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实现自主之最 东风风神全新1.5T动力解读

  纠错  2020/9/13 23:11:00  纠错 推荐指数:    加入收藏

“发动机热效率”对于普通消费者来说,依旧是一个陌生的名词,但它却实实在在影响着日常用车的方方面面。热效率是衡量发动机技术是否领先的一个重要指标,但通常所指的热效率更严谨来说应该是最高热效率,可以类比发动机最大功率,最高热效率数值越大,理论上发动机低油耗区间的工况持续时间越长,会更省油。发动机热效率层面一直是丰田和本田为主的日系厂商占据领先地位。但在自主品牌当中,东风风神近日公布了最高热效率达到41.07%,代号为C15TDR的1.5T发动机,实现了自主之最,国际领先,但这对我们消费者又意味着什么呢?

衡量一款发动机的优劣,可以从四个维度上来判断,动力性、经济性以及排放和耐久,而前三点和发动机热效率都有着很大的关联,这也是为啥几乎所有车企都不余遗力使用各种技术手段去提升发动机热效率。且在理论层面来说,同等排量下,发动机热效率越高,发动机动力性会更好、油耗更低,排放水平也会更佳。

目前主流厂商的汽油机热效率都能达到35%,而超过这个数值达到37%再往上就是极为优秀的水平了。搭载在思域上的1.5T发动机,热效率数值达到了38%,动力性和燃油经济性兼顾平衡的特点,也使得被广泛好评。目前应用在凯美瑞上的2.5L四缸自吸发动机,结合丰田THS混动系统后的热效率能达到41%,几乎可以说是东风风神C15TDR 1.5T发动机出现之前,量产汽油机中热效率的天花板水平了。(马自达压燃发动机并未正式官宣其最高热效率)

为啥发动机技术经过这么多年的发展,热效率依旧是“不及格的学渣”水平?

发动机是热机的一种,根据热力学第二定律:不可能从单一热源吸收热能并使之完全转换为有用功而不产生其他变化。说人话就是,汽油燃烧产生的热能不可能完全用来做功产生,化学能—热能—机械能,在这个能量转化过程中必然会有一定的损失。           

发动机在日常工作中会有各种的动力损失,比如热损失(汽油燃烧产生的总能量,除了一部分转化为机械能,推动活塞运动,其他部分都以不同的方式散失到外界),和机械损失(发动机在运转过程中,各组件之间相互磨损造成能量损失)。这也是阻碍发动机技术发展的世界难题,热效率哪怕是1%的提升都是一件极其困难的事。从技术层面来说,丰田、本田、马自达的自吸发动机更容易达到高热效率,而涡轮增压发动机提升热效率的难度更大。东风风神C15TDR发动机高达41.07%热效率的背后隐藏的是巨大成本和研发精力的投入。

C15TDR 1.5T发动机共有两个版本,模块化的设计理念使得高效版和动力版的零件通用率达到了90%。据悉,动力版和高效版C15TDR 1.5T发动机会分别应用在传统汽油车型和混动车型上,且会率先搭载在东风风神AX7(紧凑型SUV)上,后续会适配更多新车型。在性能参数层面,动力版相比现款AX7所搭载1.5T(DFMA15T )发动机提升了35%以上。

要实现高热效率的手段并非为多高深且难以理解,包括高压缩比、直喷、热管理、低摩擦、阿特金森(米勒)循环等,目前在理论阶段已经有着很彻底的研究了,但难就难在如何应用到量产发动机上,且实现全面兼顾。打一个简单不太严谨的比喻,只有每一门成绩都特别好的同学,在高考中还需要正常发挥才能考取国内顶尖的学校。而C15TDR 1.5T发动机则是落实到每一项提升热效率的技术应用和细节改进,下面来看详细解读。

C15TDR发动机配备了350Bar高压直喷系统,目前主流直喷发动机的喷射压力大概在250-300Bar之间,更高的喷射压力能够让燃油实现更好的雾化,从而在气缸内更充分的燃烧,降低燃烧损失,也就是相当于省油了。且更高的喷射压力可以大幅度降低颗粒物的排放,尤其是PN颗粒物数量的排放,有利于满足国六b排放。

用来冷却部分返回到发动机气缸内废气的装置,废气再循环量的增加能降低汽油机在中低负荷工况下的节流损失,从而降低汽油机的燃油消耗率。通过低温也减轻了发动机爆震倾向,从而减少了传热损失,高压冷却EGR能明显提升废气再循环率,减少传热损失,降低油耗。

电控涡轮增压器能独立于空气环路而工作,由集成开关磁阻技术和即时响应(300 毫秒)的电机驱动。因此,它能够根据不同工况提供所需的转矩,电控涡轮增压器通过优化动力系统,减少发动机低效率工况从而提升燃油效率。

这台发动机使用了进排气气门双可变正时技术(DVVT),能对气门开闭时间进行调节,低速扭矩和高功率输出都能兼顾。并且能够实现膨胀比大于压缩比的阿特金森循环工况,让气缸内的混合气体被压回进气管一部分,这样活塞加速做功的冲程就长于压缩冲程,可以让发动机的能效更高,对于节省燃油,提升性能有明显帮助。

