讓發動機能夠實現保持動力性能、提高燃燒效率、輕量化設計的手段很多,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基本點:
1. 增加燃燒過程中產生的能量:讓進入到氣缸中的燃油盡可能燃燒充分,產生更多的能量,燃油也得到了更充分利用,基本是圍繞發動機的進氣、燃油供給來下手。
2. 減少傳動過程中損耗的能量:燃油在燃燒之后產生的能量其實很大一部分都被消耗在發動機(以及傳動系統,本文暫不討論)動部件的摩擦之中,如果能夠減小這些損耗,用于驅動車輛的能量就會更多。這方面則主要涉及到發動機的輕量化(尤其是動部件)以及發動機的冷卻與潤滑。
以一款非暴力拆解的發動機——通用LTG 2.0T為例,這臺發動機上使用的一些優化技術都可以按照這個方式進行歸類。
ATS-L發動機拆解后的核心零部件
首先說增加燃燒中產生的能量,一般車企和供應商采用方法有兩個:增加進氣量,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在的發動機上使用愈加普遍,是為了解決渦輪增壓器存在的渦輪遲滯問題,改善低速下的動力輸出。渦輪增壓器的另外一個問題是高轉速帶來的高熱量,凱迪拉克的辦法是給它配備了一套空冷式中冷系統,加強運轉時的冷卻能力。據研發部門人員表示,這套中冷系統足夠讓渦輪增壓器的溫度保持在要求范圍之內。
VVT(可變氣門正時)也是增加進氣量的常用辦法之一,LTG 2.0T上采用雙VVT結構,可調整角度相比之前的版本提升到了65°,可調整的角度范圍越大,則系統的適應能力更強,更加靈活。
對于后者,LTG 2.0T也從兩個角度雙管齊下,一是加長了進氣道對燃燒室的形狀進行了優化,二是采用了博世出產的高壓噴射系統,最大噴射壓力20MPa。
然后是在減少能量損耗上。常規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,在這臺發動機上均有使用,最具特色的發動機所使用的凸輪軸并非是傳統樣式的一根整軸,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行定位與凸輪的固定。經過輕量化之后,整機重量在142公斤。
另一方面,發動機采用了偏心式可變排量機油泵。這個可變排量表現在兩個方面,一個是偏心式結構本身在運轉室,其內部就會因為發動機工況的變化而改變,從而導致供油量隨之改變;另外這個機油泵上單獨設有一個電子控制器,可以提供油壓反饋,如果發現油壓并不適合當前的運轉工況,則會改變機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。
還有一些細節,比如發動機上設有活塞冷卻噴嘴,會在高速工況下將機油噴射到活塞底部對其進行冷卻;排氣門中空充鈉來促進冷卻,降低運轉時因為排氣帶來的高溫等。
說起來,上面提到的這些已經具體應用了的技術,并沒有哪一項是讓人十分陌生的,其中出鏡比較少的中空凸輪軸也并非是獨此一家,長安去年上市的2014款CX20上所采用的EA14發動機同樣有使用這項技術,還有奧迪的第三代TDI。另外,據研發人員透露,ATS-L這款發動機下一代上將使用缸蓋集成式排氣歧管的結構,并正在研發稀薄燃燒相關技術。
這并不是全部,同樣是增壓,使用相對較少的還有機械增壓,以及大排量的變相妥協:可變排量技術等等。另外,更為細節一點的,噴油器側置或者中置,正時皮帶、正時鏈條、干式或者濕式,對哪個位置輕量化,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也會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,就并沒有專設中冷器,而是增加了一個電子水泵,電動控制其運轉單獨給渦輪進行冷卻,奧迪就看中了可變尺寸渦輪;馬自達就一直與自然吸氣死磕,挑戰汽油機的最大壓縮比,以此作為提升功率和降低油耗的路徑,相應的發動機上所使用材料、工藝水平、為保證可靠性與壽命的輔助設計等,都必須同步更上;豐田就是執著于阿特金森循環,并在不同的運用上想盡辦法來揚長避短,并且這種執著也感染了其他企業,通用正在考慮將其應用到下一代發動機上。
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