新能源时代下 传统发动机还有哪些技术亮点?
2024-10-10 11:00 来源:中国质量新闻网 朋月
纯电、增程、插电混动等新能源车型各自具备比较明显的技术特征和优势。如纯电车的电耗低、风阻小,增程车可油可电,插电混动车具备多挡或单挡变速器,直驱工况更高效等特点。在新能源大背景下,还有哪些燃油车具备独特的技术值得一看?
大众1.5T EVOⅡ发动机
搭载车型:途观L、新途岳、朗逸、速腾、奥迪Q3等
大众集团的1.5T EVOⅡ发动机是多次更新后的EA211发动机,有“第二代黄金动力”的称号,这台发动机除了缺少ACT停缸技术,其它如变截面涡轮、APS喷涂工艺全都具备。
1.5T EVOⅡ采用轻量化、模块化设计,搭载VGT可变截面涡轮增压器、燃油喷射压力达到350bar、IEM集成式排气歧管、APS喷涂工艺、电控油气分离器、可变排量机油泵、水冷式中冷器等技术。
动力参数上,这台1.5T发动机具备118kW的最大功率,峰值扭矩为250牛米,在VGT涡轮的帮助下,1200转速下即可输出80%以上的峰值扭矩,从1750转时能输出峰值扭矩并持续到4000转,直到5600转时依然能输出峰值扭矩的80%。
同时,IEM集成式排气歧管将发动机水套和排气歧管集成在一起,有效提升水温升温速度,同时降低排气温度,这有两个好处——可以提高涡轮增压的工作效率,这一代EA211发动机的增压压力达到2.6bar,较上代车型提高0.4bar;水温速度的提升也有利于发动机更快进入工作状态,提高燃油经济性。
APS喷涂工艺是本机的另外一大技术亮点,简单说就是取消了缸套设计,通过高压等离子气体在气缸壁上喷上一层金属粉,形成坚硬的涂层,同样的技术奔驰、宝马也在用。这种技术减轻了发动机的重量,同时增加热传导效率改善冷却条件。
传统发动机气缸用的都是缸体+缸套的组合,特别是铝合金缸体的机型,在气缸壁与活塞接触的部分还会额外套一个名为缸套的部件,当缸套磨损,只需要镗缸或者更换缸套就能维修好。
新工艺抛弃了缸套,一旦发生烧机油、拉缸、磨损等故障,普通修理厂无法进行气缸壁喷涂工艺以及珩磨缸壁,只能采购新的缸体,维修成本大增。此外,喷涂工艺只增加气缸表面硬度,不增加缸体结构强度,相比带有缸套的机型,缸体强度也稍差一些。但技术并不存在绝对的优劣,最适合的才是最好的。
此外,这台发动机还具备转子油气分离器、中空活塞、电子水泵等技术,放在2024年来说,技术也属于较为先进的那一档,而且还可以加注92号汽油。
日产VC-TURBO
搭载车型:天籁、奇骏、QX50、Qashqai(海外)等
在汽车发动机技术领域,为了让“马儿跑,又要马儿少吃草”,各个车企都选择不同的技术路线,包括丰田的功率分流、本田的i-MMD、马自达的压燃技术、而日产选择最直接的道路,通过调整压缩比来提高发动机热效率。
日产介绍称,VC-TURBO发动机研发测试耗时20年,研发投入高达200亿美元,最大的特点就是动态可变压缩比。
VC-TURBO采用多连杆可变压缩比(variable compression ratio,简称VCR)结构,通过改变活塞下止点的位置,使物理压缩比实现可变。采用该技术的VC-turbo发动机可以将压缩比在14:1和8:1之间切换, 上图右下方的控制电机(带位置传感器的无刷电机)经过减速器减速增扭后,通过A连杆来转动偏心轴,偏心轴的转动会改变多连杆系统的结构,从而改变四个气缸活塞上止点和下止点的位置,使得发动机的压缩比能够在8:1至14:1之间切换。据 日产 的介绍,发动机压缩比从14:1降低至8:1的过程中,活塞上止点下移了6mm,活塞行程由88.9mm增加至90.1mm,排量由1970 cc 增加至1997 cc 。而发动机压缩比从14:1降低至8:1的用时大约为1.2秒。
根据上方2.0T版本VC-TURBO发动机的特性图,该发动机中低转速、中低负荷工况采用的是14:1的高压缩比,提升发动机的燃油经济性。
高负荷、高转速工况采用的是8:1的低压缩比,一方面是为了输出更强的动力,另一方面能够避免爆震的发生从而提升发动机运转的平顺性。而上述两种工况区之间的过渡区则会根据实际工况在14:1-8:1之间选择合适的压缩比。
虽然结构更复杂,摩擦也更多了,但由于VCR结构降低了活塞连杆的摆动幅度,活塞下行时连杆几乎保持直立,大大减小了传统连杆倾斜产生的活塞侧应力,也显著降低活塞与气缸之间的摩擦,同时发动机的振动也变得更小。
