美式科技大拆解!細品探界者2.0T發(fā)動機
不知道你有沒有這樣的刻板印象。當(dāng)你提到美國汽車或美國發(fā)動機時,你會想到那些大排量的汽車。相信看完這個發(fā)動機拆解,一定會顛覆你的認(rèn)知。在這樣一個節(jié)能減排的時代,美國汽車一直在改變。比如下面的通用2.0T采用可變缸技術(shù),可以把四缸換成兩缸。這是怎么回事?奶牛在哪里?
●發(fā)動機拆解視頻版
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●更換老前輩的原因不是馬力。
我們今天拆解的通用2.0T發(fā)動機來自全新雪佛蘭探險者(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)汽車,官方稱之為“第八代Ecotec 2.0T智能變缸渦輪發(fā)動機”,代號LSY,匹配通用9速HYDRAMATIC自動手動變速箱。簡而言之,從2019款車型到2021款,探索者將變速箱換成了通用最新的2.0T發(fā)動機。
中國日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),鼓勵節(jié)能減排的“雙積分”政策,以及未來面臨的“碳中和”目標(biāo),都從政府政策層面促成了這些高燃油效率、低排放發(fā)動機的誕生。新一代通用2.0T發(fā)動機在哪里?我需要從它出色的可變氣缸技術(shù)開始。
●近40年來,這項發(fā)明終于迎來了高光時刻。
變缸技術(shù)誕生于美國。1981年,通用旗下的凱迪拉克推出了一款可以在8缸、6缸、4缸之間切換的V8發(fā)動機,并在當(dāng)時搭載在凱迪拉克DeVille上,這是歷史上第一款用于量產(chǎn)的發(fā)動機變缸技術(shù)。
當(dāng)時為了響應(yīng)美國CAFE標(biāo)準(zhǔn),通用汽車推出了這個非常創(chuàng)新的技術(shù)方案,早期被稱為按需排量,也就是可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)排量的系統(tǒng)。當(dāng)然,這項技術(shù)并非凱迪拉克一家獨大,而是與其供應(yīng)商合作伙伴伊頓合作的結(jié)果。
當(dāng)時的數(shù)據(jù)說發(fā)動機ECU芯片可以達到“每秒30萬次計算”,但用戶已經(jīng)證明,這個數(shù)字遠遠不足以支撐電控系統(tǒng)所需的控制水平,導(dǎo)致各種問題。比如搖臂控制系統(tǒng)速度不夠快,無論是加速還是減速,都不能及時響應(yīng)駕駛員右腳,帶來動力輸出的延遲;閉缸系統(tǒng)和噴油系統(tǒng)之間存在矛盾,兩者都不能準(zhǔn)確判斷發(fā)動機的工作狀態(tài),因此經(jīng)常出現(xiàn)噴油過量或不足的現(xiàn)象。即使在高速巡航時,電子控制單元也會崩潰等等。就像玩Switch游戲《分手廚房》時兩個人無法完成合作一樣尷尬。對于當(dāng)時的通用來說,這個水平太難了。
亮點與槽點齊飛,L62發(fā)動機首創(chuàng)了可變缸技術(shù),但由于控制模塊可靠性差,芯片處理速度慢,大規(guī)模故障和投訴很快接踵而至。因此,凱迪拉克不得不將其退出歷史舞臺。
通用發(fā)動機工程師的神奇腦洞并沒有得到想要的效果,L62發(fā)動機的變缸技術(shù)也沒有落地運轉(zhuǎn),但卻吸引了全球車企的目光,為大家開拓了新的思路。那些排量大的大塊頭或許可以兼顧高性能和低油耗,只需要關(guān)閉一些氣缸。后來,奔馳、本田、克萊斯勒、大眾和馬自達也推出了類似的產(chǎn)品。
變缸技術(shù)雖然增加了發(fā)動機的成本,但是早期的燃油經(jīng)濟性并沒有大家預(yù)期的那么好,所以并沒有得到廣泛的應(yīng)用,基本上只能在大排量和多缸的機器上使用。21世紀(jì)(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)到來后,全球的油耗和排放法規(guī)更加嚴(yán)格,這迫使車企拿出更省油、排放更低的發(fā)動機。因此,這項技術(shù)已經(jīng)開始出現(xiàn)在對人民相對更友好的發(fā)動機上。
