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小体量如何实现大能量?这款“单缸最优”发动机有答案

2020年12月21日 19:51:01
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发动机技术在经历了几十年的气缸数量与排量的比拼之后,终于开始向着更精尖的方向发展,即体量更小、能量更大。所以在近二十年的时间里,我们听到见到的各项汽车技术,例如可变气门正时和升程、增压进气燃油直喷、停缸技术、启停系统以及配备更多挡位的变速器等,大多数都是与发动机的节能减排紧密相连。

但即便如此,各大车企在排放法规方面依旧面临着极大的压力。同时,消费者也都显现出了明显的消费升级变化,对动力系统的高性能、快速动力响应等表现变得更加敏感,NVH(噪声、振动、声振粗糙度)同样也已成为了评价产品的重要指标。

如何继续让动力的整体性能进一步提升?

从目前的技术路线图来看,全球发动机工程师们不约而同地将目光聚焦在了发动机高效化、小型化、智能化上。而曾夺得过“中国心十佳”榜首的通用汽车第八代Ecotec 1.3T发动机,就是其中的代表之作。

通用汽车第八代Ecotec 1.3T发动机是如何做到性能更强,更高效且NVH更好的?

据了解,通用汽车第八代Ecotec发动机遵循了“单缸最优”设计理念。何谓单缸最优?对汽车熟悉的都知道,发动机提供动力主要依靠活塞做功,将化学能转化为机械能。而研究表明,代表发动机技术进步的标志,不是缸数,而是单缸效率。

单缸排量在一定范围内的上升有利于燃油经济性的改善。从这张图上可以看到,我们以0.4升为基础,小于0.4升以后,热效率开始有所降低,小于0.33L降低非常明显。大于0.4升之后是改善了,0.5升以后改善得不明显。

因此,一般来说,每个气缸容积在330mL到500mL为热力学最优模型,气缸过小面容比大,热量损失和机械损失较大,热效率较低;气缸过大火花塞点火火焰锋面传播路径过长,对燃烧的控制能力下降容易产生爆震或排气温度过高,热效率下降。

而通用汽车第八代Ecotec发动机遵循的“单缸最优”设计理念,就是为了让每一个气缸发挥出最佳的状态,并且通过数量组合,针对目前中国市场家用车主流性能需求,选择了0.33L和0.45L的单缸排量作为旗下第八代Ecotec 1.3T 发动机的基础,通过35MPa高压直喷燃油系统、ATM主动热管理系统等一系列黑技术的助力优化,兼顾动力性和燃油经济性的平衡,使发动机最佳有效热效率达到了38%。

事实也证明了这一理论的正确,在量产的众多小排量发动机中,通用汽车第八代Eecotec 1.3T发动机在5000rpm可爆发出165马力(121kW额定功率),并可在1500-4000转维持240N·m的最大扭矩,实现昂科拉GX 20T零百加速接近9秒的成绩,并且综合工况百公里油耗仅为5.9L。动力性能和燃油消耗率指标均实现了同级领先。

还应该注意的是,影响到驾乘体验的不仅仅是发动机的性能参数,发动机的结构设计、零件选择很大程度上影响着整车的静谧性。而这款1.3T 直喷涡轮增压发动机,还应用了最新的12项静音科技,如无声平衡轴系统、油轨及声学罩、静音链、降噪减振带轮、高性能吸音前盖等,从内而外全面提升整车NVH降噪减振表现。

实际体验如何?

此前曾多次参加过别克昂科拉家族和威朗GS的媒体试驾会,深度体验过1.3T涡轮增压发动机搭配CVT或9AT变速箱的组合。

首先是实际驾乘感受,以昂科拉GX来说,绝对动力、响应速度和平顺性都没有问题。1500转便能维持240·m的最大低扭,起步轻快,且能做到法定限速内源源不断的供给动力,更不用说整车质量更轻的小型SUV昂科拉和紧凑型轿车威朗GS。

此外,区别于市面上普遍小排量涡轮机+双离合的组合,昂科拉GX采用了1.3T+CVT。这台CVT变速器是目前国内首款采用钢链结构横置前驱式此结构CVT,可以承受250N·m的扭矩,由于转动节采用了双转动压块,在链条弯曲过程中,动力损失和磨损都比普通带式CVT低。再加上CVT先天的优势,总体体验很平顺,比如在低速起步油门松松踩踩的工况,CVT的转速切换相当线性,并不像双离合那样让人时常思考人生。

其次是了解过这套发动机的技术后,低油耗基本是意料之中的事情。城市+环线综合基本维持在6.5L左右,是同级别相当出色的水平。

在实际体验中,你会发现得益于ATM热管理的智能控制,冷车启动后昂科拉GX水温上升很快,相比之下,其他同价位车辆水温上升到一定程度,会出现水温下降的情况。而笔者观察昂科拉GX几次,水温上升了就不会回落,估计是得益于这套智能控制系统,通过电子水泵和阀门的开闭进行协调,让水温上升的更快,可以降低冷启动到半暖机阶段油耗。

再就不得不说发动机本身的原因了,普通发动机,如果要发挥最佳热效率区间的话,往往在中等负荷,功率区间偏大的,导致日常中低负荷行驶油耗偏高。而通用采用单缸的最优原则,高效区间转速扭矩变低,所以在更低的巡航工况就能利用高效区间,城市工况代步效率更高,从而获得良好的油耗表现。

而后也不能忽视NVH表现。传统15万以内车型用四缸机由于成本限制不会使用平衡轴等,而这台1.3T通过这些措施确实很大程度上提升了整车静谧性,特别是自动启停功能有惊喜。要知道,很多品牌的启停功能体验一言难尽,而昂科拉家族,包括威朗GS的自动启停系统异乎寻常得好用,松开踏板后转速上升快,振动小。笔者分析这是得益于35MPa直喷系统的雾化主要靠高燃油压力,因此在不同温度和不同油品下,雾化一致性好,所以控制的精度更高,也让这台车的NVH表现更加完善。

可靠性有惊喜

不仅是技术领先,这款1.3T发动机还通过了业内最严酷的测试和考验,符合通用汽车全球技术标准,比如包括9种发动机系统耐久性测试和超过465万公里的累计测试里程,符合通用汽车全球技术标准。而后提出目前上汽通用只要是小排量车型,都值得一提的是,这套享有动力总成主要零部件享有8年或16万公里的原厂质保服务,也从另一个角度证明了通用对这套动力的自信。

可以说,基于单缸最优理论,又有诸多“黑科技”加持,别克昂科拉家族和威朗搭载的这款第八代Ecotec 1.3T发动机既能满足用户对驾驶层面动力、平顺性的需求,又承担起节能减排的社会责任,给消费者提供更高效,经济性更出色的用车生活。是当前小排量驱动浪潮下,当之无愧的技术先锋。

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