排量无下限?浅析通用全新1.0T/1.3T发动机
新车新技术 发布于 | 2017-10-09
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2014年,通用在国内引入了新一代小排量Ecotec发动机,分别为1.4T、1.5T和1.5升,代表性技术为顶置直喷。仅仅3年之后,通用又发布了更新的小排量涡轮增压发动机,以1.0T替代了之前的1.5升,以1.3T替代了1.4T,且曾经最亮眼的顶置直喷被取消,改为了新一代上的双喷射系统。

通用为何要推出更小排量的发动机,且为何要取消顶置直喷而以双喷射取而代之?

通用发动机,发动机技术

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排量越来越小,不一定是妥协

通用汽车全新一代的1.0T和1.3T Ecotec发动机,最大输出功率分别达到了92kW/170Nm与120kW/230Nm,这比原来1.5L和1.4T要高出15%以上,而且在新的智能电控和增压技术加持下,达到最大扭矩的转速大大下降。

比如,1.0T发动机在2000rpm即可输出170Nm最大扭矩,而上代1.5L发动机则需要在4000rpm才能达到141Nm最大扭矩。

同时,排量减小带来的直接好处是整个发动机的尺寸变小、重量降低,从而降低整车油耗。发动机小型化还意味着参与摩擦做工的部件就越少,也就是说发动机运转时通过摩擦而损失的能量越少,这一点不用说,也能降低油耗。

此外, 通用汽车全新一代的Ecotec1.0升和1.3升的增压发动机,涡轮迟滞更小,在低转速扭矩上就能体现出相当大的优势,这也是为什么能达到低扭较强的原因。

事实上,不仅仅是通用这么干,大众、宝马、沃尔沃、福特、标致雪铁龙等车企都在积极推进发动机的小型化,这并不完全是迫于环保法规压力下的妥协。如今的小排量发动机技术逐渐完善、成熟,动力和平顺性等问题已经逐渐被克服,而它们在重量、体积、效率等方面的优势,是众车企力推三缸机的主要原因。

不过,和很多人想象的不同,由于这些小排量发动机采用了大量的新技术,它们的造价并不比更高排量发动机要低。通用的新一代涡轮发动机,甚至比普通发动机的成本高出数倍。不过当搭载1.0T和1.3T的车型越来越多,形成规模效应后,它们的成本也有望大幅降低。

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直喷改双喷,是退步吗?

缸内直喷是近几年比较火的一项技术,意思就是和之前在将燃油喷入进气歧管不同,把燃油直接喷入气缸内部与空气进行混合。好处是更高的喷射压力能够让燃油雾化得更加彻底,精准控制喷油量,实现保证功率、扭矩的前提下明显降低油耗。

但是,缸内直喷并不是完美无缺的技术,它有一个让厂商非常头疼的问题:容易导致气缸内产生燃油湿壁和混合器不均,进而导致碳烟排放上升。所谓燃油湿壁,其实就是燃油在气缸内没有充分与空气混合进行燃烧,油耗自然也就更高。

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通用新一代发动机的智能双喷(DPI),解决的就是这个问题。它不同于传统电喷的一个气缸一个喷油器,而是一个气缸两个喷油器。减轻燃油湿壁的原理,是通过两个喷油器协同喷射,实现更大的喷射覆盖面积,同时提高喷出燃油的雾化率。

这样一来,燃油湿壁显著减少,油耗和排放也就相应降低。所以,通用新一代小排量增压发动机的油耗是不用担心的。而动力如前所述,不仅没有下降,反而提升了。,通用的新一代发动机为什么能在性能和燃油经济性上都得到提升呢?

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小排量性能还如何保障?

下图就是通用1.0T/1.3T新发动机和竞品的参数对比。

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从表格可以看出,这些发动机的动力性能都不差,特别是标致雪铁龙的1.2T,标定的最大功率和扭矩分别达到了100kW和230N·m,宝马的1.5T,扭矩方面略逊于标致雪铁龙的1.2T,但在1250转时就已经能迸发出220N·m的最大扭矩。

达到如此高的性能,不同厂家都采用了各自的技巧,从参数来看,通用的1.3T在性能上已经大幅超越标致雪铁龙和大众集团的1.2T,而新的1.0T和福特、本田的同排量机型也处于同一个档次。这样的性能是如何实现的呢?

