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不論如何,內燃機都是一項極其偉大的發明

汽車工程師 ? 來源:lq ? 2019-01-28 15:50 ? 次閱讀
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不論如何,內燃機都是一項極其偉大的發明,它目前依然是將化石燃料轉變為動力需求效率最高的機器,即便電動機有著更為廣闊的使用場景,但這并不代表內燃機會消亡,它依然還有很強的生命力,不再改進內燃機技術是非常短視的形為。

近年來,關于禁售燃油車的討論甚囂塵上,雖然目前大多數禁售燃油車的時間表處在討論階段,但是我們已經看到了,電動化已經成為汽車發展不可阻擋的趨勢。在這樣的形勢下,我們不免產生疑惑:我們熟悉的內燃機技術是否已經走到了生命的盡頭?未來內燃機會不會完全消失?從2018年量產車所采用的一些內燃機技術看來,“傳統內燃機技術依然大有可為。”

毋庸置疑,交通運輸工具的電動化程度未來會有顯著地提升,但在未來幾十年大部分還是會以混合動力的形式,即一塊小電池,加上聯合內燃機一起工作的電機,再結合其它一些如制動能量回收之類的技術,來減少汽車的燃油消耗。同時,新型燃燒技術與更先進的后處理系統及控制系統相結合,將進一步提高內燃機的效率,并降低內燃機的排放。如果電動汽車所需的電能來自化石燃料,使用純電動汽車所造成的溫室氣體效應也可能會更糟糕。

日產2.0L VC-Turbo發動機

面對國內日漸嚴苛的排放法規,豐田THS、本田i-MMD“混的”風生水起,即便個性如馬自達也亮出了創馳藍天,而作為日系三杰之一、且以“技術”為名的日產卻毫無建樹。于是,在汽車由純發動機驅動向混合動力驅動或新能源切換之際,日產亮出了自己的殺手锏VC-Turbo。日產明白,這個發動機如果再不拿出來,就直接過時了。

VC-Turbo,是可變壓縮比渦輪增壓發動機,顧名思義,核心技術就是可變壓縮比。實際上,此前薩博、保時捷、與豐田等廠商相繼研發過可變壓縮比技術,但由于技術的低可靠性、高成本而無法量產等因素,又或是沒有取得技術上的實質性突破,最終都沒有獲得真正意義上的成功。日產在歷經20多年的鉆研后,終于成功推出了首款真正意義上量產的可變壓縮比渦輪增壓發動機——2.0L VC-Turbo發動機。

這款發動機的精髓是通過多連桿機構,不斷提高或降低活塞上止點,實現壓縮比的變化。日產表示VC-Turbo發動機可在8:1至14:1任意切換壓縮比,并且在不同的壓縮比情況下,保證動力性能和燃油經濟性達到最優。與相同功率的V6發動機相比,這套2.0L VC-Turbo發動機的燃油經濟性可以提升27%,同時扭矩爆發更快。目前這款發動機已經被應用到QX50和第七代天籟上。

阿斯頓·馬丁V12自吸

在電動車未觸及“豪華IP”的領界之前,大排量發動機依然是這一細分市場的唯一擁篤。在2018年的末尾,阿斯頓·馬丁與考斯沃斯合作,為“戰神”Valkyrie研發了一款6.5L V12自然吸氣發動機。除了是V12,這款發動機的最大亮點在于為民用車發動機的最大轉速和動力輸出設定了新標準。

據悉,這款發動機最大功率在難以置信的10,500轉/分時高達1013馬力,最終紅線區高達11,100轉/分,刷新了歐洲排放標準下民用車自然吸氣發動機的全新標桿。在發動機轉速為7,000rpm時峰值扭矩為740N·m,當然,最終車輛的性能數據將會因混合系統電機的加入而得到進一步提升。這臺卓爾不凡的發動機,打破了我們對技術認知的邊界,今后它可能在很長一段時間內無法被超越。

另外,得益于考斯沃斯在F1賽車領域豐富的輕量化技術開發經驗,這款發動機除了主要鑄件以外,氣缸體、氣缸蓋、油底殼和集成式氣門室罩蓋等發動機內部的零件大都采用一體成型工藝制作而成。通過使用具有理想特性的材料,以及超精細加工工藝優化各個零件的最小重量和最高強度,發動機的重量僅為206kg。

