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热效率,让高效内燃机的性能继续飞跃的钥匙

2019-12-09 14:45:26    来源:    滚球盘
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 尽管江湖中一直流传着关于V6的澎湃,V8的优雅以及V12的高贵等令人心驰神往的传说,但目前真正横扫市场的主流动力却是那些务实的小排量增压发动机。  

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究竟是谁把那些V型排列的明星动力们悄悄推到了角落,又将小排量们请到了舞台的中央呢?你一定会说是越加严苛的排放和油耗法规。答案当然没错,但另一方面,科技同样也是这场角色转变的推手。不断进步的科技让小排量们的性能有了飞跃的提升,甚至有足够资本去和那些身价高昂的高级别动力一较高下。

现在的小排量发动机到底能有多强悍?如果和历史较量,15年前东风日产首次引入天籁时,这款旗舰轿车曾搭载了一台2.3L V6发动机,可以提供127kW的最大功率以及221 N·m的最大扭矩,但以现在标准来看,这款隶属于大名鼎鼎VQ系列的自吸动力早已完败于当下的小排量。

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目前本田思域所搭载的1.5T发动机就已经能提供130 kW的最大功率以及220 N·m的最大扭矩了,而在讴歌CDX那里,这台1.5T发动机还有着更劲爆的调校。即便放到现在,小排量增压发动机一样也不吃亏,例如雪佛兰迈锐宝XL的1.3T发动机最大功率是121 kW,最大扭矩为240 N·m,动力方面同样盖过了日产新天籁的2.0 L车型。

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当然,对发动机的评判标准并不只有动力,NVH表现怎样?燃油经济性口碑如何?排放是否符合国六b?用户们都会在购车前逐一打听清楚,而有了技术护体之后,小排量们在这些环节上依然能够游刃有余,应付自如。例如上汽通用目前主打的第八代Ecotec发动机系列,无论是1.0T,还是1.3T,排放上都能够满足严格的国六b标准,而在燃油经济性方面,搭载1.3T动力的车型也要比上一代1.5T车型有了8.6%提升。小排量们完美光环的背后,除了有“单缸最优排量”的先天优势助力之外,各种先进的技术更是性能突飞猛进的关键。

小排量发动机越普及,技术含量也就随之越高,可变惯量涡轮、缸内喷射、可变气门正时……,这些技术已被广泛应用,生涩的技术名词甚至已经开始被更多的普通用户所了解。相比之下,“热效率”这三个字虽然不特指某项技术,但背后却有一大票技术在为它“忙活”。所谓热效率是指有效利用热能与燃料燃烧热能的比值,通俗些说,热效率越高,也代表着发动机越省油。

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众所周知,发动机需要依靠燃油做功,但在这个热能转换成机械能的过程中,燃油不可能100%完全燃烧,而且曲轴做功时还存在着进排气损耗及机械阻力等能量损耗,最终仅有一部分热能转化为了机械能。世界上第一台蒸汽机的热效率不到1%,瓦特改良蒸汽机后热效率提升至3%,从而引发了第一次工业革命,可见热效率的巨大作用,所以提升热效率也是提升发动机效率的关键。

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目前,大部分汽油发动机的热效率是25%-35%,但一些优秀小排量发动机在技术的加持下可以轻松突破这一限值范围,比如自主品牌奇瑞旗下代号为SQRE4T15B的1.5T发动机,热效率达到了37.1%,目前搭载于瑞虎8、艾瑞泽5等车型上。大众最新的EA211系列1.5T发动机,热效率能够达到37.5%,将应用于未来的第八代高尔夫。而上汽通用目前广泛应用的第八代Ecotec 1.0T发动机,热效率更是达到了38%,在同等排量中“秒杀同侪”。  

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提高热效率的基本途径主要有三个:一是让燃油尽可能地完全燃烧,也就是提高从化学能转变成热量的比率。二是让热量尽可能多地转化为动能,也就是提高有效功热量占总热量的比率。三是对废气和气缸温度进行热量优化管理,让一部分散失的热量为提高有效功做出贡献,而上汽通用的第八代Ecotec 1.0T所达到的38%热效率,同样也是一系列技术合力的结果。

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首先,为了能让燃油燃烧更充分,第八代Ecotec发动机在国内率先使用35Mpa的高压缸内直喷系统。35MPa的喷油压力可以使燃油粒子的直径达到8微米的水平,燃油雾化效果更好,燃烧也更充分,最终实现油耗、排放和性能表现的同时提升。第八代Ecotec发动机所应用的进排气可变正时气门技术同样也是改善燃烧的关键。通过调节凸轮轴相对曲轴的相位,使发动机在不同工况下始终能够工作在高效区间,从而保证良好的燃油经济性。

其次,为了让能量尽可能多的转化为动能,第八代Ecotec 1.0T/1.3T发动机机还采用了超低摩擦设计,其中全新开发的减摩涂层技术、可变排量技术、滚动减摩技术、智能油温管理技术、节能机油、轻量化设计、高效传动技术等手段大显身手,让摩擦损失比上一代发动机改善了10~15%。

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在热量优化管理方面,第八代Ecotec发动机采用了全球首创的ATM主动热管理系统,可以对废气和气缸温度进行热量优化管理,实现快速暖机,机油加热,停机冷却的功能。全可变排量机油泵负责实现的是机油按需供给以及最优润滑,而全铝缸盖集成排气歧管和电动放气阀涡轮增压器则将发动机扭矩动态响应提升至2.5秒。第八代Ecotec1.0T发动机还首次搭载了EGR高压水冷废气再循环系统,通过提高进气温度,来进一步降低油耗。

最后,要让电子水泵、ATM主动热管理系统、35Mpa高压直喷技术、全可变排量机油泵、电动放气阀涡轮增压器、集成式水冷中冷及高压EGR等复杂的功能一起协同工作,不出丝毫差错,智能电控技术也是不能忽视的因素。智能电控技术就像是一位高明的司令员,有条不紊的指挥着各个部分的精密运作,全面提升发动机效率的同时,也带来了更佳的燃油经济性。

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国六b标准的实施,双积分的要求,2020年将要实现的5L/百公里第四阶段机动车燃油消耗限值,这些都对车企的研发能力提出了挑战。总的来说,不管政策法规的走势如何、新能源车市场的未来几何,先进节能技术的推广应用已经成为了发展趋势,内燃机也一定是要朝着高效化、小排量化、智能化方向不断前进的。而以上汽通用第八代Ecotec发动机为代表的优质小排量动力们,正是迎合趋势而来,因此也一定会在市场的舞台之上有更出色的表现,并越来越受到消费者的认可。

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