首先,是高度智能化的发动机电控系统。

除了自动驾驶、车联网之外,发动机电控系统的智能化,也是汽车智能化浪潮中的关键一部分。几十年前电喷技术取代化油器,便是发动机智能化的一个里程碑,大大提升了燃油的效率。

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如今的发动机电控系统非常复杂,但目标却一直未变,就是判断发动机需要多少燃油和空气,以及运转时需要多少机油,就尽量在准确的位置、以准确的量进行提供,上面提到的双喷系统和缸内直喷技术,都是以此为目的,只是路径不同、效果稍有差异。

除此之外,通用新一代小排量机器还采用了很多前沿技术,例如以电动涡轮泄压阀取代了传统的机械泄压阀,能够更精确、迅速地建立增压压力、降低小负荷泵气损失。

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中置大角度可变正时气门系统,将电磁阀直接布置在了凸轮轴上,缩短油路长度,大幅提高相位器响应速度,从而让发动机可以更好地“呼吸”,在高低转速均能地保证最佳进排气效果。

除此之外,在热管理系统、启停系统、点火线圈、可变排量机油泵及电子节气门等处,这套新发动机都有着更加智能的技术和设计。

电控系统智能化,是在电子方面的举措,为了提高发动机的效率,还需要在机械层面作出努力,这方面的关键词,是集成化:

在介绍最新一代小排量发动机时,通用提到了一个很有意思的概念,就是“燃烧单缸最优”。什么意思呢,就是之前厂商在研发发动机时,都是以发动机整体为单位进行设计,需要不同排量时,办法主要是改变缸径和冲程。

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而在设计最新的小排量发动机时,通用的理念是追求单缸燃烧的最优化,实现不同排量的发动机都能在性能和品质上达到最优平衡。说直白点,这就相当于发动机的模块化,宝马最新的B系列发动机也是采用了类似的思路,不同的是宝马的单缸排量固定在了0.5升。

发动机模块化的优势不言而喻,也是当前发动机研发的大势所趋。

而在整机层面,通用新一代发动机进一步实现了紧凑集成化,通过全铝结构、缸盖集成排气歧管、一体式铸造缸体等等结构和材料的优化,大幅减轻了发动机的重量和体积。其中1.0T相比老1.5升减轻24公斤,1.3T相比老1.4T减轻25公斤。

最后,即便小排量发动机在性能和油耗方面都能让人满意,但消费者对他们似乎还是有着天然的成见,能否让市场接受,关键就看它能否解决噪音、震动这两个大问题。

目前市面上高尔夫1.2T、速腾的1.2T、思域的1.0T、宝马的1.5T及福克斯、翼搏的1.0T等,上市之后已经经过了一段时间的考验,迄今并没有关于噪音、震动这方面的明显问题。说明厂家在抑制抖动和噪音控制方面,已经有了充分的技术手段。

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这方面,通用在新一代发动机中也做了很多努力,为了平衡抖动问题,采用了钟摆式双质量飞轮,在传统双质量飞轮上增加了一个吸振器,反向抵消、削减了来自发动机侧主动飞轮的扭转振动;而为了消除一阶不平衡力矩,优化了弹性解耦但也,消除了齿轮啮合的敲击。

而为了降低噪音,通用在涡轮增压器、曲轴组件、凸轮组件、正时链条、油底壳、机油泵、发动机罩盖等等部位都做了相应的静音处理。

综上,从通用目前公布的信息来看,这套1.0T和1.3T小排量涡轮增压发动机,在性能参数上已经全面超越了即将被取代的1.5升和1.4T发动机,而在抑制噪音和抖动方面也通过一系列新技术提供了保障。

未来,这套新发动机将匹配通用新一代的7速DCG、6速DSS和6速MT等智能启停变速箱,届时英朗、科沃兹等车型在换装新动力总成后,性能和油耗都有望得到改善。

最后说两句

正如2.0T涡轮增压发动机,取代了之前大量的六缸甚至八缸自然吸气发动机,如今的1.0T、1.3T小排量发动机,也会进一步取代1.6升、1.5升甚至1.4升的发动机。汽车发动机小型化,已经是不可逆转的潮流。

在保证性能的前提下,更小排量的发动机意味着更低的税费,而降低的税费也会直接反映在终端的售价上。除此之外,更小的体积、更轻的重量,本身也意味着更低的油耗。当然,小排量让市场广泛接受的前提,是厂家能够让它的性能、噪音、振动的表现做到出色的水平。

而如果厂家做到这一点的话,我们为何不积极地拥抱这一新潮流呢?