对于大家关心的燃油标号问题,这台1.5T发动机加注92号汽油即可满足需求。高效版的压缩比达到了12:1,对于涡轮发动机已经是很高的水平了(日产VC-T发动机最大压缩比为14:1),因为越高的压缩比越容易产生气缸的突发爆震,造成热损失,增加油耗。

发动机内部组件选装以及传动过程当中,部件之间有着各种摩擦造成的能量损失。摩擦损耗是发动机额外功消耗的最大部分,减少了摩擦等额外功后,发动机的热效率便会很明显的提升,这也是通过结构性、材质上的优化相对容易提升发动机热效率的地方。

润滑方面提升的重点之处是采用了可变流量机油泵,按机油流量、机油压力情况进行实际控制,尽力保证发动机运转在不同工况时,能持续保持油道内的恒定压力值。不仅满足润滑所需,还能减少传统定量机油泵供油量过剩的问题。

高压缩比、缸内直喷的技术应用除了益处之外,也使得发动机的运转负荷增加不少。而活塞作为高负荷运转的部件之一,所承受的热负荷也愈来愈大。解决办法是通过PCJ(活塞冷却喷嘴)通过喷射雾状机油的方式对活塞底部进行冷却。C15TDR发动机上则是领先采用电控PCJ技术,发动机在不同的工作负荷下,通过对PCJ(活塞冷却喷嘴)进行打开和关闭控制,更加节能的进行冷却,使发动机在较好的燃油耗区域内工作,进而起到降低燃油消耗的目的。

发动机运转带来的机械损耗可以通过降摩擦技术来尽力弥补,C15TDR发动机不仅仅是润滑系统上投入较深,包括缸体组件、曲轴系、阀系、链系、附件系都有着深度降低摩擦的技术手段。如采用带有DLC涂层(非晶态涂层、具有低摩擦、高耐热等特性)的活塞销、气门挺柱、低张力皮带、低预紧力气门弹簧、低摩擦油封等20余项降摩擦技术,降低了摩擦所损失的能量,间接提高了发动机热效率。

在寒冷地区,受温度因素的影响,油液流动性差会造成发动机启动困难,持续强行启动发动机不仅会造成缸体磨损,严重还会出现拉缸现象(火烧油底壳等提温手段极不安全)。C15TDR发动机的油底壳采用了双腔室的设计,启动时会优先加热环境温更高的内腔室机油,使得主油道的温升时间会缩短30%。而在适宜环境温度下,启动暖机(发动机油液充分润滑,让水箱水温升高)的速度会更快,最短时间内达到最佳待行驶状态,而降低油耗。

此外,为了让这台C15TDR发动机有着更好的NVH性能,工程师做了很多针对性优化,包括采用平衡优化的曲轴,能大幅度降低曲轴高速旋转后的振动幅度和频率,以及不同工况下对交变负荷的抗冲击能力。离心摆双质量飞轮,用于隔离发动机曲轴转动的不均衡性带来的变速箱扭转振动,尤其是能把发动机低效区间(怠速或者车辆低速)内的不均衡性过滤掉,这样就给降低怠速转速提供了可能性,也因此实现了发动机抖动和噪音的降低。在怠速状态下,厂商公布车内的噪音值为36dB(人体无明显感知)。

一般来说,提高发动机热效率有四个途径:一是提高发动机的压缩比,给燃油创造一个尽可能完全燃烧的物理环境;二是提高燃油的燃烧效率,让燃油尽可能多地转化为动能,用于有用功;三是对废气和气缸温度进行热量优化管理,降低热损失;四是深度降摩擦,减少机械损失,降低发动机额外功的损失。

通过对以上的技术分析,不难发现,这台发动机在提升发动机热效率的每一个层面都做了深度投入,类比于木桶效应,全方位的技术提升,才能使得发动机最大热效应一步一步提升,达到了世界一流的水平。当天,这台代号为C15TDR的1.5T发动机,经过了中国汽车研究中心华诚认证(天津)公司的技术认证,其最高热效率达到了41.07%。从目前了解到的自主品牌量产汽油发动机当中,它应当算是首款最高热效率超过41%的发动机,且在世界范围内,也是目前量产汽油涡轮增压发动机当中的最高热效率。据悉,到2030年之前,东风还将会推出最高热效率达到42-43%的C15TDR第二代发动机(研发中),以及最高热效率≥45%的C15TDR第三代发动机(研发中)。

评论本图

写在最后:说了这么多,从实验室理论和技术性层面来看,这台1.5T发动机该有的节油技术一个不差,但落实到整车以及日常使用场景当中,到底省不省油,其实还和诸多因素有关,诸如传动系统、车重、风阻,驾驶习惯等。据悉,这台1.5T发动机(高效版是油电混动)会率先搭载在新款东风风神AX7之上,后续会适配更多新车型,对于购车预算在10万元左右,想购入一台经济实惠、家用SUV的朋友,值得期待。届时,我们也将会带来更加详细的实车评测报道和油耗测试,敬请关注。

2018年9月29日

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