除了可变压缩比这项外,VC-TURBO还具备阿特金森与奥托双循环,同时配备歧管+缸内直喷双喷射技术,以及可变排量机油泵、可变多路径水冷控制、集成式排气歧管、缸体溶射技术等。
搭载在英菲尼迪QX50之上的VC-TURBO 2.0T发动机,具备272马力的最大功率以及380牛米的峰值扭矩。目前日产这台VC-TURBO具备多个机型,包括2.0T 四缸、1.5T三缸等。
通用第八代Ecotec发动机
搭载车型:凯迪拉克XT6、别克昂科威等
通用汽车Ecotec系列发动机的Ecotec是由Ecology(生态)和Technology(技术)两个词合成而得,排量范围覆盖1.0L-2.4L,包含约7种排量的多种机型,单缸容积在0.33L-0.6L之间波动。
目前这款发动机已经发展到第八代,是基于单缸最优设计理念进行开发,采用模块化架构开发的发动机系列。
以凯迪拉克的CT5为例,这台代号LSY的2.0T发动机具备变缸技术,最早用于大排量多气缸发动机如V8、V12等,当发动机动力过剩时,关闭多余的气缸,达到降低油耗和排放的作用。
在通用Ecotec发动机上,通过三段式的滑动凸轮轴,配合滑槽实现凸轮轴位移,从而实现不同大小的凸轮和气门顶杆相连,来实现稳定低负荷时的闭缸技术,可以在车辆低负荷的时候关闭二个气缸来起到省油作用,实现“四缸高性能模式”“四缸经济模式”“两缸超经济模式”三种工况,更成为两缸工作模式的四缸发动机。
四缸高性能模式:适用于急加速、高速匀速行驶,进、排气门都保持在高升程状态;
四缸经济模式:适用于中高速匀速行驶,进气门保持在低升程状态;
两缸超经济模式:适用于中低速匀速、减速、下坡行驶,中间两缸的气门升程为0(即闭缸)。
当切换到四缸经济模式时,这台发动机的燃油经济性可以提升5%,而切换到两缸超经济模式时,燃油经济性可以提升15%。
除此以外,这台LSY的2.0T发动机也具备上面大众EA211类似的缸盖集成式排气歧管技术。通过将排气歧管与气缸盖合二为一,将排气废热通过缸盖内的冷却水道传递出去,能更快让发动机达到工作温度,提升暖机效率。配合热管理系统可以将发动机产生的热量进行智能合理的分配,减少散发热量的浪费,同时,集成设计进一步降低了发动机的重量,据通用汽车数据,新款发动机比上一代发动机减轻14%。
其它的如350bar高压直喷系统、电子水泵、电控球阀模块、ATM主动热管理系统,以及1.5TEcotec发动机配备了水冷式中冷器、轻量化活塞/连杆、带电控阀的小惯量涡轮、可变流量机油泵等技术与大众的EA211机型技术大同小异。
长安蓝鲸动力
搭载车型:CS75、深蓝G318等
长安的蓝鲸动力不具体指某款发动机,而是整个动力链。根据车型不同,如燃油车、增程车等,对应的发动机型号也有所不同,但这些发动机都有一些共通的技术亮点。
以新蓝鲸HE1.5T超高压直喷混动专用发动机为例,发动机额定功率110kW,最大扭矩220牛米,动力参数看着没啥亮点,但热效率高达44.28%,属实亮眼。长安还表示,在实验室的测试环境下,这台发动机的储备热效率更可达到47.03%。
而1.5L自吸发动机,额定功率为72kW,最大扭矩是125N·m,热效率可达到43.31%,相当惊人。
具体技术包括500bar超高压燃油喷射系统、1.45行程缸径比、150mJ高能点火、高EGR废气再循环率等。
500bar超高压燃油喷射系统,燃油在500个大气压的强力作用下,平均喷雾粒径只有6.3μm,相较350bar喷射粒径减小6.13%,进一步让油与空气混合。
1.45行程缸径比有几个好处。其一,配合高滚流进气道,强化缸内气流运动,配合高EGR率快速燃烧;其二,活塞口径变小带来燃烧室表面积减小,热损失更小,同时活塞变小后的质量减轻,有利于降低油耗;其三,压缩比达到16:1。
长安方面表示,目前燃油车发动机点火能量普遍采用90mJ,150mJ点火相比普通点火能够形成更大尺寸的初始火核,更有利形成稳定且初速度较快的层流传播火焰,结合缸内滚流,实现缸内预燃混合气的快速传播,一方面提高了热效率,另一方面也有效改善了超高EGR率下的着火稳定性及循环间一致性。(朋月)
来源:中国质量新闻网
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