被取代之前,发动机还将如何进化?
不论被炒得多么热火朝天,无论是哪种新能源,在占领王座的路上还需要排除千难万阻,即便万事俱备,就是走也得走一阵。在这段时间里,发动机唯一需要关注的,不是“敌人”走到了哪里,而是要如何去满足在法规中表明的日益严格的节能与环保要求,这样才能继续存活下去。
汽油机:以一看全
多翻几条相关新闻,基本上可以为打算继续奋斗的发动机们总结出一个普适的攻略:减小排量,2.0升发动机开始挑起大梁成为中坚力量,2.0升以下的小排量涡轮增压也在蓄势,预计三四年后将逐渐成为主力;不忘性能,动力性能不能随着排量降低而削弱,燃烧效率还得在细节上一点点往下抠,轻量化设计或者改善冷却润滑,都是常走的路子。
让发动机能够实现这些功能的手段很多,但是究其根本,要想降低油耗、提升性能,使用的手段都逃离不开两个基本点:
1.增加燃烧过程中产生的能量:让进入到气缸中的燃油尽可能燃烧充分,产生更多的能量,燃油也得到了更充分利用,基本是围绕发动机的进气、燃油供给来下手。
2.减少传动过程中损耗的能量:燃油在燃烧之后产生的能量其实很大一部分都被消耗在发动机(以及传动系统,本文暂不讨论)动部件的摩擦之中,如果能够减小这些损耗,用于驱动车辆的能量就会更多。这方面则主要涉及到发动机的轻量化(尤其是动部件)以及发动机的冷却与润滑。
以一款车云菌曾现场观看过非暴力拆解的发动机——通用LTG 2.0T为例,这台发动机上使用的一些优化技术都可以按照这个方式进行归类。
ATS-L发动机拆解后的核心零部件
首先说增加燃烧中产生的能量,一般车企和供应商采用方法有两个:增加进气量,以及让燃油与空气混合更加充分,改善燃烧效果。
前者里面,最常用的则是涡轮增压器的使用。这台LTG上就使用了一台小型双涡管涡轮增压器,这一类型的增压器在现在的发动机上使用愈加普遍,是为了解决涡轮增压器存在的涡轮迟滞问题,改善低速下的动力输出。涡轮增压器的另外一个问题是高转速带来的高热量,凯迪拉克的办法是给它配备了一套空冷式中冷系统,加强运转时的冷却能力。据研发部门人员表示,这套中冷系统足够让涡轮增压器的温度保持在要求范围之内。
VVT(可变气门正时)也是增加进气量的常用办法之一,LTG 2.0T上采用双VVT结构,可调整角度相比之前的版本提升到了65°,可调整的角度范围越大,则系统的适应能力更强,更加灵活。
对于后者,LTG 2.0T也从两个角度双管齐下,一是加长了进气道对燃烧室的形状进行了优化,二是采用了博世出产的高压喷射系统,最大喷射压力20MPa。
然后是在减少能量损耗上。常规的轻量化手段比如铝合金缸体,比如中空的活塞与活塞销等,在这台发动机上均有使用,最具特色的发动机所使用的凸轮轴并非是传统样式的一根整轴,而是将所有凸轮依次嵌入到一根中空的轴上来减轻重量。在凸轮与轴之间通过花键配合的方式来进行定位与凸轮的固定。经过轻量化之后,整机重量在142公斤。
另一方面,发动机采用了偏心式可变排量机油泵。这个可变排量表现在两个方面,一个是偏心式结构本身在运转室,其内部就会因为发动机工况的变化而改变,从而导致供油量随之改变;另外这个机油泵上单独设有一个电子控制器,可以提供油压反馈,如果发现油压并不适合当前的运转工况,则会改变机油泵上控制油量的弹簧的压缩量,从而改变供油量。从控制角度来说,可以更加精准。
还有一些细节,比如发动机上设有活塞冷却喷嘴,会在高速工况下将机油喷射到活塞底部对其进行冷却;排气门中空充钠来促进冷却,降低运转时因为排气带来的高温等。
说起来,上面提到的这些已经具体应用了的技术,并没有哪一项是让人十分陌生的,其中出镜比较少的中空凸轮轴也并非是独此一家,长安去年上市的2014款CX20上所采用的EA14发动机同样有使用这项技术,还有奥迪的第三代TDI。另外,据研发人员透露,ATS-L这款发动机下一代上将使用缸盖集成式排气歧管的结构,并正在研发稀薄燃烧相关技术。
这并不是全部,同样是增压,使用相对较少的还有机械增压,以及大排量的变相妥协:可变排量技术等等。另外,更为细节一点的,喷油器侧置或者中置,正时皮带、正时链条、干式或者湿式,对哪个位置轻量化,选材料还是选工艺都值得好好研究一番。
共同的手段之外,秉承不同理念的企业也会选择一些不同的路子。比如同样选择了小型双涡管涡轮增压器的PSA,就并没有专设中冷器,而是增加了一个电子水泵,电动控制其运转单独给涡轮进行冷却,奥迪就看中了可变尺寸涡轮;马自达就一直与自然吸气死磕,挑战汽油机的最大压缩比,以此作为提升功率和降低油耗的路径,相应的发动机上所使用材料、工艺水平、为保证可靠性与寿命的辅助设计等,都必须同步更上;丰田就是执著于阿特金森循环,并在不同的运用上想尽办法来扬长避短,并且这种执著也感染了其他企业,通用正在考虑将其应用到下一代发动机上。
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