本田橫置10檔變速箱

發動機排量趨勢是越來越小,而與發動機配套的變速箱檔位是越來越多。在2018年8檔以上變速箱普及風暴下,最為閃亮的莫過于本田橫置10AT變速箱,相較豐田、福特與通用等品牌的縱置10AT,本田這款“緊湊”變速箱在技術開發上無疑更難,且市場也有更多可能性。在平行軸變速箱之后本田就陷入了變速箱創新的瓶頸,如今隨著這款橫置10AT的到來,本田頗有一種“不鳴則已,一鳴驚人”的既視感。

本田10AT的最大特點無疑是體積小,它的重量還比起平行軸6AT輕了10公斤,為什么能夠做到小而輕?主要的原因就是因為本田縮小了液力變矩器的體積,另外在變速箱的齒輪尺寸上也盡量地縮小,拿掉了最占據空間的平行軸,取而代之的是四組行星齒輪組,這成為了本田10AT體積小而輕巧的主要功臣。

本田10AT無論是加速能力、平順性、經濟性都遠遠高于現在的6AT。而在100km/h以上高速巡航狀態下,發動機的轉速僅僅為1500轉,如果是平路駕駛,發動機的油耗不會比怠速高多少。在面對高速急加速時,這臺10AT可以一次性降低4個檔位,從10檔到6檔;低速地板油,可以從7檔將至3檔,從而變速比實現的快速切換,這種非連續的降檔帶來的推背感比起雙離合絲毫不遑多讓。

福特三缸機

要說2018年被討論最多的傳統汽車技術,自然非三缸機莫屬。盡管三缸機被消費者吐槽還有輕微抖動,以及并不省油,但絕大多數主流汽車廠商都表現得異常堅決,他們知道:做三缸機雖然不討好消費者,但在政策的強力倒逼下,作為車企必須照跟。至于布局三缸機最積極的廠商,當然是福特。

2013年,福特用一臺125馬力的1.0T三缸渦輪發動機震驚世界,證明了美國人并不是只會玩大排量,也彰顯出了福特在三缸機研發上的突破與深厚積淀。隨后,這款發動機不僅連續斬獲多項國際發動機大獎,還帶起了全球車企造三缸機的風潮。2018年,全新福克斯上市,新車最大技術亮點除了將8AT率先應用到A級車上,就是全系搭載三缸機,徹底省去了四缸機/三缸機選擇糾結癥。

當然,全系采用三缸機,而且是非常重要的福克斯車系,可見福特對自家三缸機技術的無比自信。為了有效改善三缸機性能、燃油經濟性同時降低排放與抖動的抑制,福特在發動機上采用了平衡軸、雙獨立可變正時、雙噴射系統、曲軸中心偏置及配重優化等20余項技術。為了進一步降低油耗水平,全新的1.5T及1.0T三缸發動機還加入了閉缸技術。

凱迪拉克2.0T閉缸發動機

與三缸機類似,發動機閉缸也并非是一個新技術,都是節能減排環境下傳統內燃機升級的產物。2018年有多款發動機采用閉缸技術的車型,包括奔馳A級、凱迪拉克XT4與福特福克斯等重磅車型,尤其是凱迪拉克,對發動機閉缸技術有著堅定擁篤。

凱迪拉克XT4采用一臺2.0T發動機,是通用汽車第八代Ecotec發動機系列的首款產品,基于單缸最優理念和通用的全新模塊化架構開發而來,最大技術亮點是發動機采用了Tripower可變氣門管理技術。Tripower可變氣門管理技術通過同時改變四個氣缸的進氣門升程與噴油量,使發動機在四缸高性能模式、四缸經濟模式與兩缸超經濟模式靈活切換。進入兩缸超經濟模式后,2、3氣缸會停止做功,俗稱閉缸。

眾所周知,氣門開閉是由凸輪軸轉動控制的,原理是橢圓形狀的凸輪具有半徑不等長特性,旋轉到長半徑側會將氣門桿頂起。轉動到短半徑一側時因為需要使氣門保持關閉,它周圍都不應該與氣門桿有接觸,所以短半徑必然要小于凸輪軸心到氣門桿頂端的距離。Tripower可變氣門管理技術利用這項原理,為一個氣門桿配備多個凸輪,系統會根據發動機當前所處的工況自動選擇適合的凸輪來控制氣門開度,進而來控制各個氣缸的關閉。

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原文標題:聚焦| 內燃機技術真的見頂了嗎?

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