发动机小型化,各大主流汽车厂商如何应对?

在满足法规限制与保持动力性能间寻找平衡

作者:李志 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2016-08-23
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为应对日趋严格的排放和油耗法规,众多整车厂商都在加大力度实施发动机小型化的研发设计工作。小型化发动机也在涡轮增压、缸内直喷和稀薄燃烧等技术的辅助下实现了更高的效率和强劲的动力。此外,部分整车厂商也在尝试更多新颖的技术,以实现低油耗和清洁排放。

据悉,欧洲已经开始考虑制定下一阶段(2025年)汽车排放标准,新标准可能低至68g/km,与目前欧洲汽车平均排放水平相比,下降了近一半。目前,已有四个欧洲国家发出呼吁,希望欧盟委员会能够在2016年推出下一阶段汽车排放标准,适用于2025年新车。限制发动机的CO2排放对欧洲国家而言意义重大,此类措施不仅控制了燃油消耗、关系到能源安全,同时也将有利于改善欧盟国家的空气质量。

按照规划,欧洲新规的CO2排放量为95g/km,按照比例折算,燃油消耗量达到了令汽车制造商们咋舌不已的4.2L/100km。

与此同时,面对中国的政策约束,汽车制造商也感受到了不晓得压力。日前,工信部公示了《2015年度乘用车企业平均燃料消耗量情况》,结果显示,2015年度中国境内116家乘用车企业平均燃料消耗量实际值为7.04L/100km。根据工信部制定的油耗达标值, 2015~2020年,车企每年要依次实现的平均油耗目标分别为每百公里6.9L、6.7L、6.4L、6L、5.5L和5L。

业内普遍认为,要挑战5L/100km的油耗红线,将让国内汽车产业集体承压。因为过去几年间每年接近3%的油耗降低幅度已经让企业付出了大量的研发成本,而未来几年,要达到5L/100km的标准,对众多企业来说,技术的压力可想而知。业界普遍认为,当前降低整车油耗的主要技术路径有发动机小型化、车身轻量化以及混合动力技术等。国内外整车厂商也都在加大对小型化发动机的研发力度。

然而,在通过缩小发动机体积(同时缩小排量)实现节能减排也意味着随之而来的性能衰减。整车厂商正在通过优化增压技术、燃烧技术和燃油喷射技术,保持小型化发动机的动力水平。针对上述课题,世界各地的整车厂商都在积极进行发动机技术的开发,并已经取得了一定的成果。

欧洲厂商:积极推进发动机小型化

以小型家用车著称的法国汽车制造商标致雪铁龙集团(PSA)于2014年3月起正式开始在欧洲地区批量制造1.2THP涡轮增压3缸发动机,此款小型化发动机是由PSA和宝马公司连个研发Prince系列发动机的衍生产品。该款3缸发动机采用小惯量双涡管涡轮增压器、缸内直喷技术、铝合金缸体、轻质活塞、双连续可变进排气正时系统、集成化气缸盖、单平衡轴和双质量飞轮等设计,并搭载热量管理系统。

这款1.2THP发动机以1.2L的排量,达到100kW的输出功率和230Nm的峰值转矩,性能参数已经赶超了1.6L自然吸气甚至部分1.4T涡轮增压发动机。自2015年起,这款发动机已经被神龙汽车有限公司引入中国,并在襄阳工厂批量生产,现已搭载在PSA集团在中国投放的多款车型中。


PSA的1.2THP小型化发动机

在欧洲和中国汽车市场地位颇高的大众品牌也开发出了基于EA211发动机平台的3缸1.0TSI涡轮增压发动机,以满足法规对减少汽车污染排放,以及对燃油消耗的限制。根据数据,搭载低功率版1.0TSI发动机的新款大众POLO BlueMotion车型,综合油耗为4.1L/100km,CO2排放也仅为94g/km。

更有甚者,曾经生产出举世闻名的小型轿车126P的意大利汽车厂商菲亚特克莱斯勒汽车公司(FCA)也开发了一款名为TwinAir的2缸涡轮增压发动机,排量只有0.9L。FCA将这款微型增压发动机率先搭载于阿尔法罗密欧品牌的MiTo车型,实测数据显示,TwinAir发动机的最大功率为77kW,峰值转矩145Nm,综合油耗低至4.2L/100km,碳排量99g/km。菲亚特500L小型车也已开始使用这款发动机。


FCA TwinAir涡轮增压2缸发动机

北美厂商:努力尝试打破传统思维

美国经常被人们称为“车轮上的国度”,足见汽车对生活在北美地区的人们的重要性。长期以来,北美地区的整车厂商都以大排量、大尺寸和大功率的汽车产品著称,而随着汽车市场的发展,福特集团和通用集团等美国厂商也逐渐开始关注小型化发动机。

针对发动机小型化这一重要趋势,通用公司推出了1.0T Ecotec直喷3缸发动机。同时通用公司在通过与上汽集团合作,实现了这款发动机在中国本土的批量制造。由于采用了缸内直喷、VVT技术,以及铝合金缸体的轻量化设计,通用1.0T Ecotec 发动机可以实现3.8L/100km的综合油耗。此外,该发动机搭载了可独立控制的循环水泵,提高了热车的速度,今儿减少一些燃油的消耗。

