发动机是现代汽车集团第3代SmartStream 发动机，具有1.0 L排量，以Kappa系列机型为基础，并满足当今CO2排放法规的要求。介绍了这种新机型的设计理念和技术亮点，如双气门口喷射、冷却废气再循环，以及中间位置具有锁定装置的可变凸轮轴相位调节器。

0 前言

2008年现代汽车首次推出1.2 L排量的直列4缸Kappa自然吸气发动机，并加大发动机排量，来满足各种不同车型和市场的要求。之后，现代汽车开发了1.4 L排量的Kappa发动机，作为Gamma发动机的替代机型，并在2011年开发了1.0 L排量的直列4缸发动机。现代汽车在该发动机的生命循环期间进行了较小的技术改进，如改进气门传动机构和降低摩擦。采用双气道喷射(DPI)的新一代小排量SmartStream发动机(图1)按照全新的结构方式开发，可以改善燃油耗和降低废气排放。2016年，现代公司在1.0 L发动机上就已采用了冷却废气再循环(EGR)系统。现在EGR系统也被用于SmartStream 发动机系列更小排量的机型上。此外，SmartStream发动机还集成了一些新技术。

1 开发目标

当前，Kappa多点燃油喷射(MPI)发动机的开发目标是在相对较低的转速时达到最大扭矩及适度的最高速度，以便在实际使用中获得良好的行驶体验。对于具有较高关注度的最高速度而言，需要使用可变进气系统。对于发动机功率而言，G1.0 L和G1.2 L的DPI发动机采用了当前Kappa发动机的设计理念，同时采用更高的压缩比工作。因此，除了提高总热效率之外，保持全负荷发动机功率是最重要的开发目标之一。另1个开发目标是避免在高转速时为保护零部件而加浓混合气，以便最终在整个运行范围内使混合气达到过量空气系数λ=1的目标。

通过采用较高的压缩比提高热效率，新机型除了采用外部冷却EGR 系统之外，需要重新设计冷却系统，以补偿采用较高压缩比而降低的抗爆性。为了减小节流运行时的泵吸损失，研究人员已换用了中间位置具有锁定装置的凸轮轴相位调节。先进的分层燃烧过程降低了运动件中的摩擦，同时整体式排气歧管降低了原始排放和废气温度。由于采取了以上措施，高转速时的燃油耗显著降低了。表1列出了小排量SmartStream-DPI发动机的技术参数。

2 带有整体式排气歧管的气缸盖

图2表明，排气歧管集成在气缸盖中的催化转化器达到的起燃温度时间比常规单独排气歧管缩短了20%。因为大部分碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)排放是在废气催化转化器低温时的早期加热阶段中形成的，发动机的快速加热能降低废气排放。这种系统的另1个优点是能降低废气温度，而且能减少发动机在高转速和高负荷时为保护零部件而采取的混合气加浓情况。这种型式的气缸盖仅用于第2代4缸发动机，在直列4缸发动机上会因换气时单个气缸之间废气的干扰导致全负荷时的功率降低，而且在较低的发动机转速时这种影响会明显加剧。为了降低在直列4缸 L发动机上使用这种带有整体式排气歧管气缸盖时的废气排放，整个废气管路和气缸盖中的冷却系统需要重新设计，另外，在G1.0 L和G1.2 L发动机上采用DPI的解决方案也克服了发动机在低转速时因较高的压缩比所引起的功率降低。

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3?双气门喷射

喷油器通常位于进气道中气道隔板之前，因为在每个进气道中必须喷射2个分开的燃油喷束，但这样就限制了隔板长度和喷油器顶端与燃烧室之间的设计自由度。如果该间距太大的话，就会增加燃油润湿进气道壁面的概率。为了避免壁面的润湿，研究人员采用了较细长的喷束形状，降低了因较小油滴相撞和合并形成较大油滴的危险，但这同时却会导致进气门上部因润湿和蒸发减少，从而削弱了充量冷却的效果。SmartStream发动机使用的DPI弥补了基于单个喷油器系统的缺点，这样就能不受气道隔板长度限制地减小喷油器顶端至燃烧室的距离。由于只需要较短的贯穿深度，就能应用较宽的扇形喷束形状。与仅使用单个喷油器的系统相比，油滴尺寸(SMD)减小了25%。较高的燃油蒸发速率会导致较晚的喷油时刻，并加强了气缸充量的冷却效果，这样就能获得较高的容积换气效率和良好的抗爆性。经研究表明，在喷油终了后进气门关闭前150~200 °CA(曲轴转角)时，进气道壁面燃油膜相对较少(图3)，而如果喷油太晚，燃油膜就会大大增加，因为晚喷射的燃油会抵达气缸套壁面。