易车网2013年12月30日报道 说到汽车的家族化设计,相信这些年被某些品牌“洗脑”的我们,潜意识想到的无非是那些家族式脸谱。如宝马的双肾格栅+天使眼、奥迪的六边中网+泪眼大灯以及奔驰宽大的横幅装饰条+巨大三叉星标等。然而在这些“表面现象”成为经典被广泛认可之前,其更深层次的机械/电子技术则是推动他们成为世界巨星的最初原动力。下面我们就来聊聊那些隐藏在机体深处的发动机技术。
发动机,汽车的心脏,动力输出的根源,与驾驶员意图配合最默契的运动部件。它是涵盖了两大机构、五大系统的重要机械构造,所有汽车厂商谁都不敢轻视该领域的发展。其实说了这么多,发动机无非就是调和动力性和燃油经济性的场所。然而怎么能将大排量的高动力和小排量的低油耗完美的结合在一起,则是汽车工程师们研发发动机技术的初衷,也是发动机技术最精髓的地方。
那么都有哪些发动机技术呢?
我们都知道进气量的大小,与燃油混合程度的空燃比,气缸总容积与燃烧室容积的压缩比等指标都是决定发动机运动性能好坏的关键所在。所以这也就促使汽车工程师们研发出了增压系统(涡轮增压/机械增压)、缸内直喷、分层燃烧、可变气门升程/正时以及半球形燃烧室等技术。
除了燃油动力性和经济性,发动机还有其他指标吗?
发动机的平顺性也是一个不可忽视的指标,所以从发动机气缸的布局上便衍生出直列、V型、W型以及水平对置甚至转子发动机等。布局上的不同会带来气缸数的差别,而气缸的数量则直接影响着排量的大小(排量=单缸单循环排气量 气缸总数),而排量越大,发动机的功率及扭矩则会相应提高。
都有哪些发动机具有以上特性呢?
品牌
发动机特性目前国内搭载车型
| 宝马 | N55B30 | ||
| 福特 | EcoBoost | ||
| 大众/奥迪 | EA888 | ||
| 马自达 | 创驰蓝天 | ATENZA、CX-5 | |
| 水平对置 |
宝马单涡轮双涡管是什么?福特EcoBoost都有哪些技术?新一代大众EA888有什么亮点?马自达的创驰蓝天为什么能达到13:1压缩比?水平对置发动机为什么又叫Boxer发动机?欲知详情还请点击相应页数继续观看!
在说N55B30之前,我想有必要跟大家普及一下宝马发动机型号的命名规律。这样也能帮助大家对这款发动机的由来更容易理解。第一位字母N表示宝马一般汽车的代号;第二位数字表示气缸的布局以及缸数;第三位数字表示更改过的次数;第四位字母B表示汽油机;后两位数字表示发动机的排量。
N55B30型号直译:直列6缸更新过5次的3.0L汽油发动机
了解过命名规律之后,我们也就不难理解N55B30跟N54B30的关系了。没错,N55就是N54的更新换代版。而之所以要引出N54B30这款发动机,我想作为Bimmers(宝马粉)并不会感到意外,因为这是宝马从自吸时代向增压转型的重要之作。
从2007年出道开始,N54B30就获得了由美国权威杂志《Ward's Auto World》所评选出的“全球十佳发动机”的殊荣,并一直保持了三年之久,直到它的接班人N55B30的问世。而N55也将这一优良传统很好得继承了下来,时至今日仍活跃在年度十佳发动机大奖的名单上。
项目N54B30(最高调校版)N55B30
| 排量(ml) | 2979 | 2979 |
| 压缩比 | 10.2 | 10.2 |
| 最大功率(kW/rpm) | 250/5900 | 225/5800-6000 |
| 最大扭矩(Nm/rpm) | 450/1500-4500 | 400/1200-5000 |
| 发动机特性 |
虽然在参数上N55B30看似比N54B30降低了一些,原因也很好理解,少了一个涡轮嘛,但这并不意味着技术的倒退。相反,引入双涡管以及Valvetronic(可变气门升程)技术后,为N55带来了更早的扭矩爆发。另外,减少一个涡轮之后也降低了一些发动机质量,再配合上无极可变的气门升程技术,使得N55B30的油耗比N54B30降低了18%(官方数据),同时也符合了欧5的排放标准(N54只符合欧4标准)。
都有哪些车型搭载N55B30这台发动机?
