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完美平衡性能和油耗 解析通用汽车第八代Ecotec发动机

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论坛元老

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发表于 4 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
“高效”是现在内燃机工程师所追求的一个终极目标,从字面上讲“高效”意味着消耗更少的燃油获得更高的动力。倘若只顾及一头,或省油或压榨动力事情都比较好解决,但若想在二者之间找到一个完美的平衡,就是一门学问了。本期通过解析通用汽车第八代Ecotec发动机,来看看通用的工程师是如何解决这个问题的。

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进入正题之前有必要说明一下“热效率”的概念。内燃机的工作原理是将燃料中的化学能释放出来转化为热能,然后再利用热能推动活塞做功,让车辆前进。但问题是从化学能,到热能,再到机械能这个过程中一定会有能量损耗,我们需要的仅仅是燃烧后使气体膨胀的这部分能量,其余的热量都白白浪费掉了,此外还有泵气损失、机械损失、排气损失等额外的消耗,所谓“高效”就是要尽可能的减少这些损失。

通用第八代Ecotec发动机就是秉承着“高效”的理念而开发的,旗下的1.0T、1.3T以及2.0T引擎在油耗和动力方面均达到了一个平衡。分开来看,其中1.0T发动机的最高热效率达到了38%,在世界范围内属于同排量中热效率最高的涡轮增压发动机之一。而1.3T发动机的最大输出功率达到了121kW,高于大众EA211系列和宝马B38系列发动机,此外EA211、B38的排量都比通用汽车1.3T大,余姚论坛网按升功率来算,通用这款1.3T引擎优势就更加明显了。最后这款2.0T本身就以动力爆发见长,其177kW的最大功率和宝马330、奥迪A4L 45TFSI相当,但是油耗却低的多。笔者曾经测试过搭载2.0T发动机的迈锐宝XL,其百公里综合油耗为8.9升,而同样动力级别的宝马和奥迪差不多都要到10-11升每百公里。余姚论坛网,综合来看第八代Ecotec在市场层面上的表现已经交出了一份令人满意的答卷。

接下来就具体说说,第八代Ecotec发动机运用了怎样的技术来提升效率的。

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单缸最优,挖掘发动机的最大潜能

为了提升热效率,通用汽车第八代Ecotec发动机最为核心的理念便是建立单缸最优的燃烧模型。这是通过台架反复试验,收集数据并进行分析后得到的一个最优解。先前参加通用汽车发动机解析活动时,工程师像我们展示的这一过程,如下图:

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从这个试验数据可以看出,在不同的工况状态下,单缸排量一旦低于0.33L,热效率就出现大幅衰减。单缸排量一旦超过0.5L,就容易产生爆燃等不完全燃烧的现象。因此,在燃效、经济性、NVH性能的综合考量下,小型发动机的单缸排量应当介于0.33L-0.5L之间。目前第八代Ecotec发动机系列,旗下的1.0T、1.3T、2.0T均是这一理念下诞生的。

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更精准的智能电控系统,内燃机发展新趋势

不仅如此,在单缸最优的基础上,第八代Ecotec发动机还在其它模块上进行了优化,而这些智能电控化的技术也加速了通用高效内燃机的电控趋势。

首先要提到的便是ATM主动热管理系统,它采用了全球首创的电子水泵+电控球阀模块,结合发动机分流式水套设计,通过ECU直接控制水泵转速及智能热管理模块的球阀角度,可以智能、精确控制冷却系统各环路的流量,进而满足对系统热量的精确管理,实现快速暖机、机油加热、停机冷却的功能。

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简单来说,这套系统能够让燃烧室内所产生的热量根据需求来进行流动,譬如刚刚启动的阶段,通过对于冷却水路的调整,热量会被优先用来提升发动机本身的温度,减少散热器对于热量的损耗。

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同时发动机产生的热量还会通过变速箱热交换器传递至变速箱,加热变速箱油,从而使变速箱在冷启动后能更快进入高效运作区域。而在激烈驾驶时,发动机冷却液也能够带走变速箱部分热量,使变速箱保持在稳定的温度范围内工作。

还记得之前所说影响热效率的因素么,其中汽油燃烧后的热量占了很大一部分。ATM主动热管理系统本质就是充分利用热能,让热能流动合理地流动起来,到达需要的地方,实现“物尽其用”,效率自然也会得到提升。

其次,35Mpa高压直喷供油系统,这也是通用汽车在行业中率先使用的技术。它可以让燃油雾化效果更好,汽油雾化颗粒甚至达到8μm,使燃烧室内混合气体更加均匀,以此达到充分快速燃烧的效果。