2015年,福特品牌为旗下的全新福克斯EcoBoost 125车型搭载了1.0T EcoBoost涡轮增压发动机。凭借高达92kW的升功率,配合手动变速器,车辆的综合工况油耗低至5.2L/100km。而且在独特的OverBoost超增压模式下,发动机瞬时转矩达到200Nm,并持续15s。该发动机融合了Ti-VCT双独立可变气门正时控制和偏心配重块等技术,在提升燃油经济性的同时获得更强动力。


福特公司1.0T EcoBoost小型化发动机

日本厂商:深厚的微型发动机技术积淀

由于人口密度和城市规模的限制,日本整车厂商多年以来就非常关注微型车辆的开发。洋马、铃木、雅马哈和大发等日本企业也都在小型化发动机开发制造领域有着非常精深的造诣。

本田汽车公司在2015年发布了一款名为S660的微型运动轿车(只供应日本本土市场),其搭载的S07A地球梦发动机排量为惊人的0.66L,并且搭配了涡轮增压器系统。这款超小型的3缸涡轮增压发动机的最大功率为47kW,最大转矩为104Nm。S07A发动机选用了石川岛播磨重工业株式会社(IHI)制造的涡轮增压器,原因是这种涡轮产品叶片较少,缩小了涡轮增压器的体积。本田汽车公司也计划将S660车型的车身尺寸适当扩大,搭配3缸1.0T发动机,改名为S1000,并可能在2017年推向全球市场。


本田S660车型搭载的S07A涡轮增压发动机

日本汽车厂商的技术能力和开发水平毋庸置疑,马自达公司就将此前德国人都没能驾驭的转子发动机(汪克尔式发动机)付诸量产。马自达公司的转子发动机此前由于油耗问题而停产,如今融汇了马自达创驰蓝天技术,排量为1.2L的新一代转子发动机有望浮出水面。资料显示,马自达新一代转子发动机采用双转子舱布置,最大功率可达186kW。该小排量发动机有效地减少了油耗和排放,同时迸发出充沛的动力。

自主厂商:紧跟行业趋势,加大力度研发

为满足日益严苛的排放法规,发动机的小型化已经成为行业的共识,不少合资厂商也早已在国内投产了小型化发动机产品。而对于国内的自主品牌而言,小排量涡轮增压发动机的研发是在最近若干年才展开的。广汽乘用车为热门SUV车型GS4搭载了一台排量为1.3L的涡轮增压发动机,这款代号为200T的发动机拥有202Nm的峰值转矩。广汽传祺200T发动机采用GCCS燃烧控制技术、低惯量电控涡轮增压器E-Turbo、D-CVVT双连续可变气门正时机构以及低张力活塞环等设计,实现了6.3L/100km低油耗表现。

吉利汽车也宣布于2016年开始生产一款代号为JLF-3G10TD的3缸1.0T涡轮增压发动机,该发动机采用全铝缸体、缸内直喷、气缸盖与排气歧管集成布置和进排气可变正时气门等技术。尽管目前尚无这款发动机具体将搭载与吉利品牌哪款车辆的确切消息,但根据吉利汽车给出的这款3缸发动机最大功率100kW、峰值转矩180Nm的动力数据,JLF-3G10TD发动机的未来值得期待。


吉利JLF-3G10TD发动机

而最新消息称,北汽昌河江西九江工厂于2016年6月23日对其开发的1.3T直喷增压发动机N130完成了装配并进行了点火。北汽昌河的N系列直喷增压发动机项目启动于2015年1月,采用领先的缸内直喷、涡轮增压、稀薄燃烧技术、全铝机身、高压缩比、中置式大调节角度双VVT,以及中置式缸内多次燃油喷射系统等配置。该系列发动机具有覆盖全工况运行的高经济性、高动力性、高可靠性优势,满足国V、国VI排放法规和2020年第四阶段油耗法规。

另一种声音:发动机小型化并不是全部

丰田汽车公司宣布,要使汽油发动机的热效率达到50%。这需要增加进入气缸内的气体量,从而最大限度地提高发动机的循环效率。实现50%热效率的途径有两条,即稀薄燃烧或增加EGR(废气再循环)量。从提高热效率的角度来看,稀薄燃烧使尾气中所含的空气会增加,会影响三元催化转化器对NOx等污染物的净化效果。因此丰田公司希望利用可有效提高发动机低负载区域热效率的HCCI技术来提升发动机的热效率,从而降低油耗和污染排放。

而奥迪公司发布的最新一代A4轿车使用了新一代发动机,与近期热门的小型化增压发动机相比,新款奥迪A4的发动机则并未缩减发动机的排量,而是着力于在中等负荷区域提高发动机的燃烧效率(小型化发动机的薄弱项)。与同等输出功率的原1.8L增压发动机(EA888 Gen 3)相比,新发动机的排量增加了0.2L。尽管加大了排量,但燃效性能却得到提高,1L燃油可以驱动车辆形式18.4km,比上一代提高33%。此次,新一代奥迪A4轿车还首次采用了米勒循环,在增压发动机中实现了高达11.8的压缩比。

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