车型售价
| 宝马335Li/335i/3系混动 | 60.26万~66.90万 |
| 宝马535Li/535i/5系GT | 64.66万~100.80万 |
| 宝马740Li | 122.35万~133.35万 |
| 宝马X3 xDrive35i | 72.50万~71.60万 |
| 宝马X5 xDrive35i | 90.10万~105.40万 |
| 宝马X6 xDrive35i | 106.30万~106.30万 |
从上表中我们不难发现,这台N55B30发动机基本涵盖了宝马3.0L排量的所有车型,可谓是撑起了宝马中高端市场的半边天。而N55B30的功绩还远不止这些,尺寸更小一号的N20B20(直列4缸2.0L发动机)就是通过N55B30精简而来。目前搭载的车型有宝马320Li、328Li等2.0T排量的车型上。
小结:其实宝马并不是涡轮增压的鼻祖,单涡轮双涡管的技术也是三菱最先研发出来的,而可变气门的升程或正时技术也比不上本田和丰田有发言权,但宝马是把这些技术整合在一起做得最好的品牌。相信不管您去任何一家宝马4S店,其店内的销售人员都会趾高气扬的告诉您“这款车搭载着目前世界上最好的
跟宝马的N55B30不同,EcoBoost并不是福特的某一款发动机型号,而是集成涡轮增压、缸内直喷以及双独立可变气门正时系统三大技术的统称。所以EcoBoost的应用非常广泛,可以说福特目前凡是涡轮增压车型均带有EcoBoost技术。从排量上讲涉及有1.0T、1.5T、1.6T、2.0T、2.3T以及3.5T。
福特走涡轮增压的道路同样并不是很长,EcoBoost发动机直到2008年的底特律车展上才正式定下名来(曾用名为TwinForce)。不过在美国这个偏好大排量自吸发动机的国度,福特首款3.5L V6双涡轮发动机算得上是奇葩产物了,虽然有媲美V8引擎的数据,但当时并没有引起太大的重视。
然而福特并没有放弃涡轮增压技术,甚至在排量上还越做越小,完全一副不顾世势的态度。同样是2008年EcoBoost第二款产品2.0L 直4发动机诞生了,搭载在福特探险者概念车的身上。要知道当时像探险者这样的中大型SUV动辄搭载的都是3.0L以上的排量。这足足少了一公升的发动机不免引来了众人非议,“小马拉大车”的质疑也成为了当时最新潮的词语。
事实证明福特走小排量涡轮增压之路是正确的,在全球空气污染日益严重,新能源汽车尚不成熟之际,唯有小排量涡轮增压是这种过渡时期的不二人选。功夫不负有心人,在经历多年诟病和质疑声中,福特在2011年推出的1.0T 三缸涡轮增压发动机一经问世便获得了满堂喝彩。甚至其他厂商也开始效仿,如大众Up!1.0T 三缸发动机、日产/雷诺0.9T 三缸发动机等。
而在获得2013国际最佳发动机大奖之后,它还征服了“沃德”评委的心。在近日刚揭晓的2014沃德十佳发动机名单中,福特1.0T 三缸发动机再次榜上有名,这也是拥有20年之久的“沃德”历史上,第一台获得此殊荣的三缸发动机。
就跟06年德国世界杯意大利在电话门的阴影中奇迹般夺冠一样,福特同样在1.0T EcoBoost发动机大获成功之前经历着销量下滑、财政赤字(2009年一季度净亏损14 亿美元)等企业低谷期。凭借着穆拉利“我们要做优质安全的小型汽车”这一理念,才造就出福特在小排量增压发动机上的成功。而这张穆拉利亲吻1.0T EcoBoost发动机的照片也成为了足球界亲吻大力神杯似的永恒经典。事实上福特汽车扭亏为盈的转折点就是2011年(1.0T EcoBoost发动机问世之年)。
PS:穆拉利原话“我们过去主要关注卡车和休旅车,但现在要为美国消费者提供优质安全的小型汽车。”
图片来自福特官网(2013年9月17日)
时至今日(2009年至今),福特公司已经生产出200万台EcoBoost系列发动机,而现今平均以每月生产10万台的速度供应到全球市场当中。其中2013年预计将生产120万台,这将比2012年增长60%。另外,福特还表示将在未来的90%车型当中均应用EcoBoost发动机。
都有哪些车型采用EcoBoost技术?