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打个简单的比喻吧,比方说把一本书直接扔进火堆,那么燃烧自然是由外而内的,而且很有可能烧完之后书的中心部分还是完好无损的,这样效率一定是不高的。但假如把书撕碎了再烧,那么不仅燃烧更快、更充分,同时单位时间释放的能量也会越大。35Mpa高压直喷供油系统和这个例子是一样的道理。

再有,就是电子泄压阀涡轮增压器。与传统机械泄压阀不同,电子泄压阀可以在全工况下精准控制开启时刻及开度,不仅更加精确和快速地建立涡轮压力,并且可以降低泵气损失,同时还可以增加启动时排气温度,有利于催化器起燃,提升燃烧效率。

最后,不得不说的就是荟萃全球首创的Tripower可变气门管理技术,简单的说就是气门升程的控制系统。发动机的三种工作模式下对应着三种凸轮位置,“四缸高性能模式”对应一个较大的凸轮,它能使气门有更大的开度,实现更大的进气量,进一步榨取燃油中的能量。

“四缸经济模式”对应一个正常的凸轮,此时进气量适中,燃油喷射量也会随之调整;“两缸超经济模式”下,2、3缸的凸轮其实就是一个基圆,此时气门不会打开,气缸内也不会喷油,以此停止做功。

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也就是说根据不同的工况,第八代Ecotec发动机的2.0T机型能够主动调整发动机的进气量和喷油量,甚至是工作的气缸数,让发动机保持在最适宜的工作状态,效率自然也会得到响应的提升。

至此可以总结一下,在单缸最优的燃烧模型基础之下,加入了ATM主动热管理系统、35Mpa高压直喷供油系统、电子泄压阀涡轮增压器以及Tripower可变气门管理技术,使得第八代Ecotec发动机的燃烧效率大幅提升。

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提升效率还有另一个好处就是优化排放,每一滴燃油都得到了充分燃烧,自然排放也会更好。第八代Ecotec发动机已经能够满足国六B第二阶段的排放要求,并且这个系列发动机的研制时间早于国六标准的制定时间,可见通用汽车未雨绸缪之远见。

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高效小排量内燃机+CVT将成主流

在拥有了一台高效发动机之后,接下来的问题就是如何让发动机尽可能的工作在最大热效率区间。我们日常驾驶时,发动机的负载是时刻变化的,与之相应的效率也会高低起伏,比如停车等待时发动机的效率就为零。

为了让发动机工作效率更高就需要变速箱的辅助,通用汽车在研发第八代Ecotec发动机的同时,也同步正向推出了9AT/10AT多挡位自动变速箱以及CVT变速箱。

变速箱的作用顾名思义是为发动机调速,而挡位越多意味着发动机工作在最高热效率区间的工况就越多,这也是9AT和10AT的优势所在。而对于CVT变速箱来说就会更加具有优势,由于CVT变速箱速比连续可变,高效发动机与之匹配的高燃油经济性的范围可选性更多。更重要的是不会牺牲很多效率,可以使发动机运行最接近完美标定区域。

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此外在发动机和变速箱匹配标定方面,通用的工程师更加注重扭矩输出的精确性,以满足变速箱更高的控制需求,实现绝大部分工况下,输出扭矩100Nm以下时,正负误差值仅为5Nm;输出扭矩100Nm以上时,正负误差值控制在5%,达到行业领先标准。通过重点考量高原和高温环境对发动机性能和变速箱控制的影响,使发动机计算输出扭矩与实际输出给变速箱的扭矩相匹配。

以上均是技术层面上的,如果你对技术不敢兴趣,那么接下就谈谈实际驾驶感受好了。我曾试驾过搭载通用CVT变速箱的迈锐宝XL和创界,行驶平顺是自然的,这是CVT变速箱的强项。此外变速箱的响应还非常的快,一脚地板油下去后,变速箱能够在最短的时间内将转速锁在最大功率点。

这也是CVT变速箱的另一大优势,可以恒定发动机的功率来实现变速、变矩,省去了换挡时间,从效率角度上说CVT变速箱搭配高效内燃机表现更优秀。

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如何去衡量一家主机厂的技术储备,我觉的不必把问题扩的很大,从某几个或者某一个角度去看就可以了。从第八代Ecotec发动机以及相关的动力总成能够看出,显然上汽通用汽车已经拥有了完备的技术储备和研发实力,相信未来将会有更多用户体会到上汽通用高效内燃机所带来不一样的体验。
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