2022年了 發動機得有什麼東西才算高階?

純電汽車和飆升油價,讓如今的燃油車壓力倍增,畢竟綠牌插電式混動車如今都能做到5L/100km的虧電油耗,一線大廠再不拿出點硬核乾貨,藍牌車真的要被“拍死在沙灘上”了。在此背景下,一線大廠都開始透過全新技術應用,進一步壓榨內燃機的燃燒效率,站在2022年這個時間點,各品牌新推出的產品究竟有哪些核心技術才算夠先進,夠高階呢?

●歧管電噴、缸內直噴、高滾流比進氣道

▲應用車型:豐田凱美瑞、大眾邁騰、奇瑞瑞虎8

2022年了 發動機得有什麼東西才算高階?

燃油噴射技術一直是節能減排的核心命題,從世紀初的化油器噴射,到後來的歧管電噴技術,再到如今的高壓共軌直噴技術,內燃機供油技術也就發展了20年,但卻前後迭代了起碼五次。

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博世350Bar共軌直噴

面對國六b排放指標,目前國內主流渦輪增壓發動機都將缸內共軌直噴系統噴射壓力提高了350Bar,噴射孔洞也增加到5-6個,還支援在一次迴圈中多次噴射,這可以帶來更精細的燃油霧化,從而更充分和空氣混合,火花塞點火後燃燒更充分,殘留更少,從而充分利用汽油。

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大眾雙噴系統

而在共軌直噴的基礎上,像豐田M20/A25系列、大眾EA888(低功率版本)既有共軌直噴,也還保留了歧管電噴裝置。這樣做的好處是,行車電腦可以根據不同轉速/負載工況主動調整噴射方式,選擇缸內噴射或歧管噴射,或者兩者都有,使得發動機兼顧低圧縮比的動力爆發和高壓縮比的高效燃燒。

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進氣滾流最佳化

另外值得一提的是,供油技術和進氣技術是分不開的,豐田的2。0L/2。5L、奇瑞的1。6T/2。0T、一汽紅旗的2。0T/3。0T還在直噴技術的基礎上採用更高效的高滾流比進氣道設計,搭配最佳化設計的“凹”形活塞頂部,可以讓空氣和汽油進入Masking燃燒室後更充分混合,進一步提高燃效。

●VGT可變截面渦輪、電控渦輪洩壓閥、電動渦輪增壓器

▲應用車型:比亞迪漢DM-i/p、WEY拿鐵DHT、北京汽車魔方

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廢氣渦輪增壓器是目前小排量發動機的必備技術,甭管國產/合資/進口都有廣泛應用,不會稀釋發動機功率,且基本沒有可靠性方面的問題。不過,這種進氣增壓方式畢竟是受內燃機排氣量控制的,如果配大口徑的渦輪,高轉增壓效果好,但因為慣量大,響應會偏慢;如果配小口徑的渦輪,跟隨排氣量的轉速響應是快了,但高轉帶來的增壓效果差很多。

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VGT可變截面渦輪增壓器

VGT可變截面渦輪增壓器一舉兩得解決廢氣渦輪增壓器的這種問題,這種技術在比亞迪DM-i和長城DHT的1。5T混動專用發動機上有應用。它在排氣渦輪葉扇末端增加了多個可變角度的葉片設計。發動機低轉速時讓排氣從更小的埠進入渦輪,氣體流速高,自然推動力更大,反應也更快;而在發動機高轉速時,葉片會增大角度讓更多排氣“吹入”廢氣葉扇,排氣背壓減小,更順暢,且能獲得更高功率轉速的進氣增壓,從而提高整機爆發力。

除了主動改變廢氣渦輪的A/R值外,電控渦輪洩壓閥的出現也實現了對進氣增壓的更精準控制,簡單說就是,進排氣什麼時候洩壓,進氣在什麼工況下該保持多大壓力,都可以由行車電腦主動控制,這是老的真空洩壓閥做不到的。

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電控洩壓閥

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奧迪的電驅渦輪增壓器

如果技術更近一步的話,那就得是奧迪、賓士使用的電動渦輪增壓器了,這項技術基本都是和廢氣渦輪增壓器組合使用,選擇用一臺高轉速電機帶動渦輪葉片給進氣或排氣增壓,可以在發動機低轉時強制為進氣提供更高壓力。當然,這項技術是目前六缸/八缸的效能車才有待遇,例如剛出的AMG ONE上的1。6T V6引擎,要普及到家用車上恐怕還早得很。