车型售价
| 翼搏1.0T手动尊贵型 | 11.98万 |
| 嘉年华1.0T | 即将上市 |
| 嘉年华ST | 18.59万 |
| 福克斯ST | 25.98万~26.58万 |
| 全新蒙迪欧 | 17.98万~26.58万 |
| 翼虎 | 19.38万~27.58万 |
| 锐界2.0T | 29.28万~35.68万 |
这个阵容随着福特未来在华投产计划的实施还将日益壮大,从目前的消息得知嘉年华1.0T车型有望在年底前正式上市。而未来全新福克斯、B-MAX以及即将引入国内的全新车型,福特ESCORT和福特金牛座都将搭载EcoBoost发动机。
车型ESCORT全新福特锐界金牛座全新B-MAX全新野马
| 车型类别 | 紧凑级三厢车 | SUV | 中大型 | MPV | 跑车 |
| 预计国产上市 | 2015年中旬 | 2016年 | 2016年 | 2016年 | 2015年 |
小结:EcoBoost发动机的成功不仅为福特打赢了一次漂亮的翻身战,甚至为整个汽车界打开了一扇新的窗口。就连一直以鼻孔视人,奥迪和宝马在他眼里都是小P孩的戴姆勒集团,都对福特这款1.0T三缸发动机赞赏有佳。目前戴姆勒已与福特进行合作,共享发动机技术。福特将把1.0升三缸EcoBoost发动机的资料给予戴姆勒集团,而作为回报福特将获得奔驰发动机分层洁净燃烧的相关技术信息。
大众的涡轮之道相比之下走得就略长一些了,细纠的话可追溯到上世纪70年代,早在1979年奥迪就推出了一款涡轮增压车型,算来已有近35年的历史了。但今天我们的主角EA888发动机,在这大众“T”时代的历史长河中则是相对年轻的一位。
2006年才诞生的EA888发动机,相比其前辈EA113并没有多大性能上的突破,而是在发动机的平顺性以及降噪方面略有改进。不过在新增AVS(可变气门升程)技术以及调高平衡轴位置之后,导致EA888的改装潜力大减,这也就是为什么EA113至今仍活跃在大众四缸高性能轿车(如奥迪TTS、高尔夫R)上而没被EA888完全取代的原因。
本来想借着EA888的美名在汽车界多威风几时,但是没想到半路杀出的宝马N20和福特2.0T EcoBoost打醒了大众的美梦。沃德十佳发动机的名单也从2010年后便不见EA888的身影。但拥有10家汽车品牌的大众集团怎能就此屈居人后?怎有颜面面对尊称其为神车的亿万万国人?于是大众在2012年发布了全新一代(第三代)EA888的技术信息,以此来宣布王者的归来。事实上,在刚刚出炉的2014沃德十佳发动机的榜单中,大众正是凭借第三代EA888 1.8T发动机,时隔3年再次杀回到这傲视群雄之巅。
PS:其实大众推出第三代EA888的真正原因是为了满足苛刻的欧6排放标准。
大众在宣传这套缸盖内置排气歧管时表示“这是世界上首款使用这种方法来设计排气歧管“。确实,有谁会想到利用缸盖内的冷却水道对排气进行冷却呢。看看随之而来的问题吧,在启动瞬间沸腾强度比上一代大幅提升,随后又急速下降,长此以往很难不让人担心其寿命问题啊。而如此复杂的结构在维修上应该也是一笔不小的开销。
大众为第三代EA888增加的又一项革命性技术是复合喷射系统,即FSI+MPI的混合喷射技术。在经过进气管内的多点电喷以及气缸内的缸内直喷之后能大幅提高缸内压强(从之前150bar提升至200bar),从而爆发出更大的活塞推动力,增大发动机功率及扭矩。
