逆潮流而动?盘点2018发动机技术创新
内容来源:汽车之家     作者:王兴宇    浏览次数:1008    更新时间:2019/1/21
导读:盘点2018发动机技术创新,除了三缸发动机,2018年那些令人印象深刻的发动机。

1 高燃效发动机

  [汽车之家发动机技术] 我的同事舒宁在之前写了一篇《2018汽车技术最火关键词》,里面提到第一个关键词就是“三缸发动机”——的确,更加严格的排放法规,低得变态的油耗限值,如今各种政策和强制规定对待汽车的态度着实不够友好。但是,为了追求低油耗和低排放将发动机砍掉一缸也未免有些简单粗暴,而且这样的代价是牺牲了用户体验。那么,在未来三缸发动机是唯一的技术路线吗?显然,有些厂商并不这么认为。令人庆幸的是,被许多人认为是明日黄花的内燃机领域,在2018年有了许多令人振奋,甚至可以说是革命性的新变化。下面我们就来盘点一下,除了三缸发动机,2018年那些令人印象深刻的发动机。

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追求极致:超高燃效发动机上市

   2018年6月,丰田小型SUV双子星奕泽IZOA/C-HR相继上市,这两款车继续颠覆着人们对于丰田品牌的认知——无论充满肌肉感的外观还是动感十足的驾乘体验,都洋溢着青春运动的气息。不仅如此,它们的心脏——来自TNGA架构的Dynamic Force系列2.0L自然吸气发动机热效率达到了40%,是除了混动车型以外,目前市面上热效率最高的发动机。

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   内燃机从发明至今已经有100多年的时间,在这期间内,汽油发动机的热效率从10%提升到了35%左右。可以说发动机的设计已经非常成熟,而在此基础上每提升1%都意味着巨大的投入和研发工作。从能量守恒的角度来说,提升热效率就意味着将每一滴燃油的能量利用到极致,比如说提升燃烧效率、减少热损耗、降低摩擦。

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   Dynamic Force系列发动机的革新首先在于优化了气缸内的燃烧效果:通过更大的进/排气阀的夹角,以及激光熔覆工艺的采用,使得进气阻力更加小,令混合气体在气缸内实现高速滚流燃烧;其次新设计的D-4S燃油喷射工艺和喷油嘴布置的优化,令燃油和空气可以更好地混合,同时避免了燃油“湿壁”现象的发生;此外,可变排量油泵、电驱动水泵、低滚阻链条等设计则在最大程度上减少了动力的额外消耗。从上图的技术细节可以看出,丰田对于发动机的优化工作都是一些技术细节,但凡事莫不如此:不积跬步无以至千里。细小的量变积累到一起,就可以实现跨越式的进步。

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说到高燃效发动机,我们不得不提的是另一家以制造发动机闻名于世的厂家——本田。在2018年8月29日,广汽本田雅阁锐·混动版车型正式上市。

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   尽管新能源车型势头迅猛,但是不容否认的是在如今汽车市场上,占据销量绝大多数的,仍然是装备传统内燃机的车型。因此,研究如何进一步提升燃油车型的效率,进一步降低燃油消耗量,更具现实意义。

   2 可变压缩比发动机

   颠覆性的设计:日产VC-TURBO可变压缩比发动机

如果说前文提到的发动机都是在原有发动机结构基础上进行的精细优化,那么接下来说到的这款发动机,则是从发动机结构着手,对传统的设计进行了大刀阔斧的改动和创新——它就是来自日产的VC-TURBO可变压缩比发动机。按照官方的说法,通过创新行的革新,这台发动机将低油耗、高动力以及媲美6缸发动机的运转平衡性结合在了一起。

我们知道,通常来说发动机压缩比越高,整体运转效率越高。但是在一些工况下(比如高转速、高负载条件下)过高的压缩比就可能导致气缸内的混合气体过早点燃,导致爆燃的情况发生。如果能够改变发动机的压缩比,那就实现了低油耗和高动力的兼顾,无疑是许多发动机工程师的梦想。然而囿于发动机结构的限制,这一想法被搁置了数十年。

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   而日产的工程师则另辟蹊径:将一套设计巧妙的多连杆装置将曲轴同活塞连杆相连,通过改变连杆角度实现了压缩比的变化。

