不論被炒得多么熱火朝天，無論是哪種新能源，在占領(lǐng)王座的路上還需要排除千難萬阻，即便萬事俱備，就是走也得走一陣。在這段時(shí)間里，發(fā)動(dòng)機(jī)唯一需要關(guān)注的，不是“敵人”走到了哪里，而是要如何去滿足在法規(guī)中表明的日益嚴(yán)格的節(jié)能與環(huán)保要求，這樣才能繼續(xù)存活下去。
汽油機(jī)：以一看全
多翻幾條相關(guān)新聞，基本上可以為打算繼續(xù)奮斗的發(fā)動(dòng)機(jī)們總結(jié)出一個(gè)普適的攻略：減小排量，2.0升發(fā)動(dòng)機(jī)開始挑起大梁成為中堅(jiān)力量，2.0升以下的小排量渦輪增壓也在蓄勢，預(yù)計(jì)三四年后將逐漸成為主力;不忘性能，動(dòng)力性能不能隨著排量降低而削弱，燃燒效率還得在細(xì)節(jié)上一點(diǎn)點(diǎn)往下?lián)?，輕量化設(shè)計(jì)或者改善冷卻潤滑，都是常走的路子。
讓發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)這些功能的手段很多，但是究其根本，要想降低油耗、提升性能，使用的手段都逃離不開兩個(gè)基本點(diǎn)：
1.增加燃燒過程中產(chǎn)生的能量：
讓進(jìn)入到氣缸中的燃油盡可能燃燒充分，產(chǎn)生更多的能量，燃油也得到了更充分利用，基本是圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣、燃油供給來下手。
2.減少傳動(dòng)過程中損耗的能量：
燃油在燃燒之后產(chǎn)生的能量其實(shí)很大一部分都被消耗在發(fā)動(dòng)機(jī)(以及傳動(dòng)系統(tǒng)，本文暫不討論)動(dòng)部件的摩擦之中，如果能夠減小這些損耗，用于驅(qū)動(dòng)車輛的能量就會(huì)更多。這方面則主要涉及到發(fā)動(dòng)機(jī)的輕量化(尤其是動(dòng)部件)以及發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻與潤滑。
以一款車云菌曾現(xiàn)場觀看過非暴力拆解的發(fā)動(dòng)機(jī)——通用LTG 2.0T為例，這臺發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的一些優(yōu)化技術(shù)都可以按照這個(gè)方式進(jìn)行歸類。
ATS-L發(fā)動(dòng)機(jī)拆解后的核心零部件
首先說增加燃燒中產(chǎn)生的能量，一般車企和供應(yīng)商采用方法有兩個(gè)：增加進(jìn)氣量，以及讓燃油與空氣混合更加充分，改善燃燒效果。
前者里面，最常用的則是渦輪增壓器的使用。這臺LTG上就使用了一臺小型雙渦管渦輪增壓器，這一類型的增壓器在現(xiàn)在的發(fā)動(dòng)機(jī)上使用愈加普遍，是為了解決渦輪增壓器存在的渦輪遲滯問題，改善低速下的動(dòng)力輸出。渦輪增壓器的另外一個(gè)問題是高轉(zhuǎn)速帶來的高熱量，凱迪拉克的辦法是給它配備了一套空冷式中冷系統(tǒng)，加強(qiáng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的冷卻能力。據(jù)研發(fā)部門人員表示，這套中冷系統(tǒng)足夠讓渦輪增壓器的溫度保持在要求范圍之內(nèi)。
VVT(可變氣門正時(shí))也是增加進(jìn)氣量的常用辦法之一，LTG 2.0T上采用雙VVT結(jié)構(gòu)，可調(diào)整角度相比之前的版本提升到了65°，可調(diào)整的角度范圍越大，則系統(tǒng)的適應(yīng)能力更強(qiáng)，更加靈活。
對于后者，LTG 2.0T也從兩個(gè)角度雙管齊下，一是加長了進(jìn)氣道對燃燒室的形狀進(jìn)行了優(yōu)化，二是采用了博世出產(chǎn)的高壓噴射系統(tǒng)，最大噴射壓力20MPa。