还是从数据说话,第三代1.8升EA888发动机可在1400转等情况下便能爆发出320Nm的最大扭矩,并一直持续到3700转。而右边的坐标图告诉我们在1500转额定不变的情况下,第三代的1.8升EA888发动机不足3秒便能到达峰值扭矩。这样的表现远远超过第二代1.8升的表现,甚至堪比2.0L发动机。
发动机型号第二代1.8第二代2.0第三代1.8第三代2.0
| 最大功率(kW/rpm) | 118/4500-6000 | 155/4300-6000 | 125/3800-6200 | 165/4500-6250 |
| 最大扭矩(Nm/rpm) | 250/1500-4500 | 280/1500-3900 | 320/1400-3700 | 350/1500-4500 |
| 排放标准 | 欧5 | 欧5 | 欧6 | 欧6 |
由于排气歧管布局的改变,大众不得不重新设计一个涡轮增压器。不过大众并没有糊弄,而是加入了多个创新技术。比如首次使用了电控泄压阀激励器,与上一代的压敏装置相比,能够更快速和精确地控制排气泄压阀的开闭。另外,氧传感器也设置在更靠近废气涡轮口,这样能更早得对排气成分进行分析,进而实时调整发动机混合气的浓度,进一步提升发动机的效率和动力性能。
热管理系统说简单点就是个自动空调,电子程序设置好最佳工况温度后(发动机在冷却水温90 时工作效率最佳)通过冷却智能控制模式和风扇智能控制模式来维持发动机在一个最佳的温度下工作。由于缸盖内置排气歧管的设计,导致第三代EA888的热管理系统尤为重要。大众为此进行了大量的数据模拟分析。
除此之外,大众还为第三代EA888发动机减重不少,其中3mm气缸壁号称是业内最薄。而整个气缸体仅为32kg的质量也比上一代轻了5kg。
哪些车会搭载第三代EA888发动机?
率先搭载的应该是2014年上市的全新一代奥迪A4以及高尔夫7 R,随后肯定会在未来更多的大众旗下车型上应用,预计将会全面取代现款第二代的EA888发动机。甚至还将会取代EA113系列发动机,毕竟大众旗下高性能4缸车一直用着十多年前的产物确实有些说不过去啊。
小结:减重、增压、动力提高、污染物降低这似乎是汽车发展恒古不变的方向。然而在当今汽车发展相对成熟,技术突破遇到瓶颈的年代,以上这四点要求还能通过一款发动机全部得以体现,实在让人钦佩不已。所以大众有这么多死忠的粉丝也就不足为奇了。
吃腻了上面的涡轮大餐,下面让我们来换换口味,聊一聊马自达的创驰蓝天发动机。跟以上几位欧美大佬们动辄拥有好几年的发展历史不同,创驰蓝天技术至今也才不过3年的光阴。在正式介绍这位“小伙子”之前,我有必要向大家声明的是,创驰蓝天并不是发动机的技术总称,或者说不只是发动机。它还集成了变速箱、底盘以及整个车身结构四大部分。而今天我将主要说说创驰蓝天中的发动机技术。
相信提到创驰蓝天发动机,这几年被马自达铺天盖地般宣传过后,谁都能说上一句“14:1压缩比”(欧版为14:1,北美、日本及国内为13:1)。但你能说出什么是压缩比吗?它有什么作用?这一切的疑问都是今天要一一解决掉的。准备好了吗?让我们开始吧!
