電腦配置單的第一項(xiàng)永遠(yuǎn)是CPU，汽車上最核心的配置就是發(fā)動(dòng)機(jī)。在歐6/國(guó)6排放標(biāo)準(zhǔn)及CAFÉ/CAFC節(jié)能法規(guī)的壓力下，這兩年各大車企相繼發(fā)布新一代汽油內(nèi)燃機(jī)，寫篇文章給大家簡(jiǎn)單介紹一下新一代先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)。
1 大眾EA888 Gen.3Bz
歐洲量產(chǎn)效率最高的2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)。
汽車上的頂尖配置——新一代環(huán)保節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)介紹
EA888發(fā)展歷程
主要特點(diǎn)是運(yùn)用了稱為Budack-cycle的米勒循環(huán)模式。B-循環(huán)由大眾工程師Ralf Budack提出，在吸氣行程下半段時(shí)提前關(guān)閉進(jìn)氣門，減少進(jìn)氣量，從而做到膨脹比大于壓縮比。相比之下，豐田、本田、馬自達(dá)采取的是在壓縮行程晚關(guān)進(jìn)氣門，將部分空氣又排出氣缸的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
米勒循環(huán)是阿特金森循環(huán)的工程實(shí)現(xiàn)方法，日本廠商和大眾雖然方案不同，但殊途同歸。EA888 Gen.3Bz在扭矩和轉(zhuǎn)速低于某個(gè)閾值時(shí)，是節(jié)能取向B循環(huán)；超過(guò)后就轉(zhuǎn)為奧拓循環(huán)。
同時(shí)，該發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)改變氣缸頂部容積，將壓縮比從EA888 Gen.3的9.7提高到11.7，也是提高熱效率的一個(gè)有效手段。
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Gen3B型比Gen.3燃油經(jīng)濟(jì)性取得較大提高
最先列裝EA888 Gen3.Bz的是國(guó)產(chǎn)奧迪A4L，目前大眾車系也已經(jīng)使用B型發(fā)動(dòng)機(jī)了。137及140kW為Gen.3B型發(fā)動(dòng)機(jī)，超過(guò)140kW的均是Gen.3型發(fā)動(dòng)機(jī)，大家注意甄別。
2 大眾EA 211 Evo 1.5T
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大眾最新、熱效率最高的發(fā)動(dòng)機(jī)。雖然型號(hào)看起來(lái)差不多，但新的1.5T比老舊的1.4T進(jìn)化巨大，1.5T國(guó)內(nèi)投產(chǎn)后會(huì)替換1.4T和1.2T。
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EA211 evo與EA211相比，缸徑不變，沖程變長(zhǎng)。缸蓋、缸體、曲軸、潤(rùn)滑及冷卻系統(tǒng)、附件都有變更，具有以下技術(shù)特點(diǎn)：
2.1 閉缸功能
在極低負(fù)載工況下，可以關(guān)閉中間兩缸，比較適合中國(guó)的佛系駕駛員。
2.2 350Bar高壓供油
歐6和國(guó)6排放標(biāo)準(zhǔn)的主要變化就是提高了尾氣顆粒物的要求。EA211 evo
從EA211的200Bar供油系統(tǒng)升級(jí)到350Bar高壓供油系統(tǒng)，再加上GPF（汽油顆粒物捕捉器），來(lái)滿足尾氣排放要求。
2.3 Budack-cycle(B-循環(huán))
類似EA888 Gen3.Bz的B循環(huán)也應(yīng)用到EA211 evo。
2.4 VTG
可變?nèi)~片角度增壓器，取消廢氣旁路?？梢蕴岣唔憫?yīng)和效率。但是，這個(gè)VTG
僅在96kW版本上應(yīng)用，110kW版本依然是廢氣旁路。
2.5 主動(dòng)冷卻控制系統(tǒng)
簡(jiǎn)單描述一下，就是可以控制冷卻液的通路，在冷啟動(dòng)時(shí)快速提高冷卻液溫
度。
大眾已經(jīng)計(jì)劃國(guó)產(chǎn)EA211 evo 1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)了，預(yù)計(jì)2020年后可以裝車。由于96kW版本使用可變?nèi)~片角度增壓器，估計(jì)成本會(huì)高于110kW版本。如果一臺(tái)低馬力的車賣得比馬力更高的車還貴，消費(fèi)者能否接受？個(gè)人推測(cè)大眾不會(huì)推出2個(gè)版本的發(fā)動(dòng)機(jī)，更大的可能性是推出110kW版本。
