三缸机的“逆袭” 上汽通用积极布局小排量发动机
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2018-07-12 00:00 编辑: CN汽车网

  7月9日,由寰球汽车主办的“燃·力量”汽车动力发展趋势高峰论坛在京召开。多位内燃机领域权威专家汇聚一堂,通过解读汽车动力的新技术,分析汽车动力未来的发展趋势。


  在节能环保大背景下,传统内燃机究竟如何应对排放以及燃油消耗的限制?如何不断提升产品的功能性与稳定性?如何进一步挖掘发动机的潜力?这些课题具有越来越重要的现实意义。因此,在排放法案严苛要求和消费价值观向环保转变的双重背景下,以三缸为代表的发动机“小型化”、“合理精简”成为继涡轮增压之后,内燃机发展的新趋势。

内燃机downsize是大势所趋

  全球范围内日趋严苛的排放法规鼓励车企加大对小排量发动机的研发投入与技术革新,而不是停留在沿用已有技术上裹足不前。其实,从某种角度看,汽车发展史也是一个缸数不断减少的历史,从12缸到8缸,从6缸到4缸,再到3缸,缸数减少的背后要求技术含量不断提升,提高性能并减少油耗及排放。


  事实上,代表发动机技术进步的标志,不是缸数,而是单缸效率。增压小型化、单缸效率提升、摩擦功改善、轻量化技术、尺寸紧凑优化等先进技术的不断突破,令1.0L-1.5L的小排量发动机中,“3>4”成为现实,三缸发动机比四缸发动机实现了更高的效率、更低的油耗、更少的排放。对于全新一代增压发动机而言,发动机升功率一般在85-100kW/L,对应中国乘用车市场主流的动力需求,排量范围在1.0L – 1.5L为主。而单缸排量对于发动机动力性和燃油经济性的平衡尤为关键。单缸排量在一定范围内的上升有利于燃油经济性的明显改善。对于目前中国市场1.0 – 1.5L主流排量,选择三缸发动机,单缸0.33 – 0.5L显然是一个最佳的选择。

三缸机正“逆袭”成为市场主流

  放眼海外,欧洲市场上,BMW, Audi, VW, Toyota, Ford, Nissan, Honda等20多个品牌都已推出三缸车;北美市场,除Ford, Nissan在售三缸车外,未来5年BMW, Volvo, Toyota等车企也将推出三缸车;日本市场,搭载三缸发动机的K-Car大行其道。据不完全统计,2017年,仅西欧市场三缸车全年销量超过200万辆。


  在中国市场,随着通用、宝马、福特、标致雪铁龙等跨国车企巨头围绕三缸涡轮增压发动机进行密集布局,上汽、吉利、长安等越来越多的中国自主品牌也纷纷加入了三缸发动机产品的阵营。同时,三缸机的产品布局也在从小型车、中型车到中大型车,从轿车、SUV到MPV,从豪华品牌、合资品牌到自主品牌发展,覆盖各大主流细分市场。目前,国内在售三缸车品牌已超过20个,并且,各大车企都在增加三缸发动机车型的投放速度与力度。根据IHS预测,未来5年,国内销售三缸车的汽车品牌预计超过60个,覆盖BMW, Volvo, Volkswagen, Audi, Toyota, Honda, Nissan, Ford, Hyundai, Geely, Lynk&Co等几乎所有主流汽车品牌。HIS还预测,2019年后,欧洲/中国市场三缸机年销量预计均将超过300万辆;到2025年三缸车预计保有量欧洲将达到3000万辆、北美为400万辆、中国则可达到5000万辆。而在在权威性的“国际引擎年度大奖”十佳评选中,三缸发动机从2015年至今,已经包揽了1.5L及以下排量的所有奖席。

上汽通用汽车积极布局小排量三缸技术

  上汽通用汽车别克品牌是目前国内对于三缸技术布局最坚决的主流合资品牌,去年10月上市的新英朗、阅朗以及GL6上全面搭载了通用汽车基于全新架构开发的全新一代1.0T/1.3T Ecotec双喷射涡轮增压发动机。全新一代1.0T/1.3T双喷射涡轮增压发动机不仅荟萃领先科技,而且依托全球领先的智能制造和高标准全球供应链打造,具有高性能、高可靠、高科技以及低油耗、低排放、低重量的“三高三低”特性。


  在全新一代1.0T/1.3T双喷射涡轮增压发动机的设计开发上,上汽通用汽车并非简单的“4-1”,而是大量采用领先动力科技,以达到发动机动力性和燃油经济性的最佳平衡。以1.0T Ecotec双喷射涡轮增压发动机为例,与目前市场主流的自然吸气1.5L四缸机相比,它新增了电子执行器涡轮、钟摆式双质量飞轮、双气道喷射DPI、机油冷却器和冷却喷嘴等技术特征,升级改进了中置可变正时、铝缸体、高性能材料曲柄连杆机构、分离式冷却结构等多个零件和系统,在性能全面超越四缸机的同时,发动机成本相比主流自然吸气四缸机提高了40%。


