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技师长|不管时代 发动机始终逃不出如来佛掌的三根手指(图)

2017-08-08 12:05:13 来源: 界面
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  之前的顿悟·发动机系列中,我们先从发动机发展的大背景,即越来越严苛的环境保护政策入手,谈到了近几年来中国乃至全球的十佳发动机所代表的趋势。其实可以看出,发动机的发展遵循了一套规律,而这套规律体现在技术上主要呈现出三个方面,即提高热效率、降低机械损失和电气化。

  高热效率

  提高热效率无疑是近些年汽车发动机发展的热门领域,不管丰田如何如何开发出高于40%热效率的发动机,就连国产品牌也开始拿热效率做起了文章,虽然不见得是真实而准确的,但显而易见的通过热效率大家都在展现自身的技术实力。

  可是,热效率的真假其实一眼便能看出,因为热效率必定伴随着一系列的技术,这些技术都围绕着让燃料燃烧更加充分而展开。

  目前发动机在用的几个提高热效率的技术主要集中在大角度VVT和阿特金森循环、集成式排气歧管和大流量低压冷却EGR。当然,高压缩比也是一个比较热门的领域,但是我们却很少能看到,究其原因除了马自达和丰田为代表的个别发动机压缩比能达到14之外,但凡采用涡轮增压的机器都很难做到使用高压缩比

  即便如此,上述三项技术依然属于比较成熟且成本较低的技术,如果没有上述技术还要吹嘘自家发动机达到了38.3%的热效率,无异于痴人说梦。

  大角度VVT和阿特金森循环其实是一个东西,可变正时气门其实说白了就是控制气门的早开晚关,从而达到一个膨胀比大于压缩比的概念,也就是类似于阿特金森循环的逻辑,但是这种逻辑下也不免造成低扭较差。正是低扭较差才可以容忍驾驶者更加暴力的驾驶行为,便于控制油耗

  集成式排气歧管,我们能在很多优秀发动机上能看到,但这项技术的成本相比阿特金森来说要更高一些。通常缸盖集成排气歧管可以利用排气歧管的温度冷却液加热,让冷却液快速达到工作温度,减少暖机时间,同时冷却液又能降低排出废气的温度,从而让废气以更低的温度流向涡轮实现更好的燃烧效率

  另外一点EGR系统也对热效率影响特别大,而且成本不算特别高,它是通过控制内燃机在燃烧后排出气体的一部分分离出来,并且导入进气侧使其再次进入气缸的技术,主要目的是可以降低氮氧化物和分担部分负荷时可提供燃料的效率,也就是我们常说的废气再循环

  可以说这三项技术都是目前很多追求经济性发动机必备的,如果三项技术都没有还吹嘘经济性就可以当做厂家的故意宣传舆论了。当然,除了这三点,一些高端的发动机会用到有些价格又贵但技术新颖的技术,这其中的代表有350Bar的缸内直喷、快速燃烧技术、HCCI和VVL以及日产英菲尼迪即将量产的可变压缩比动机

  350Bar缸内直喷技术应该是日后快速普及的一项技术,如今的缸内直喷技术其实都已经存在了,只是压强没有这么大而已。更大的压强其实可以将燃料打的更加均匀和微小,无疑增加了燃效的接触面积,让其燃烧更加充分。至于其他几项技术,在目前都属于尖端尚未普及的状态。

  降低机械损失

  那么,提高了燃烧效率之后,如何再次提高经济性呢?只能从能量传递过程入手了,能量的传输基本都依靠机械臂、轴承,而这些轴承之间的摩擦自然是越小越好,越润滑越省力,浪费的能量自然也就越小。

  从整体上而言,发动机越小,各个零部件的体积也就越小,基础面积也就越小,惯性也就越小,自然可以带来更好的机械损失控制。于是,我们也就能理解多气缸发动机的衰落,暂且以一款2.5L发动机为例,丰田用了两种做法,过去在丰田锐志和皇冠上搭载的是2.5L V6发动机,虽然可以带来更好的平顺性,但其实在L4发动机优化过后,这种平顺性的差距已经开始缩小,反而多出来的两个气缸由于体积更小,不利于燃烧,加上多出两个活塞的摩擦,导致机械损失要显著大于凯美瑞上的2.5L 四缸机。

  为此,给四缸机增加涡轮,带来六缸机的动力,并不只是政治正确

  不过,厂家可是越来越注重降低活塞和气缸之间的摩擦了,这其中最率先使用的就是涡轮增压化了,但是也有一些汽车用到了DLC涂层,这项技术虽然成熟,但成本极高。这种涂层主要就是降低摩擦的,在气缸壁表面形成一种非晶态薄膜,具有高硬度和高弹性模量,低摩擦因数,耐磨损以及良好的真空摩擦学特性

  只是,DLC涂层价格过高,整体应用下来性价比不高。

  另外一种大范围应用的是可变排量机油泵。通常情况下,发动机一般采用的都是定排量泵,而与发动机曲轴连接时,机油泵的运转要消耗发动机一部分功率,如果采用可变排量机油泵则可以根据发动机实际机油需求量进行匹配,从而降低1%-2%的燃油消耗。这种发动机在合资品牌中已经开始大范围应用。

  然而,没有大范围应用的其实还有低粘度机油,我们发现日系品牌比如高压缩比的马自达车型在保养时开始使用0W-20的低粘度机油,全新凯美瑞要使用的机油已经达到了0W-16的低粘度机油,但是大众通用等品牌的车型依然在使用主流的5W-40机油,而通用最新推出的专用混动1.8L发动机却已经开始使用5W-20低粘度机油了。

  低粘度机油肯定会越来频繁了,机油的稀释可以对发动机运转产生更小的阻力,更容易提高经济性,但是使用低粘度机油也容易使机油膜在高温下爆裂,所以低粘度机油需要对发动机的零部件加工精度做进一步的提高。第二,设计发动机时也要考虑这点,所以低粘度机油不只是一个结果的问题,更是推动发动机变革的推动因素之一。

  除了这几点之外,还有很多技术,但这些技术无一例外都围绕着降低机械摩擦展开,诸如活塞冷却阀、智能分区冷却水套、缸壁涂层、新一代活塞环涂层等等

  当然,无论是燃烧效率还是降低摩擦,对发动机的提升其实都特别有限,提升最明显的还是电气化,但这个部分的内容过于庞杂,所以我们下篇单独分析。

  雅斯顿小结

  从目前发动机的进化上来说,大部分传统发动机如果想进行经济性提升,必定从这几个方面入手,而且多多少少会搭载其中几项技术,而没有搭载这几项技术却声称自己发动机热效率达到空前的厂家,我们基本可以认定其在吹嘘了。

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