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详解最新Ecotec发动机,技术愈发复杂,但动力为什么没有随之变好

作者:车威

9月25日, 通用汽车两位动力系统外方技术高管为中国媒体分享了全新一代驱动系统的前沿技术。发动机方面,这里所说的“最新一代”包括目前已经在别克英朗GL6等车使用的1.0T、1.3T三缸发动机,以及雪佛兰迈锐宝、凯迪拉克CT6等车使用的2.0T四缸发动机。变速箱则包括XT4的9AT、CT6的10AT以及为最新的CVT变速箱。到2020年,在华销售雪佛兰别克和凯迪拉克三大品牌至少将有70%的产品搭载这套动力系统。

之前的文章中,我们已经对三款变速箱做过比较详细的解读,因此我们今天将重点集中于发动机方面。在与车主、车迷朋友们的交流中,大家经常提到这样一个问题——为什么发动机技术越来越先进、复杂,但车的实际动力性、响应性却没有同样幅度的提升?我臆测看过今天的文章,您会大致明白其中的原因。

通用汽车官方将这三款最新机型称为第8代Ecotec发动机。尽管在仔细查阅了通用汽车发动机谱系之后,我仍然搞不清前7代分别指的是谁,“8代”之说有刻意拉长历史渊源的嫌疑。但不可否认的是,这三款发动机在技术先进性方面走在了行业前沿。它们是业内首批从设计源头起就匹配全球最严苛排放标准正向研发的机型。这使它们可以轻松满足当前的“国六B”和北美ULEV 50要求,并且可在未来进一步升级之后满足更为严苛的二阶段“国六B”标准。

想要达到更高的排放标准,根源上是要做到更“精确”的控制。一方面,更精确控制喷油机构和配气系统,实现更高的燃烧效率。另一方面,更精确的控制机油泵、水泵等机构,通过更高效的热管理减少能量损耗

而所有这些技术手段中的重中之重,是喷油压力达到350巴的缸内直喷系统。这也几乎是各国汽车生产商达到新一代排放标准的必由之路。从宝马大众,到自主品牌中的广汽传祺、东风启辰,都已经推出了使用350巴直喷系统的发动机。当前一代直喷发动机普遍采用200巴~250巴压力的喷油系统,将压力提升到350巴可以提高油雾的雾化效果,使燃油颗粒的直径达到8微米级别。直观地说,仅相当于人体血白细胞的大小。得益于此,缸内燃烧可以更充分,排放物中的微小颗粒数量和质量也会明显降低。不难想象,随着喷油压力的提升,油路系统所产生的噪音也会有所增加。通用汽车的应对办法是增加油轨壁厚度,升级高压油管材料牌号,从而使静音水平维持在200巴喷油系统大致相同的水平。

配气机构的控制方面,大范围可变的气门正时系统是新一代机型的“规定动作”。通过调节凸轮轴相对曲轴的相位,可使发动机在不同工况下均处于较为高效的工作区间。通用的这套系统采用中置式布局,是目前市场上较为先进的结构,具有更快的调节速度。进气侧采用TA技术,排气侧采用CTA技术,利用凸轮轴轴承摩擦产生的负扭矩来驱动可变气门正时系统,降低了对机油压力的需求,同时也可以加快可变气门正时系统的响应速度。

定位更高的2.0T四缸发动机中,还应用了最新的Tripower可变气门管理技术,也就是所谓的可关闭汽缸技术。简单地说,你可以将他理解为可变气门升程技术的一种扩展。从拆解模型可以看到,在进气凸轮轴的第2、第3汽缸位置,有三组推动气门的桃片,而在排气凸轮轴的相同位置有两组。通过凸轮轴桃片位置执行器,进气气门升程有全开、50%开,关闭三档可调,排气侧也有打开和关闭两档。由此就实现了第2、第3汽缸的关闭效果,在2缸运行时,发动机的消耗可以减少15%。同时,在4缸工作状态也可以分为进气气门升程全开的高性能模式和半开的经济模式,后者可以达到5%的燃油经济性提升。

在产品序列的另一端,1.0T三缸机型也有一项独有技术——高压水冷废气再循环系统。它从增压器前端,通过电磁阀精确按需导出燃烧废气,冷却后再次输入燃烧室。由于废气中不再含有可供燃烧的氧气,所以也就不再耗油,但这些废气仍然可以在燃烧过程中的起到降低泵气损失和燃烧温度的作用,可以减少维持燃烧所需的喷油量,从而显著燃提高油经济性。类似的系统在一些日系自然吸气发动机中也有应用,不过搭载在涡轮增压发动机上,这还是国内首例。

热管理方面,通用汽车这套最新动力系统有许多与其他最新一代小排量增压发动机相似的设计,比如一体式的缸盖与排气歧管、可变流量机油泵等等。而“第8代”Ecotec发动机的独到之处是首创了一套电子水泵和电控球阀模块组成的主动热管理系统,通过ECU直接控制水泵转速及智能热管理模块的球阀角度,结合发动机分流式水套设计,可以使发动机更智能、精确的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,停机冷却的效果。

另外值得一提的是,内部转速可达43000转/分的主动式电控碳罐也是全球范围内的首创。这一机构将传统碳罐被动吸附的工作方式变为主动脱附,使蒸发排放减少多达67%,满足全球最严厉的加州蒸发排放法规要求。

如果您有耐心读到此处,那么文章开始时留下的那个问题恐怕已经有了答案。在日益严苛的排放法规压力下,发动机工程师们的一切努力几乎都是围绕减排进行的。与此同时,平衡减排措施带来的可靠性和NVH等损失也需要耗费大量成本。这也就是为什么在换装全新一代动力系统之后,凯迪拉克CT6动力参数反而下降了。采访环节,通用汽车全球驱动系统部中国副总裁麦凯文坦言,在二阶段“国六B”实施之后,这种动力损失将会越发明显。届时,48伏和90伏混动系统的加入将成为改善车辆动力体验的最直接方式。

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