  全新一代1.0T/1.3T双喷射涡轮增压发动机的DPI智能单缸双喷射燃烧系统,是全球首次应用在增压发动机上。连同全新设计的高效燃烧室、高滚流进气道,以及行业领先的电动放气阀技术、超低惯量涡轮增压器和中置大角度全程可变正时技术等,不仅强化发动机性能表现,达成“小排量大功率”的设计目标,而且在全方位超低摩擦设计与先进的智能热管理的助力下,燃油消耗率指标也实现了同级领先。1.3T发动机可输出最大额定功率120kW,最大扭矩230Nm,在1600~5200rpm 宽泛区间能够持续输出90%以上的峰值扭矩。与上一代的1.4T发动机相比,新1.3T发动机动力提升15%,油耗下降5%。另一款1.0T发动机的最大功率92kW,最大扭矩170Nm,在1500~5200rpm 区间可持续输出90%以上的峰值扭矩,而上代1.5L自然吸气发动机需要在4000rpm才能达到141Nm的最大扭矩。与之相比,全新1.0T发动机燃油经济性提升10%。
  过去消费者对三缸发动机的主要担忧在于NVH的控制。三缸机与四缸机在NVH上主要差异,一方面是惯性不平衡性,主要体现在一阶往复惯性力矩上,另一方面是720度点火缸数从4缸变为3缸后的扭矩波动差异导致了转速波动差异。Ecotec系列发动机创新应用了12项静音减振核心技术和8项整车静音NVH技术,提供了系统性的解决方案来加以应对。其中,对于一阶不平衡力矩方面,Ecotec 系列发动机一方面采用轻量化结构和高性能材料的应用降低了基础不平衡量,同时进行了多种整机平衡方案与整机匹配的选型,匹配出整车振动最优的组合;另一方面,引入了带减振橡胶齿轮的平衡轴系统。 而在转速波动方面,仅带钟摆式的双质量飞轮就带来了40%以上的转速波动降低,Ecotec系列发动机对整个传动系统进行了充分的优化。这20项综合发动机和整车静音技术的系统性解决方案,为Ecotec系列三缸机在各种工况下安静平顺运转方面的突破提供了关键性的技术基础,从而实现Ecotec系列三缸机及其匹配的整车振动和噪音表现达到甚至部分超越市场主流四缸机,全负荷加速噪音全面优于四缸表现。NVH表现正为消费者选择和评价别克Ecotec系列三缸机车型的重要的魅力质量之一。


  超高强度的试验和认证也为别克全新一代1.0T/1.3T双喷射涡轮增压发动机的可靠性和耐久性提供了充分背书。发动机在开发阶段进行的CAE虚拟仿真分析,共100多项、累积1000多轮次;开发过程中共制造原型机936台;完成了66项发动机系统试验;进行了735万次启停试验;发动机和整车耐久测试总里程近600万公里。
  此外,这两款发动机依托上汽通用汽车行业标杆级智能制造实力进行打造,主要包括:在国内动力总成制造领域首次应用的数字化工作平台和虚拟仿真技术,提升工艺开发的质量和效率;使用包括MES制造执行系统、三缸机高精度动平衡控制加工策略、全球一流高精度五轴加工中心、智能机器人等国际领先的智能制造系统,加工线自动化率高达95%;创新性地应用远程诊断与设备状态智能监控系统,充分预测并规避产品制造质量风险(例如发动机关键零部件精确追溯,如每个活塞都有单独的二维码可精准追溯源头)。值得一提的是,Ecotec系列三缸机的核心零部件都从全球知名供应商处采购,发动机的所有零件材料及工艺均满足通用汽车环保要求和最严苛的欧盟法规,从源头上进行严苛的质量控制,为产品提供了扎实可靠的质量保证。
  从设计到制造的全方位技术升级,从汇聚全球优势资源开发到全球供应链和世界领先智能制造的品质保障,上汽通用汽车别克全新一代1.0T/1.3T双喷射涡轮增压发动机不仅突破了制约三缸机发展的振动、噪音等瓶颈,突出展现了高性能、高可靠、高科技以及低油耗、低排放、低重量的鲜明优势,并且进一步降低了消费者的购买投入与使用成本,给用户带来新的用车体验。也正因如此,市场对此给予了积极的反馈。搭载新一代三缸机的别克车型自2017年第四季度相继上市,截至今年6月市场销售超过28万辆,,反映出今天的消费者对小排量三缸发动机已有了越来越多的接受和认可。

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