或许我们都知道压缩比越高就越能压榨出燃油的燃烧效率,从而达到更高的动力输出。官方数据表明,压缩比从10提高到15时,可提高燃烧效率约9%。然而为什么市面上的大部分汽车均维持在10左右的压缩比?高压缩比会带来怎样的影响?其中原因之一就是气缸爆震。而由爆震所引起功率下降的负面效果远比高压缩所带来的高燃烧效率要影响的大。这也是各大汽车厂商止步不前(压缩比方面)的罪魁祸首。所以什么是爆震现象?赶快了解下吧!
爆震现象的产生,为什么压缩比越高越容易发生爆震现象?
由于压缩比提高后,压缩冲程上止点附近的温度会升高。而在过于高温、高压的环境下便会使油气自燃,从而打破火花塞点火,正常燃烧的工作规律,爆震也就随即产生了。所以压缩比越高,气缸上止点(燃烧室)温度越高,就越容易产生爆震。
那么在了解以上这些之后,下面就回归正题,说说马自达是怎么做到高压缩比的同时又避免爆震发生的吧?
题外话:其实对于熟悉赛车或是喜欢改装的车迷朋友来说,“421排气系统”并不陌生。这并不是马自达独创的技术,更不是什么新鲜玩意,其一直应用在F1赛车上。只不过马自达是第一个把该技术搭载到民用量产车身上的品牌。
上面说到爆震发生的主要原因是缸内温度(主要由废气残余量决定)过高,而减少残留气体的方法之一便是4-2-1排气系统。如图所示,如果排气路径较短,第3气缸的废气容易进入即将开始进气冲程的第1个气缸中,这样一来,已经排出的气体就会再次被吸入燃烧室,便会使高温的残留气体增多。而在4-2-1的长路径排气系统中,这样”倒吸“的尬尴现象就不会发生了。
当然高压缩比所容易产生的爆震现象光靠一个4-2-1排气系统是不够的,马自达还通过推迟点火时间、设计凹顶活塞以及缸内多孔直喷技术来协同改善燃烧环境。
此外,创驰蓝天汽油发动机还对多个运动部件进行了轻量化改造。如对活塞和活塞销减重20%,连杆轴减重15%,曲轴主轴颈减重6-8%,最终发动机减重10%。这样做的好处不仅能减少运动惯性,从而在低速状态下爆发出更大扭矩,还能延长发动机的使用寿命。一手举1kg哑铃,一手举3kg哑铃,哪边先做不下去?道理不言而喻了吧。
马自达的所有车都会搭载创驰蓝天发动机吗?
这个是肯定的。在刚出道的第一个年头(2011年)就获得沃德十佳发动机,哪有不全系标配之理。不过目前国内上市的只有进口/国产CX-5以及马自达ATENZA享有创驰蓝天技术。其余车型在未来换代之后也将会全面更新。
小结:说实话,马自达给我的印象一直不错。从40年前坚持己见推行转子发动机,到如今突破瓶颈创造超高压缩比的创驰蓝天,都给世人一种眼前一亮的感觉。再加上马自达最新的“魂动”家族前脸,这般从内到外大换血似的产品更新,即使不成功其诚意也足以让我们尊敬。反观那些德系品牌,同样是换代差距咋就那么大呢!
