(dòng)的優(yōu)化，這對(duì)于三缸機(jī)或者整車來說是至關(guān)重要的。然而為了避免增加摩擦和增加整機(jī)質(zhì)量，本田采用balancer-less設(shè)計(jì)方案。但為應(yīng)對(duì)振動(dòng)，本田通過配重配置優(yōu)化曲軸往復(fù)質(zhì)量平衡比，以減小發(fā)動(dòng)機(jī)安裝點(diǎn)處的垂直振動(dòng)，因?yàn)檫@對(duì)于車體振動(dòng)的貢獻(xiàn)大于水平振動(dòng)。在開發(fā)該發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)比較了不同的平衡比，并且最終選擇了具有較低垂直振動(dòng)的75％的往復(fù)質(zhì)量的平衡比。
此外，通過采用新材料，可以使主軸頸和曲柄銷軸頸都采用極小直徑，從而來減少發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)摩擦。但直徑的減小會(huì)使扭轉(zhuǎn)振動(dòng)增加，并因此導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音和振動(dòng)的惡化。為了解決這個(gè)問題，本田優(yōu)化了曲軸減振器環(huán)慣性質(zhì)量和固有頻率。
此外，活塞有一個(gè)冷卻油道，通過噴油冷卻將活塞頂部溫度降低30 K以上。這有助于改善爆震性能并且能夠?qū)崿F(xiàn)更高的壓縮比，從而在NEDC模式下提高0.5％的燃料效率。另外，該活塞頂部溫度降低有助于減少活塞環(huán)槽的磨損，因此即使在這樣的高功率密度發(fā)動(dòng)機(jī)中也不需要像陽極氧化那樣的表面處理。活塞冷卻噴嘴配有內(nèi)置止回閥，只有在可變排量油泵切換到高壓模式時(shí)才能運(yùn)行; 它由電磁閥根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況進(jìn)行電子控制。
VTC與VTEC技術(shù)
下圖中顯示了氣門機(jī)構(gòu)配置以及發(fā)動(dòng)機(jī)圖譜不同區(qū)域的氣門升程曲線。氣門機(jī)構(gòu)采用進(jìn)氣和排氣VTC和進(jìn)氣VTEC，系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等運(yùn)行條件執(zhí)行最佳VTC和VTEC控制?？梢栽诘蜕棠Ｊ胶透呱棠Ｊ街g切換氣門升程和正時(shí)。在低升程模式中，控制氣門升程和正時(shí)以實(shí)現(xiàn)阿特金森循環(huán)，并且當(dāng)需要高輸出時(shí)搖臂被切換到高升程模式。因此，1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)可以在低負(fù)荷條件下可以改善燃料經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)在高負(fù)荷條件下仍然提供高扭矩。通過VTC和VTEC技術(shù)的運(yùn)用，使車輛在NEDC模式下燃油經(jīng)濟(jì)性提高了2％。
由于三缸機(jī)總長(zhǎng)度較短，尤其是在安裝渦輪增壓器后，布局空間更為有限，因此需要有效的VTC系統(tǒng)布局。本田1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)采用的VTC結(jié)構(gòu)，是將VTC控制電磁閥和油控閥布置在凸輪軸的軸線上。這簡(jiǎn)化了油路，內(nèi)置止回閥更有助于提供VTC系統(tǒng)的高響應(yīng)性。
正時(shí)皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)
本田1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)使用封閉式皮帶驅(qū)動(dòng)凸輪軸和油泵，封閉式正時(shí)皮帶由于位于正時(shí)面罩蓋缸體內(nèi)部，和潤(rùn)滑油接觸，因此運(yùn)行時(shí)的噪音和摩擦損失都大大的減少。因此，與傳統(tǒng)正時(shí)鏈條相比，在NEDC模式中，燃料消耗得到0.6%的改善。另外，正時(shí)皮帶由于采用具有耐油材料，可靠性不用擔(dān)心。
可變排量油泵
可變排量油泵用于減少發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦和熱損失。下圖為油泵的剖視圖，該油泵位于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)下部，并且由曲軸通過皮帶驅(qū)動(dòng)。通過外調(diào)節(jié)環(huán)的擺動(dòng)改變其與轉(zhuǎn)子的偏心距，進(jìn)而改變?nèi)~片泵的排量。電控電磁閥用于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和速度在兩個(gè)水平之間切換油壓，通過施加到腔室1和腔室2的油壓控制該偏心率。另外，采用先導(dǎo)閥將油壓調(diào)節(jié)到目標(biāo)值，這有助于防止在低油溫的預(yù)熱條件和低壓模式下油壓過度升高。
因?yàn)楸仨毻ㄟ^活塞冷卻噴嘴降低活塞的溫度，或者在高負(fù)荷或高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降低連桿軸承的溫度，因此當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件超過某一閾值時(shí)，油壓切換到高壓模式。與沒有油壓控制的傳統(tǒng)油泵相比，在NEDC模式的早期階段，變排量油泵的燃油效率優(yōu)勢(shì)主要是減少摩擦，而后半部分則主要是減少熱損失。通過減少活塞冷卻噴嘴的摩擦和熱量損失，在NEDC模式下，應(yīng)用可變排量機(jī)油泵的燃油經(jīng)濟(jì)性提高了1％。
冷卻系統(tǒng)
電子節(jié)溫器用于通過減少摩擦來改善燃料經(jīng)濟(jì)性并確保發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡。位于發(fā)動(dòng)機(jī)出口處的電子節(jié)溫器蠟閥門開啟溫度設(shè)定為103℃，比傳統(tǒng)機(jī)械式節(jié)溫器高20℃。發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)期間，冷卻液和油也可以保持在高溫下，導(dǎo)致機(jī)械摩擦減小。蠟元件中的活塞包含陶瓷加熱器，因此節(jié)溫器可以通過加熱器加熱在比為蠟元件設(shè)定的溫度更低的溫度下打開。
在應(yīng)用電子節(jié)溫器時(shí)，可以觀察到發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦根據(jù)冷卻液溫度和油溫的增加而明顯下降。由于發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦減小，NEDC模式下的燃油消耗降低了0.6％。在高負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，加熱器運(yùn)行，使冷卻液保持在較低溫度。此外，電子節(jié)溫器的快速響應(yīng)，還可以防止突然加速引起的瞬態(tài)負(fù)載增加情況下過熱。
輸出性能和燃油消耗率
本田1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率為95 kW，與1.5 l NA發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)，在2250rpm時(shí)，最大扭矩200 Nm高于1.8 l NA發(fā)動(dòng)機(jī)，在城市駕駛中的具有出色的起步加速性能。由于以上所有技術(shù)的應(yīng)用，1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)231g / kWh的最低燃油消耗率。
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