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如何看待东风风神新出的41.07%热效率发动机?

2020年09月19日 20:48:02
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当下市场主流发动机热效率基本维持在35%上下,超过37%已经属于强劲,但日系的除外。

因为发动机热效率这块,向来是日系车企的杀手锏。

丰田新一代Dynamic Force Engine的开发重点就是减少能量的损失,提升发动机燃烧率,其2.5L自吸版本热效率达到40%,混动版本热效率41%;本田则希冀通过采用F1赛车中广泛采用的预燃室(副燃烧室)技术来实现超稀薄混合气燃烧,此举可以使其发动机的热效率达到47.2%;马自达更甚,最新研发的 SKYACTIV X汽油发动机还号称做到了50%的热效率。

这告诉我们,想要达到领先水平,弹药库必须装备有「40%级别热效率」。

日前东风风神正式发布了C15TDR发动机(以下对C15TDR发动机高效版均简称“C15TDR发动机”),这款发动机的高效版本最大热效率高达41.07%(中汽研华诚认证),虽然这个跟日系车企相比还不算出类拔萃,但除了日系之外,这个热效率也是可以吊打一众欧美系车企,在自主品牌阵营更是找不到对手。也难怪一些网友对此大呼惊喜,毫不吝啬各种溢美之词。

▲天津华诚认证中心,即中汽研华诚认证,是中国汽车技术研究中心(CATARC)的全资子公司,专注服务于汽车及其相关行业的第三方认证机构。他们的发动机热效率是"自愿性工业产品认证"项目,属于有偿收费、送检类型。右图即为C15TDR发动机

要想了解C15TDR发动机如何做到41.07%的超高热效率,我们其实可以从现阶段提高热效率的一些常规手段入手剖析,基本就可以大致明白东风风神在这款发动机上的相关技术路径是如何实现的。

我们知道,热效率本质就是燃烧释放热能转化为有效功的比例,而关于实现高热效率的秘诀在工程师这么多年的努力下已经被挖掘得明明白白。

主要就是得在以下几点上死磕:

高压缩比

压缩比表示了发动机中混合气体被压缩的程度,压缩比越高,气体的温度、压力就越高,这些都会提高可燃混合气中的燃油与空气混合均匀性,使得可燃气更加充分燃烧。

传统汽油机的压缩比一般在10:1左右,而像马自达2.0L Skyactiv-X汽油发动机因为使用柴油机压燃技术,压缩比可做到高达16.3:1。

C15TDR发动机因为还是传统汽油发动机技术,无法做到变态级别的压缩比,虽比丰田Dynamic Force Engine Hybrid版本的14:1不足,但也达到了12:1

直喷+高喷射压力

垂直向下的中置喷油嘴相比向气缸壁倾斜的侧置喷油嘴,喷出的燃油不易附着到气缸壁上,更容易与空气融合,因此对提高燃烧效率有利。

看到C15TDR这个代号,关注东风风神的朋友应该会觉得有些熟悉。没错,它是基于C10TD发动机开发的东风自主第三代高性能汽油机。相比于C10TD,C15TDR做了进一步技术升级,采用了“直喷+350Bar高喷射压力”技术。

▲ C10TD发动机的喷射压力是200bar

直喷的好处我们已经解释过了,350bar的喷射压力则是能使得燃油喷射雾化效果更好,就像喷淋头,压力越大,喷射的水珠直径越小、越发散。这样一来,燃油雾珠与空气结合的更均匀更彻底,燃烧时也就更加充分。

目前缸内直喷车型一般都是200bar的喷射压力,新推出的燃烧效率高的机型很青睐350bar喷射压力设定,比如长城4N20发动机、一汽奔腾4GB15TD发动机,C15TDR在这方面是跟上了潮流脚步。

长城EN01发动机热效率达到38.3%,一汽奔腾4GB15TD发动机热效率达到39.06%(一汽奔腾这个热效率也是中汽研华诚认证,这项服务也是他们在今年才开展,数据量并不够,除了东风风神,暂时只能查到一汽奔腾的这一款)