然后是在減少能量損耗上。常規(guī)的輕量化手段比如鋁合金缸體，比如中空的活塞與活塞銷等，在這臺發(fā)動(dòng)機(jī)上均有使用，最具特色的發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的凸輪軸并非是傳統(tǒng)樣式的一根整軸，而是將所有凸輪依次嵌入到一根中空的軸上來減輕重量。在凸輪與軸之間通過花鍵配合的方式來進(jìn)行定位與凸輪的固定。經(jīng)過輕量化之后，整機(jī)重量在142公斤。
另一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)采用了偏心式可變排量機(jī)油泵。這個(gè)可變排量表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是偏心式結(jié)構(gòu)本身在運(yùn)轉(zhuǎn)室，其內(nèi)部就會(huì)因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化而改變，從而導(dǎo)致供油量隨之改變;另外這個(gè)機(jī)油泵上單獨(dú)設(shè)有一個(gè)電子控制器，可以提供油壓反饋，如果發(fā)現(xiàn)油壓并不適合當(dāng)前的運(yùn)轉(zhuǎn)工況，則會(huì)改變機(jī)油泵上控制油量的彈簧的壓縮量，從而改變供油量。從控制角度來說，可以更加精準(zhǔn)。
還有一些細(xì)節(jié)，比如發(fā)動(dòng)機(jī)上設(shè)有活塞冷卻噴嘴，會(huì)在高速工況下將機(jī)油噴射到活塞底部對其進(jìn)行冷卻;排氣門中空充鈉來促進(jìn)冷卻，降低運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)因?yàn)榕艢鈳淼母邷氐取?/p>
說起來，上面提到的這些已經(jīng)具體應(yīng)用了的技術(shù)，并沒有哪一項(xiàng)是讓人十分陌生的，其中出鏡比較少的中空凸輪軸也并非是獨(dú)此一家，長安去年上市的2014款CX20上所采用的EA14發(fā)動(dòng)機(jī)同樣有使用這項(xiàng)技術(shù)，還有奧迪的第三代TDI。另外，據(jù)研發(fā)人員透露，ATS-L這款發(fā)動(dòng)機(jī)下一代上將使用缸蓋集成式排氣歧管的結(jié)構(gòu)，并正在研發(fā)稀薄燃燒相關(guān)技術(shù)。
這并不是全部，同樣是增壓，使用相對較少的還有機(jī)械增壓，以及大排量的變相妥協(xié)：可變排量技術(shù)等等。另外，更為細(xì)節(jié)一點(diǎn)的，噴油器側(cè)置或者中置，正時(shí)皮帶、正時(shí)鏈條、干式或者濕式，對哪個(gè)位置輕量化，選材料還是選工藝都值得好好研究一番。
共同的手段之外，秉承不同理念的企業(yè)也會(huì)選擇一些不同的路子。比如同樣選擇了小型雙渦管渦輪增壓器的PSA，就并沒有專設(shè)中冷器，而是增加了一個(gè)電子水泵，電動(dòng)控制其運(yùn)轉(zhuǎn)單獨(dú)給渦輪進(jìn)行冷卻，奧迪就看中了可變尺寸渦輪;馬自達(dá)就一直與自然吸氣死磕，挑戰(zhàn)汽油機(jī)的最大壓縮比，以此作為提升功率和降低油耗的路徑，相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)上所使用材料、工藝水平、為保證可靠性與壽命的輔助設(shè)計(jì)等，都必須同步更上;豐田就是執(zhí)著于阿特金森循環(huán)，并在不同的運(yùn)用上想盡辦法來揚(yáng)長避短，并且這種執(zhí)著也感染了其他企業(yè)，通用正在考慮將其應(yīng)用到下一代發(fā)動(dòng)機(jī)上。
柴油機(jī)：漸成氣候
大多數(shù)時(shí)候，在討論發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的時(shí)候基本上默認(rèn)都是汽油機(jī)，柴油機(jī)則因?yàn)榇蠹叶级脑虮桓鞣N邊緣化。不過，因?yàn)椴裼蜋C(jī)天然的低能耗優(yōu)勢，在清潔柴油技術(shù)的加成下，一直是歐洲市場的主力軍，最近在美國、日本及韓國市場，都開始發(fā)展起來。