2021年,大眾發(fā)布主動缸技術(shù),在四缸發(fā)動機上實現(xiàn)變缸技術(shù)。
2021年,福特在三缸1.0T發(fā)動機上增加了可變缸技術(shù),可以瞬間將嘉年華(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)變成雙缸驅(qū)動。
2021年,馬自達還發(fā)布了停缸技術(shù),使得SKYACTIV-G 2.5L四缸發(fā)動機在高速巡航時只使用中間兩個氣缸,隨后在馬自達CX-5(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)和馬自達6(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)實現(xiàn)了量產(chǎn)。
作為這項技術(shù)的開創(chuàng)者,通用汽車從未放棄過可變缸技術(shù)的研發(fā),在一些重型概念車上也表現(xiàn)出了對可變缸技術(shù)的執(zhí)著和向往,比如2021年的凱迪拉克Cien概念車,2021年的十六座概念車。
2021年,通用汽車發(fā)布了第三代可變缸技術(shù),在雪佛蘭Solod的L87 6.2L V8發(fā)動機上率先量產(chǎn),也從最初的DoD更名為AFM主動燃油管理系統(tǒng)。這臺V8發(fā)動機有17種氣缸工作模式!根據(jù)行駛情況,可以選擇運行哪四個氣缸,切換速度可達80次/秒。
基于近40年的技術(shù)積累,通用汽車進一步擴大了可變缸技術(shù)在乘用車市場的應(yīng)用范圍。2021年,一臺代號為LSY的2.0T發(fā)動機誕生。
●魔缸是如何變化的?
言歸正傳,我們目前開始拆解通用的主機LSY 2.0T。拆卸的第一個目的是了解可變氣缸技術(shù)是如何工作的。
變缸技術(shù)不是暫停某些氣缸的運轉(zhuǎn),活塞和曲軸保持正常轉(zhuǎn)動,而只是停止點火做功。LSY 2.0T的核心原理是閥門啟閉控制。LSY2.0T擁有Tripower可變氣門管理技術(shù),硬件包括專門設(shè)計的進排氣凸輪軸、氣門、電控執(zhí)行器等。
節(jié)省了多少油?省在哪里?
官方稱,通用可變缸技術(shù)使LSY 2.0T與上一代發(fā)動機相比節(jié)省約10%的燃油。這10%的油耗降低一般來自:1。當(dāng)中間兩個氣缸關(guān)閉時,泵損失、閥門運動的機械損失、燃燒的熱量損失等。被省略;2.在低負荷下,與四缸運行相比,兩缸運行可以使發(fā)動機處于更經(jīng)濟的運行范圍。
與其他國家相比,一般LSY 2.0T的特點是升程調(diào)整階段較多。換句話說,它不僅有氣缸關(guān)閉技術(shù),還有可變氣門升程技術(shù)。這兩個系統(tǒng)使搭載這款2.0T的雪佛蘭探險者能夠?qū)崿F(xiàn)三種模式:
1.“四缸澎湃模式”:主要適用于急加速、高速勻速行駛,進排氣門保持高升程狀態(tài);
2.“四缸高效模式”:主要適用于中高速、定速行駛,進氣門保持低升程狀態(tài);
3.“雙缸驅(qū)動模式”:主要適用于勻速、減速、中低速下坡行駛,中間兩個氣缸氣門升程為0。
可變氣缸技術(shù)的核心部件如下:
在拆卸過程中,我們發(fā)現(xiàn)了6個凸輪軸位置傳感器,分別檢測進氣側(cè)和排氣側(cè)凸輪軸的角度和橫向位置。更精確地檢測凸輪軸是氣門正時和升程控制的基礎(chǔ)?,F(xiàn)在LSY特別重視電子控制系統(tǒng)?;蛟S是早年間,L62發(fā)動機的事故讓通用更加意識到控制系統(tǒng)的重要性。
除了可變缸技術(shù)之外,LSY 2.0T還擁有雙可變氣門正時系統(tǒng)DVVT,采用了中央結(jié)構(gòu),能夠比傳統(tǒng)的側(cè)面結(jié)構(gòu)更快地響應(yīng)最佳氣門開啟時間。
LSY 2.0T省油的秘密●當(dāng)氣缸數(shù)量切換時,振動會加倍嗎?