●CVVT可變氣門正時、米勒迴圈、阿特金森迴圈

▲應用車型:大眾邁騰、WEY摩卡、長安CS75PLUS、紅旗H9

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連續可變氣門正時目前已經是汽車發動機的基本操作,也是國五/六排放的基本操作,但大部分車目前還都是傳統的奧托迴圈四衝程設計,即壓縮比和膨脹比相同。

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連續可變氣門正時

為進一步提高燃燒膨脹動能的利用率,不少廠商開始透過可變氣門正時系統對進氣門開閉相位的精準控制,從而模擬米勒迴圈或阿特金森迴圈,這項技術目前在很多大眾EA888、長城4N20、長安藍鯨2。0T發動機上出現。

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米勒迴圈是在發動機進氣衝程快結束時,提前關閉進氣氣門阻斷進氣,而後面的壓縮/做工/排氣衝程是奧拓迴圈的流程,這樣一來,燃氣的壓縮比就會小於的膨脹比,從而提高汽油利用率,一般出現在帶渦輪增壓器的機型上。而像豐田2。0L/2。5L這樣的自吸發動機,雖然也命名為米勒迴圈(其實應該叫阿特金森迴圈),但卻選擇在進氣衝程結束後,延遲進氣氣門關閉,這樣吸入的空氣就會有一部分被壓回進氣歧管,同樣也能起到壓縮比小於膨脹比的目的。

2022年了 發動機得有什麼東西才算高階?

因為是透過可變氣門正時系統控制的壓縮比,所以米勒迴圈/阿特金森迴圈基本都是這類發動機的一種工作方式,在有更高動力需求時,發動機也可以切回奧拓迴圈模式,即雙迴圈技術或者叫可變壓縮比技術。而如果是卡羅拉雙擎、雅閣銳混動、漢DM-i這種混動車,因為發動機沒有高功率需求,所以全程都會以高壓縮比的米勒迴圈(阿特金森迴圈)執行,從而使發動機穩定在高熱效率的執行狀態。

●CVVL可變氣門升程控制、可變缸技術

▲應用車型:哈弗H6、本田冠道、凱迪拉克CT6、賓士A級

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可CVVT透過靈活的凸輪齒輪系統改變氣門開閉相位不同,CVVL可變氣門升程改變的是氣門開閉的大小,這項技術需要特製的凸輪軸系統,我們熟悉的本田i-VTEC就是其中最具代表性的案例。

2022年了 發動機得有什麼東西才算高階?

以本田的K20C 2。0T發動機為例,其排氣側就配備了可變氣門升程控制,凸輪軸上有兩套凸輪,在高衝程模式時,排氣氣門可以開啟更大角度,讓高轉狀態下的高速排氣可以迅速排出燃燒室,提高轉速響應,增大爆發力。除此之外,完全體的i-VTEC在進排氣兩端都配有可變氣門升程,大角度的進氣凸輪也可以提高進氣效率,適用於更高轉的用車場景,例如思域TYPE R上的K20A 2。0T發動機。

2022年了 發動機得有什麼東西才算高階?

在可變氣門升程的基礎上,通用和賓士還衍生出了零升程的可變缸技術,可以讓發動機從四缸變成雙缸。所謂可變缸,就是在雙缸模式下讓中間兩個氣缸的凸輪切入零升程,甭管凸輪軸怎麼轉,搖臂都不會頂開氣門,從而實現關閉進排氣,再配合同時關閉的供油系統,就可以讓活塞在氣缸內空轉,類似於“空氣彈簧”,自然也能大幅降低油耗,當然,功率輸出也會明顯降低,因而只會在低功率需求的巡航狀態才會用到雙缸模式。

●總結:

得益於乘用車越來越徹底的電氣化改造,整車的動力需求已經可以用電驅系統彌補,所以內燃機的技術發展已經全面偏向燃油經濟性,包含配氣、供應、冷卻、潤滑在內上述各項技術基本都是為省油服務的。當然,我們也需要清醒認識到,目前汽車用的往復式四衝程活塞發動機,能達到40%-45%的最高熱效率已經是一線水平,再多的黑技術支援頂多也只能將其壓榨到50%,相比於95%以上能量轉化效率的純電驅動(永磁同步電機),確實被按在地上摩擦。長遠來看,汽車內燃機還得和電驅系統合作才能長久地活下去,像HEV油電混動、PHEV插電式混動這種技術方向變革帶來的省油效果,要比上述在內燃機本身花功夫要高效得多。