阿特金森循环

要高燃烧效率,阿特金森循环肯定是最佳选择了。这套原理的介绍可见下图,和主流办法一样,C15TDR发动机将会搭载在混动车型中,所以大家不必担心低扭问题。

合理的EGR

EGR指废气再循环系统,关于它的原理可见以下介绍,这里不做展开了。

不过这里面只说了它的主要作用,其实它也能通过对泵气损失的改善来影响油耗(一般合理布置下,影响水平在3%左右)。C15TDR发动机由于使用了外部冷却EGR技术,可以极大降低缸内燃烧温度以及泵气损失,进而解放高压缩比设定,实现降低油耗和抑制爆震。

▲另外,C15TDR发动机还使用了进排气双VVT气门正时系统,对油耗也是正向改善的技术。不过这种技术不算是弄潮儿,就不做展开介绍了

改善摩擦系数及增加燃烧混合度等

除了以上技术外,像改善材料强度、摩擦系数等办法也能一定程度降低油耗。为了降低摩擦,C15TDR发动机在活塞销和气门挺柱的部分,都使用了类金刚石涂层技术。

又或者通过充分混合燃烧气,也能实现燃烧效率的提高,C15TDR发动机所采用的高滚流比进气道和活塞顶部凹坑设计,目的就是在此。

▲至于热管理系统软件层面的标定效果,由于需要看实际使用,暂且不表

综上所述,相信大家也可以得出结论,东风风神这款C15TDR发动机做得好的一面在于把提高燃烧效率的办法都想了一遍,并尽可能武装在一款发动机上。它身上没有马自达SKYACTIV X汽油发动机那种惊天壮举,成绩的取得就是研发团队一点一点打磨的结果。

但也正因为C15TDR发动机把这么多技术综合在一起,需要多种技术综合升级,其实对量产的难度要求还是很大的,实际跑车如何还有待考察。

也许是看到了大家的担心,东风风神给出了足够让人信服的测试数据。

如这款车发动机历经120余项单体验证,累计台架试验台时超过43000小时,实车验证里程超过700万公里,相当于绕赤道175圈。

从上面这些测试数据来看,东风风神方面对C15TDR发动机的实际表现应该是很有信心,只是我们在肯定东风风神相关技术上的突破和所取得的成绩的同时,也必须要明白峰值热效率不代表真实体验

因为发动机的动力输出曲线并不是呈线性的,而是呈初段上升终段和末段下降的趋势,我们常说的“热效率”指最高热效率。这样一来,到底在全路况使用下如何,可能还不好确定它就是最优的。

除此外,热效率和动力本来就是相互牵制的关系。像下图所示的丰田新一代Dynamic Force Engine高效发动机参数对比图,从“trade-off line”可以看到最高热效率点处的性能其实不强。

当然热效率越高的发动机,它的技术含量就会越高,因为提高热效率是对发动机的整体性能提升。而单纯从发动机的角度,肯定也是热效率高的车型更省油。

车辙君的建议是,如果你很在意并追求强动力的体验,到时东风风神到时推出相关车型后,可以横向去选择C15TDR的动力版本可能会更好。

写在最后

据称,首款搭载C15TDR发动机的车型会是东风风神AX7(应该是动力版)。此次发布的C15TDR发动机的高效版和动力版,将在未来逐渐搭载到东风风神旗下所有车型上,其中高效版发动机将以混合动力形式装车。

我们今天主要聊的是C15TDR发动机的燃烧效率,其实这款发动机还有很多地方有待挖掘,比如NVH方面怠速噪声等关键指标也是达到了目前自主品牌阵营的最优水平,排放直接达成国6b-RDE,具备国7潜力。

可以肯定,这是一款十分值得期待的发动机,未来如何,让我们拭目以待吧。

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