從四缸切換到兩缸,或者從兩缸切換到四缸,意味著發(fā)動機的振動模型完全不同。盡管四個氣缸中的活塞總是在旋轉(zhuǎn),但活塞在曲軸上的推力卻大不相同。為了提高自身的振動水平,LSY 2.0T在缸體底部增加了兩根平衡軸。
要使發(fā)動機表現(xiàn)出良好的平順性,不僅平衡軸和曲軸的設(shè)計,而且發(fā)動機和車身的隔振都起著關(guān)鍵作用。在駕駛裝有這款發(fā)動機的通用汽車時,或許有幾個敏感的人能感受到四缸和兩缸運行之間的切換,但在幾天的邊界探險者體驗中,我完全沒有注意到氣缸的切換。當(dāng)然,儀表盤和顯示屏不會給你任何提示。通用汽車的目標(biāo)是讓人們在沒有通知的情況下使用這項技術(shù)。
●節(jié)油秘訣:350Bar高壓噴射
這款LSY 2.0T采用主流的350Bar缸內(nèi)燃油噴射系統(tǒng)。與之前的200Bar系統(tǒng)相比,其噴油壓力變得更高,可以達到更好的燃油霧化效果,燃油粒徑僅為8微米。這就像把柴火劈成更小的塊,燃燒更充分,熱效率更高。國內(nèi)外車企都開始在新一代發(fā)動機中推廣這項技術(shù)。
●節(jié)油秘訣2:這個排氣不簡單。
LSY 2.0T的排氣設(shè)計值得細化。它采用的是氣缸蓋一體式排氣歧管,也就是說它把原來的排氣歧管和氣缸蓋結(jié)合在一起,它的主要目標(biāo)不是減少發(fā)動機體積,而是實現(xiàn)燃油經(jīng)濟性。換排氣管能省油嗎?秘訣在于合理利用余熱。
發(fā)動機的熱效率就像一個蛋糕,在工作中被各種零件分成只有40%左右,其中之一就是熱損失。如何利用好燃料燃燒產(chǎn)生的熱量是一門科學(xué)。如今,集成排氣歧管在中小排量發(fā)動機中越來越普遍。
你可能會奇怪為什么只有三個排氣口。這不是四缸機嗎?
原因是LSY 2.0T采用了霍尼韋爾公司生產(chǎn)的雙通道渦輪增壓器,匹配的排氣歧管經(jīng)過特殊設(shè)計。中間排氣口是2缸和3缸融合在一起的出口,1缸和4缸相互獨立,大大改善了發(fā)動機低速時的渦輪遲滯現(xiàn)象。
雙通道渦輪增壓器越來越普遍。除了霍尼韋爾,供應(yīng)商博格華納也在為寶馬、奔馳、長城提供這類渦輪增壓器。其核心目的是解決排氣管的相互干擾作用,使排氣更加順暢,提高增壓性能。雙通道增壓器為什么這樣組缸?原因是四缸發(fā)動機的點火順序是1-3-4-2或1-2-4-3,不同點火相位的氣缸同步工作。因此,最合理的方法是將氣缸2和3分成一組,分別為氣缸1和4。
●節(jié)油秘訣3:變排量油泵
傳統(tǒng)的兩級油泵可以增加發(fā)動機的高低負荷,調(diào)節(jié)油泵的功率和供油。這種無級調(diào)節(jié)油泵可以根據(jù)負載更精確、更多級地匹配最合適的供油。這也是基于更科學(xué)和浪費的設(shè)計邏輯。
●燃油經(jīng)濟性的秘密4:輕量化設(shè)計
在輕量化方面,除了鋁合金氣缸體和氣缸蓋,你可以在這臺發(fā)動機上找到許多減輕重量的技術(shù)和材料。運轉(zhuǎn)部件的重量減輕了發(fā)動機的負荷,直接提高了燃油經(jīng)濟性。外殼和附件的減重也可以間接提高整車的燃油經(jīng)濟性。
節(jié)省發(fā)動機燃油的秘訣并不僅限于這幾點。減少摩擦損失、減少泵送損失和改善燃燒效果也提高了發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性。
●總結(jié)
有些朋友可能已經(jīng)感受到了上一代的通用2.0T發(fā)動機。代號為LTG的2.0T機器顯然傾向于高性能輸出,261馬力在當(dāng)時的2.0T中非常強勁。拆解這一代LSY 2.0T后,我們發(fā)現(xiàn)它采用了很多節(jié)油技術(shù),變缸技術(shù),主動熱管理,變排量油泵等等。顯然,在節(jié)能減排的大趨勢下,通用汽車改變了2.0T發(fā)動機的特性。
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