3 豐田M20發(fā)動(dòng)機(jī)
豐田宣布TNGA架構(gòu)時(shí)，也公布了TNGA架構(gòu)首款發(fā)動(dòng)機(jī)：Dynamic Force Engine 2.5L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，代號(hào)A25A。這款發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了純汽油版40%熱效率，混合動(dòng)力版41%熱效率的驚人成績(jī)。
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而M20發(fā)動(dòng)機(jī)是在Dynamic Force Engine 2.5L發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，并進(jìn)行了優(yōu)化。在尾氣排放性能、燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性能和發(fā)動(dòng)機(jī)成本綜合性能上更進(jìn)一步。
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A25A和M20發(fā)動(dòng)機(jī)的核心理念是高速燃燒。高壓縮比+米勒循環(huán)，可以有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率。但減少進(jìn)氣量勢(shì)必影響發(fā)動(dòng)機(jī)出力。為解決這個(gè)矛盾，豐田采用了"高速燃燒"技術(shù)。
高速燃燒就是減少?gòu)狞c(diǎn)火到火核成型，再到火焰鋒面擴(kuò)散至整個(gè)燃燒室的時(shí)間，讓氣體膨脹的力量更加集中！高速燃燒的極限速度就是壓燃。
至于豐田如何通過(guò)提高滾流比實(shí)現(xiàn)高速燃燒，這是燃燒理論方面的問(wèn)題，我也不懂，只是明白這么一回事。
D-4S雙噴射系統(tǒng)介紹(缸內(nèi)直噴+進(jìn)氣道歧管噴射)
雖然缸內(nèi)直噴有很多好處，比如汽油缸內(nèi)蒸發(fā)可以降低缸內(nèi)溫度、可以提高充氣效率，但由于汽油和空氣混合時(shí)間短，容易混合不均勻，導(dǎo)致尾氣顆粒物排放超標(biāo)。此時(shí)，就必須使用GPF來(lái)滿足歐6或者國(guó)6排放標(biāo)準(zhǔn)。一臺(tái)GPF，主機(jī)廠的采購(gòu)成本也要上千元，而且還存在提高排氣背壓，降低效率和功率等一系列后果。
雙噴射系統(tǒng)可以解決這個(gè)問(wèn)題，不使用GPF即可達(dá)標(biāo)排放。
但是雙噴射系統(tǒng)不僅僅是成本問(wèn)題，而是大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定的復(fù)雜程度，目前只有豐田、大眾、日產(chǎn)使用。
豐田M20 2.0L自吸發(fā)動(dòng)機(jī)+Direct Shift CVT變速箱，算是豐田系的"黃金"動(dòng)力組合了。
4 日產(chǎn)VC-Turbo可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)
日產(chǎn)在英菲尼迪Q50L和天籟上列裝了代號(hào)KR20DDET的2.0T可變壓縮比發(fā)
動(dòng)機(jī)，據(jù)說(shuō)日產(chǎn)在這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上研究了20年，才最終實(shí)現(xiàn)世界首臺(tái)商用化、量產(chǎn)可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)。
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為什么要做可變壓縮比？高壓縮比雖然可以提高熱效率，但是在高負(fù)荷時(shí)，極易發(fā)生爆燃，此時(shí)點(diǎn)火角就要推遲，無(wú)法保持最佳點(diǎn)火提前角，推遲點(diǎn)火角就會(huì)降低動(dòng)力輸出和效率。所以，如果在高負(fù)載時(shí)，可以減少壓縮比，則點(diǎn)火角依然可以保持在最佳時(shí)機(jī)，做到低負(fù)荷到高負(fù)荷，全工況的高熱效率和高功率輸出。
2.0T VC-Turbo可以實(shí)現(xiàn)壓縮比從14:1～8:1連續(xù)可調(diào)。看gif圖，這套名為VCR的連桿機(jī)構(gòu)好像不太復(fù)雜，但鬼知道日產(chǎn)技術(shù)人員在可靠性和壓縮比控制程序上下了多少功夫才最終量產(chǎn)。