不管是大众的EA888还是宝马的N55,他们都逃脱不了直列或是V型等传统布局的命运。而它们跟接下来要介绍的水平对置发动机相比显然就不是一次元的产物了。你可以把水平对置想象成是足球界的伊布拉希莫维奇或是NBA赛场上的艾佛森,虽然我们垂涎其无双的战力,但相对小众的他们却始终无法成为像C罗,梅西或是科比这样的球员楷模。接下来让我们走进这发动机中的吕奉先,看看它有什么资本可以抵抗住群英的挑战。
水平对置发动机目前只有斯巴鲁和保时捷两家在做,但实际上宝马的R32摩托车、大众老款甲壳虫以及本田的GOLD WING(金翼)摩托车都使用过水平对置发动机。而在国内市面上我们能买到的,或者说更容易买到的只有斯巴鲁汽车了。保时捷国内在售车型中最便宜的Bxster跑车也得花至少75.3万元。
从1966年开始,斯巴鲁就一直致力于水平对置发动机的研究,不过可能是由于世界在这领域可共享的资源有限,斯巴鲁水平对置发动机至今只进行了三代更替。第三代发动机是2010年发布的,之前的二代用了21年之久。而这第三代发动机正是斯巴鲁国内在售车型所搭载的,它都有什么技术亮点?答案马上为您揭晓!
TGV(Tumble Generated Valve)可变进气控制系统
TGV(Tumble Generated Valve)可变进气控制系统,同样是根据发动机的不同工况,调节进气阀门的开闭状态。例如在怠速时,阀门关闭,空气只能通过一个很小的窄道进入气缸,减少了怠速时不必要的尾气排放。而在高速运转时,阀门完全打开,大量的空气涌入气缸,满足发动机高负荷下的动力需求。另外还由于进气歧管上宽下窄的设计,混合气在进入气缸时还会产生涡流,进一步提高燃烧效率。
说完斯巴鲁第三代水平对置发动机的特点之后,还不得不提一下丰田与斯巴鲁合作研发的FA20系列发动机。它是在斯巴鲁Boxer发动机的基础上增加了一套丰田首创的D-4S双喷油技术。在缸体结构上,FA20放弃了EJ系列的小行程大缸径的偏重高转速的设计,而是采用了86mm 86mm缸径 行程的等长设计(这也是丰田86数字含义之一),这样做的好处是在保证动力性能的同时兼顾油耗及排放。
下面说点实际的吧,斯巴鲁的这台FA20系列发动机一经推出便获得了2013年沃德十佳发动机的殊荣。而它所搭载的丰田86和斯巴鲁BRZ在北美卖得也是相当火爆。因为重心更低、工作更稳定的水平对置发动机非常适合搭载讲究性能操控的车辆上。此外,斯巴鲁在FA20的基础上还衍生出性能更强劲的涡轮增压版本。220千瓦/400牛米的动力参数作为一款2.0T的发动机来讲绝对是数一数二的级别了。
目前国内在售的水平对置发动机车型都有哪些?
车型售价
| 19.98万~23.28万 | |
| 22.98万~36.98万 | |
| 丰田86/BRZ | 26.90万~27.90万 |
| 力狮 | 25.98万~36.98万 |
| 傲虎 | 29.98万~44.98万 |
| 翼豹 | 33.98万~49.80万 |
| 驰鹏 | 58.78万 |
| 75.30万~100.10万 | |
| 76.10万~105.20万 | |
小结:其实水平对置发动机的功效还远不止这些,由于位置更低,布局更均衡从而可以更好的放置变速箱以及差速器和传动轴等驱动系统。事实上斯巴鲁首创的左右对称全时四驱系统(SymmetricalAWD)便是在水平对置发动机的前提条件下应运而生的。
全文总结:
发动机对汽车来说就好比心脏对人体的重要性,而相比于人体心脏,由于技术和结构的不同,汽车发动机则不那么大同小异。这也是我们做这期发动机技术盘点的初衷。当然,这里介绍的各品牌发动机必须是当今车型上主流的发动机类型,像大众经典的VR6发动机就不是这类选题介绍的对象了。
在第一期推出之后,我们还将推出两期发动机技术盘点系列,其中第二期将隆重登场的有奔驰M27X系列、日产VQ系列、本田地球梦科技、丰田混合动力以及起亚现代GDi发动机。而在之后的第三期中我们将重点介绍自主品牌的发动机亮点。
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