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   上图为VC-TURBO发动机可变压缩比机构的主要结构。我们看到,当需要改变发动机压缩比时,谐波齿轮驱动装置可以转动一个角度,从而改变这套多连杆装置的几何结构,使活塞连杆同曲轴的相对位置发生改变,实现压缩比的变化。目前这款VC-TURBO发动机的压缩比可以从8:1(高性能)到14:1(高燃效)之间无级变化,相应地,排量也从1991mL(8:1)到1970mL(14:1)之间变化。

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   采用可变压缩比结构的这款发动机效果立竿见影:它的最大功率为272马力,最大扭矩380牛·米,动力输出在同级别中达到了优秀水准;其次燃油效率较之前的6缸动机降低了30-35%(视不同驱动形式而定)。

   可能很多人在质疑:多出来的这套连杆装置会增加发动机的体积和重量吗?事实上,这款结构复杂的发动机较传统的2.0T发动机在重量和体积上并无区别。秘诀就在于这套连杆由于巧妙的设计,令其活塞在做功行程几乎是垂直向下运动,这样一来就极大地降低了发动机整体的振动,从而省去了普通4缸发动机的平衡轴设计,很好地控制了整体重量和体积。

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   除此之外,当前发动机领域的诸多先进技术也出现在它的身上。比如它采用了歧管喷射/缸内直喷两种燃油喷射方式,以及奥拓/阿特金森循环两种循环,配合不同的压缩比,将发动机的潜力发挥到极致。

   在高压缩比状态下,发动机采用阿特金森循环配合燃油直喷,最大程度地提升燃效,并且避免爆震;在低圧缩比状态下,发动机则切换至奥拓循环,从而实现更好的动力输出。此外,冷却循环控制、镜面涂层技术以及变排量油泵的设计则进一步减少了不必要的能量消耗。

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   低油耗、高输出,并且还有媲美6缸发动机的平顺性,日产VC-TURBO发动机将诸多看似矛盾的特点集成在了一起。其独创可变压缩比的多连杆结构,则打破了内燃机在100多年以来固定的设计,我不禁要为这种大胆而巧妙的创新点赞。

3 理想发动机:马自达HCCI技术

“理想的内燃机”:马自达SKYACTIV-X

在18年的洛杉矶车展上,马自达发布了旗下全新一代马自达3:同概念车几乎相同的,由复杂型面包裹的车身下,隐藏了马自达对于发动机的全新定义。

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   关于这套动力系统开起来如何,我的同事李博旭已经在去年体验了装载它的原型车,也就是披着老款外衣的新款马自达3,大家有兴趣可以点击这里。

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   为解决这个问题,马自达的工程师想到了一个特殊的办法来提升压缩比:利用火花塞点燃小部分混合气,在燃烧室内制造一个“虚拟的活塞”,这样一来就可以达成压燃的条件。

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使用压燃带来的效果立竿见影:压燃可以实现稀薄燃烧,按照马自达的设计,在压燃状态下气缸内的空燃比为36.8:1,为点燃状态下理想空燃比(14.7:1)的两倍多。简而言之,就是既省油有有劲儿。

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   这台发动机的节油潜力有多大?马自达宣称,装备SKYACTIV-X发动机的车型油耗媲美当今最先进的混动系统。

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   说到当今效率最高的混动系统,它们的设计逻辑大同小异:通过混动结构设计,令发动机尽可能运转在高效区间,而电力系统充当“缓冲池”来协助发动机一起驱动车辆前进。这样从能量守恒的角度来说,发动机运转在高效区间的工况越多,就意味着用更少的燃料创造了更多的能量。简而言之,混动系统存在的意义,是为了弥补内燃发动机的天然缺陷。

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   发动机性格大变之后,也增加了变速箱的匹配的灵活性:由于高效区间非常宽泛,所以变速箱可以选择的速比范围更加灵活,这样一来就可以让变速箱更加激进地令发动机停留在高转速区间,这样可以带来更好的动力响应,而且是在不损失燃油经济性的前提下。我非常期待全新马自达3的表现:如果SKYACVTIV-X发动机能够实现马自达之前宣传的承诺,那么毫无疑问它对于发动机行业来说是颠覆性的,说它是未来的发动机也毫不为过。

全文总结:

尽管技术路线不同,但是我们可以发现,之前我们提到的发动机有着共同的特点,那就是既省油又有劲,相较3缸涡轮增压发动机来说,它们又在振动和响应特性上来说有着先天的优势,丝毫没有影响用户体验。虽然唱衰声不断,但是不得不承认,存在了100多年的内燃机,又焕发出了前有未有的生机。


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