汽車上的頂尖配置——新一代環(huán)保節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)介紹
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除了可變壓縮比的工程黑科技外，這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)也具有直噴+歧管噴射的雙噴射系統(tǒng)和米勒循環(huán)-奧拓循環(huán)雙循環(huán)控制系統(tǒng)。屬于新一代環(huán)保排放達(dá)標(biāo)、燃油經(jīng)濟(jì)性好、動(dòng)力達(dá)標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。不過(guò)這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不能說(shuō)達(dá)標(biāo)，應(yīng)該說(shuō)很充沛了，2.0T新天籟非彈射起步、零百加速跑進(jìn)7秒輕輕松松，可謂省油又有勁，但是低負(fù)載省油和高負(fù)載有勁依然不是并存的。
據(jù)說(shuō)日產(chǎn)近期要投產(chǎn)KR15DDET三缸可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，可以再次拉低可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的入手門檻，就是三缸讓人滿糾結(jié)的。
5 馬自達(dá)Skyactiv-X SPCCI發(fā)動(dòng)機(jī)
Skyactiv-X SPCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的核心理念是通過(guò)壓燃實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒。雖然F1賽
車上已經(jīng)使用預(yù)燃燒室技術(shù)實(shí)現(xiàn)了稀薄燃燒，但是馬自達(dá)是首臺(tái)商業(yè)化、量產(chǎn)的汽油壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
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簡(jiǎn)單說(shuō)一下稀薄燃燒和壓燃：在現(xiàn)在的燃燒理論下，發(fā)動(dòng)機(jī)理論空燃比是14.7:1，實(shí)際控制在13～15之間?？諝舛啵蜕?，富氧環(huán)境下，汽油更容易燃燒的干凈——提高效率。但是，也更難以點(diǎn)燃，燃燒也不穩(wěn)定，難以控制。所以為了實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒，馬自達(dá)拿出了SPCCI技術(shù)—火花塞控制壓燃點(diǎn)火技術(shù)：在壓縮階段時(shí)，在火花塞附近噴一小團(tuán)霧化汽油，然后點(diǎn)燃，這一小團(tuán)霧化汽油燃燒后迅速提高缸內(nèi)壓力，和壓縮階段的活塞共同把缸內(nèi)壓力提高到可以壓燃超稀薄油氣混合器的程度，實(shí)現(xiàn)壓燃狀態(tài)下的稀薄燃燒，據(jù)說(shuō)最大空燃比達(dá)到36:1，傳統(tǒng)方法絕對(duì)無(wú)法點(diǎn)著。
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但是，這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)也無(wú)法在全工況實(shí)現(xiàn)壓燃點(diǎn)火，和雙循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)類似，在中低負(fù)荷是SPCCI壓燃點(diǎn)火，高負(fù)荷切換回低空燃比，火花塞點(diǎn)火。
為了實(shí)現(xiàn)高空燃比，發(fā)動(dòng)機(jī)需要大量進(jìn)氣，這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝了機(jī)械增壓器。為什么不使用渦輪增壓？一是渦輪增壓響應(yīng)慢，不好控制。二是在稀薄燃燒的情況下，排氣能量比較低，渦輪也無(wú)法獲得足夠的動(dòng)力。
這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)除了經(jīng)濟(jì)性好、動(dòng)力強(qiáng)之外，還有一個(gè)特點(diǎn)很吸引我，就是動(dòng)力響應(yīng)更快。因?yàn)樵趬喝脊r時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門一直處于全開(kāi)狀態(tài)，進(jìn)氣比自然吸氣還要順暢，據(jù)說(shuō)動(dòng)力響應(yīng)比這一代Skyactiv-G發(fā)動(dòng)機(jī)還要快。
