一汽集团自主开发的ET1系列发动机已投产,并广泛应用在天汽、轿股、吉汽的在售车型上。为应对日趋严格的油耗、排放法规,保持产品市场竞争力,一汽集团决定以ET1发动机为基础,开发ET1技术升级发动机,产品型号定义4AYT13。本文通过优化燃烧系统,应用低摩擦、轻量化技术对ET1发动机进行技术升级。整机试验结果表明:动力性方面,4AYT13发动机升功率52k W/L,升扭矩92N·m/L,实测最大功率为71k W/6000rpm,相对原机最大功率65k W/6000rpm有明显提升;经济性方面,4AYT13发动机特征工况点2000r/min 2bar比油耗达到365g/k W·h,比原机降低约25g/k W·h,改善约7.5%。通过整车标定,发动机的排放物指标满足工程目标,可以满国Ⅴ排放法规要求;整车经济性达到开发目标,配合整车节油措施(怠速启停+制动能量回收)可使N5车型的NEDC循环油耗达到4.7L,满足2019年底阶段单车油耗法规要求。本文以不影响现有生产线为设计前提,加大进、排气门直径,提高充气效率。全新设计高滚流气道,并有针对性地优化燃烧室形状,由四面挤气调整为无挤气,以加强进气滚流,提高燃烧效率。压缩比从10提高到11,提高缸内压缩压力和最高燃烧压力,增大燃烧放热率。采用12孔喷油器,提高油束雾化程度,减少喷油湿壁。增加排气VCT,追求更高的低速扭矩、更好的燃油经济性和更低的NOx、HC排放。通过仿真模拟计算对发动机的进、排气系统进行了优化,确定管径、管长、容积腔等关键技术参数。试验结果显示,优化燃烧系统节油效果约为3%。结合生产工艺将缸筒壁厚进行加厚,改善缸筒变形;增加缸间纵向通风口面积,降低泵气损失;优化缸孔表面珩磨参数,降低发动机油耗。减小活塞裙部接触面积,降低摩擦损失;调整活塞环总弹力,优化后的活塞环组切向总弹力为26.5N,相比现生产方案降低约33.4%;优化活塞销与活塞销及连杆的连接方式,由半浮式支撑改为全浮式支撑,改善活塞销磨损。采用一种半油槽设计的主轴瓦,最大限度降低机油泄漏量,降低消耗功率。采用自动张紧轮系,将多楔带的初始张紧力降低到300N以下,降低发动机摩擦功。试验结果显示,采用低摩擦技术节油效果约为3.5%。结合生产工艺对连杆小头结构、杆身工字梁截面、大头结构等位置设计优化,优化后,连杆销孔面积降低40%,连杆总成重量352g(原方案连杆总成重量为372g),降重5.4%。采用四平衡块曲轴方案,曲轴质量由9.24kg降至8.188kg,实现整体降重11.4%,曲轴平衡率达72%。采用塑料气缸盖罩盖设计,在满足现有技术要求的同时,具有更轻的质量(降重11.3%)、更好的NVH特性和更突出的成本优势。全新设计一种整体式多功能组合支架,该支架采用YL113材料,利用拓扑优化方法进行轻量化设计,在保证强度、刚度、NVH特性要求的同时,与现生产方案组合支架(QT450)相比,降重49%。通过轻量化设计,4AYT13发动机较原机降重约3kg。4AYT13发动机与ET1发动机相比,最大限度地保证了零部件和附配件的通用性,保证了零部件材料和工艺统一性,在尽可能少改动生产设备的条件下,使4AYT13发动机能顺利通过生产线,实现与ET1发动机共线生产。4AYT13发动机开发周期短、制造成本低,具有强大的竞争力。