國內(nèi)目前乘用車領(lǐng)域柴油機(jī)的市場份額僅僅只有不到1%，不過因?yàn)榈谒碾A段油耗標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定(2020年新車平均油耗達(dá)到5升)與國五標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，油品的問題有得到解決的可能，柴油機(jī)在乘用車領(lǐng)域，尤其是SUV與MPV上的應(yīng)用比例，將會(huì)逐步增大。
同樣作為發(fā)動(dòng)機(jī)，柴油機(jī)與汽油機(jī)的本質(zhì)區(qū)別就在于燃燒過程從點(diǎn)火式變成了壓燃(壓縮燃燒，因?yàn)椴裼偷娜键c(diǎn)低，可以依然壓縮實(shí)現(xiàn)燃燒)，因而，雖然汽油機(jī)提升性能的兩個(gè)基本點(diǎn)同樣適用于柴油機(jī)，但是在手段上卻差距很大。
最為明顯的區(qū)別是在排放情況上，清潔柴油技術(shù)是三管齊下：油品、改善燃燒過程以及尾氣處理上。只看發(fā)動(dòng)機(jī)的話，改善燃燒過程的措施基本上都是圍繞著高壓共軌油路著手。一方面，電控的高壓共軌油路可以通過更精準(zhǔn)的控制在合適的時(shí)間提供合適的油量，更主要是更高的壓力讓燃油的霧化效果更好。以歐洲市場柴油技術(shù)的主力供應(yīng)商博世的產(chǎn)品為例，高壓共軌系統(tǒng)的最大壓力已經(jīng)達(dá)到了200MPa。
博世柴油高壓共軌系統(tǒng)CRS2-20
另外一項(xiàng)使用較多的則是多次噴射的技術(shù)，柴油機(jī)中燃油與空氣在氣缸中混合，又是采用壓燃的方式，混合氣的混合質(zhì)量對于燃燒情況有很明顯影響，多次噴射更有利于油氣混合。直噴技術(shù)在汽油機(jī)上的應(yīng)用讓多次噴射也同樣得到了移植。
而在燃燒過程之外的技術(shù)，在柴油機(jī)與汽油機(jī)上就是通用的，輕量化與小排量亦是柴油機(jī)的趨勢。需要注意的是，因?yàn)槿紵绞降牟煌裼蜋C(jī)的壓縮比大于汽油機(jī)，單個(gè)氣缸的直徑也比汽油機(jī)大，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)部件受到的熱負(fù)荷更高，因而在某些具體技術(shù)的使用上側(cè)重點(diǎn)會(huì)有所不同。
車云小結(jié)：
車云菌曾經(jīng)問過一些發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)人員，在技術(shù)如此同質(zhì)化的當(dāng)下，是什么決定了發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不同?得到的回答大同小異：很多技術(shù)其實(shí)都是來自于零部件供應(yīng)商，而并非車企自己研發(fā)，基本上來說，能夠得到一款什么樣的發(fā)動(dòng)機(jī)，很大程度上取決于愿意花費(fèi)多少成本。
它的基礎(chǔ)是一款底子好的發(fā)動(dòng)機(jī)。底子好，錦上添花；底子不好，只能用來彌補(bǔ)短板。
聽到這樣的答案，或許你也會(huì)與車云菌一樣暗自在心里感嘆一番。不過，車云菌更想說的是，其實(shí)上文中提到的這些技術(shù)都可以算是進(jìn)階類技術(shù)，就好比渦輪增壓的好處顯而易見，自然吸氣依然不缺少它的堅(jiān)守者，而你很難說出這兩者的優(yōu)劣，就是因?yàn)檫@并非唯一的影響因素。
那么，究竟發(fā)動(dòng)機(jī)上這些新的技術(shù)寵兒們的能力表現(xiàn)在哪些方面?如何讓一款發(fā)動(dòng)機(jī)從底子上就顯出優(yōu)劣?在電子技術(shù)加成愈多的當(dāng)下，電控技術(shù)的突破口在哪里?柴油機(jī)與汽油機(jī)的路線有何不同?敬請關(guān)注車云菌后續(xù)系列報(bào)道。