汽車上的頂尖配置——新一代環(huán)保節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)介紹
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我說(shuō)日產(chǎn)可變壓縮比是工程黑科技，馬自達(dá)SPCCI就是理論黑科技了。
Skyactiv-X發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)內(nèi)也未上市，個(gè)人推測(cè)要隨CX-30國(guó)產(chǎn)同步上市了，估計(jì)得明年年中以后了。
6 通用第8代Ecotec發(fā)動(dòng)機(jī)家族
稱其為家族是因?yàn)槠浒?.0T、1.3T和2.0T三種排量。技術(shù)亮點(diǎn)依然是通
過(guò)大范圍可變氣門技術(shù)實(shí)現(xiàn)雙循環(huán)、350Bar高壓噴油、主動(dòng)熱管理技術(shù)和部分負(fù)荷停缸技術(shù)。
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這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)未使用雙噴射技術(shù)，但卻能在不使用GPF的情況下滿足國(guó)6排放標(biāo)準(zhǔn)，難能可貴，通用的發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)技術(shù)可見(jiàn)一斑。
7 總結(jié)
新一代發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)目標(biāo)主要是減排和節(jié)能，維持動(dòng)力性能。主要采取的手
段也都殊途同歸：雙循環(huán)、雙噴射、350Bar高壓直噴、主動(dòng)熱管理、機(jī)油泵電控化。
以14.7:1理論空燃比為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，目前來(lái)看，到豐田41%熱效率幾乎是到頭了。再繼續(xù)搞下去，就是稀薄燃燒。
德國(guó)車企在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上應(yīng)該已經(jīng)止步了，后面就是48V、插電混動(dòng)和純電了。發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上，個(gè)人認(rèn)為大眾是領(lǐng)先的，奔馳M264和寶馬B48成本高，但取得的效果很一般，在節(jié)能減排上沒(méi)有什么突破。EA211 evo應(yīng)該就是歐洲最先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)了。
日本車企一直就沒(méi)有減少對(duì)汽油內(nèi)燃機(jī)的研究，從成果來(lái)看，也確實(shí)獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，在燃燒理論層面取得領(lǐng)先。本田據(jù)說(shuō)2020年要量產(chǎn)基于預(yù)燃燒室的稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，豐田和馬自達(dá)合作，自然也不會(huì)落下。
通用和福特基于美國(guó)本土市場(chǎng)，應(yīng)該也不會(huì)放棄內(nèi)燃機(jī)的研發(fā)，資料不多，我認(rèn)為也應(yīng)該是稀薄燃燒的技術(shù)路線。
現(xiàn)代起亞的發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)資料太少，就沒(méi)有介紹。但現(xiàn)代起亞可以開(kāi)發(fā)出HEV車型，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)也是一流行列了，不容小覷。
前面十年，可以說(shuō)是渦輪增壓和自然吸氣的競(jìng)爭(zhēng)。后面十年，各廠商就真正地分道揚(yáng)鑣，各走各路了。到底哪條路線正確，我這個(gè)水平也沒(méi)法評(píng)判，只能說(shuō)我個(gè)人作為馬自達(dá)鐵粉，是計(jì)劃開(kāi)滿6年換Skyactiv-X發(fā)動(dòng)機(jī)。
個(gè)人愚見(jiàn)： 比配置起碼先比發(fā)動(dòng)機(jī)，然后變速箱、轉(zhuǎn)向、懸架和剎車技術(shù)。
刨除機(jī)械核心去對(duì)比配置，實(shí)屬買櫝還珠。
