国产发动机现在到底什么水平,技术值得信赖吗?

国产发动机现在到底什么水平,技术值得信赖吗?

身边不少人问过我选车的问题,表明预算、需求之后,很多人都会严肃地补上一句:“不要国产车,发动机不行。”稍微认真一点的会看看配置表上的参数,发现功率扭矩其实并不低,又嫌排量太小。

最后,买了一台排量一样的合资车……这种选择性失忆我是服的。

这两年,每逢中国品牌有新发动机推出,我都会提前做些功课。不为别的,就是想让大家了解到:中国的前沿发动机产品早已脱离“油耗高动力差”这种传统认知了,东风、长城、吉利等一线品牌正在大踏步地更新自家的产品。如果你真的在乎发动机,也别只把关注点停留在最大功率、最大扭矩这些表面参数上。

觉得发动机的万有特性图太难懂,至少可以了解一下外特性曲线,明白峰值扭矩到来之前和结束之后,扭矩的变化趋势,以及功率随转速的增益关系。决定车辆加速能力和极速的根本要素是功率,而且这两个参数也得结合排量和热效率一起考量。

我体重75公斤,卧推90公斤,但我肯定打不过70公斤的拳王播求,对吧?播求那一身都是腱子肉,我一身肥膘;播求经过专业的训练,我就小时候打过几次架……人家吃俩馒头能扛半天沙袋,我吃俩馒头扛几次就累趴了。发动机也一样,不同排量机型,升功率、升扭矩决定了这台发动机“能不能打”。热效率指的是发动机中转化为机械能的热量与汽油燃烧产生的热量比值,好比吃了多少饭、干了多少活,是衡量发动机动力输出与燃油经济性的重要综合指标,也是主机厂动力系统研发能力的体现。

如同摄影中的光圈、快门、ISO,发动机的升功率、升扭矩和热效率也呈现此消彼长的关系。这很符合我们的常识:动力强就费油,省油的车开着肉。人可以通过不停的锻炼,反复打磨技术动作和科学的饮食作息练成拳王,发动机为什么不行呢?对于家用发动机而言,如何在保证动力输出的前提下提高热效率,这是几乎所有厂商都在做的课题。

找了市面上主流的几款1.5T机型,其中4款自主机型是近两年装车或即将推出的,2款国外品牌1.5T则是大家津津乐道的品牌,1个日系1个德系。综合排一下序,在升功率、升扭矩和热效率三角关系中,靠前的两个机型A和B,一个升功率破百达到102kW/L,热效率39%,另一个热效率高达41.07%。需要注意的是,这里的“升功率破百”和汽车爱好者们常说的“破百”不是一回事——后者是马力破百,增压机型中比比皆是;前者指的是千瓦破百,这在同级别中就非常罕见了。

更要命的来了,我列出的A和B,其实是同一款发动机的两个版本,动力版和高效版,这款发动机就是东风风神C15TDR。

高段位拳击手比赛,最后比的其实是步法。虽说整车的驾驶体验还要考虑传动系统的调校、NVH等多方面因素,但发动机的性能指标仍然是一台车的核心。上面的图表中列出了主流机型的升功率-最低比油耗分布,越靠右下说明效率越高,也就是吃得少、干活多。显然两版C15TDR机型比较“吃香”。高效版的热效率41.07%是什么概念?目前自吸发动机的最高热效率不到42%,而增压机型行业普遍水平也就35~38%。按照风神的规划,41.07%的发动机将来会应用到混动车型上面。

低油耗+动力强不是绝对意义上的鱼和熊掌,市面上1.5T跑到7秒的家用车不是没有,可能会牺牲一些油耗,但也看主机厂想下多大功夫。练健美的都知道,肌肉一定要一块一块针对性地练,才能雕琢出优美的线条。发动机也在往模块化方向发展,愿意花成本整上,匹配好了,一般成绩都不会差。

比如说为什么有的车排量不高,油耗也不高,但仍然很有劲?开发阶段四个措施:

还是以风神C15TDR为例,作为增压发动机,行业已经普遍认同350Bar高压直喷是满足国6b排放,同时不牺牲动力的最直接有效的方式之一。C15TDR也不例外,相比以前的200Bar压力,经过350Bar高压共轨和6孔复合喷油器之后,燃油颗粒的雾化效果会更好,相对于空气的比表面积进一步增大,进而有利于燃油快速、充分地燃烧。

燃油喷入气缸,还要经过活塞顶的导流提升滚流比,滚流比高了,燃烧时火焰传播的速度就会加快,所以现在的发动机多数都做了活塞顶型面优化。另外,高速燃烧可以在一定程度上抵消稀燃和EGR带来的燃烧不稳定,进而提高热能向机械能的转化效率。C15TDR相比上一代机型,滚流比提升了21%,同时还用上了高压水冷EGR,EGR率达到20%——这种“配置”风神C15TDR和国外机型的同步率是比较高的。

高压缩比对燃油经济性效果拔群,C15TDR动力版的压缩比已经达到了12:1,这已经接近增压机的上限了。而在节能版上面,考虑到将来混动系统需要发动机更多工作在热效率甜点附近,不需要很强大的动力输出,因此压缩比为10.5。另外,阿特金森循环大家可能都听说过,C15TDR上面通过调节DVVT进排气门相位正时,实现了膨胀比>压缩比,也就是阿特金森循环。高压缩比可能带来爆震,C15TDR通过鱼腹式进气道和导气屏构建快速燃烧系统,降低发动机爆震倾向。

降摩擦的措施目前都比较主流了。我把玩了一会儿C15TDR的拆机零部件,活塞裙、连杆轴销、气门挺柱活塞销都有类金刚石涂层,摸着滑溜,实际作用也是降低活塞和曲柄连杆机构产生的摩擦功。为了降摩擦,机油也不能放过,C15TDR采用0W~20超低粘度机油,国外这个排量水平的品牌要想有个好动力参数,也会这么选。

机油起到润滑和润滑的作用,其流路就如同人体的血管。人静止和运动时血液的循环速度不一样,刚吃饱饭血液会更多流向胃部促进肠胃蠕动,这是一个生物本能的控制过程。发动机的冷却和润滑也是这样的,哪里热,优先给那个部位降温;冷启动时呢,还得尽快让发动机进入最佳温度状态。所以一套智能的热管理系统就很有必要了,这是主机厂控制冷车排放、避免无谓消耗的重要手段。

冷机启动,发动机水温迟迟不升,不敢深踩油门?那是发动机的工作温度上不来,热机太慢导致的。目前的主流解决方案是集成排气歧管+智能热管理,利用冷机状态下较高的排气温度迅速帮助发动机升温。

比较创新的一点,风神C15TDR首次采用了双腔油底壳,大小两个嵌套在一起。冷机状态下,先让小油底壳里面的机油参与循环。等发动机温度上来之后,小油底壳里面的机油温度上升,此时金属簧片受热形变,大油底壳里面的机油也会参与到循环中来。同时,双腔油底壳并不会增加用户的机油加注量,不会提高保养成本。印象中这种油底壳结构之前只有日系1个品牌在用,国内还是首次。

C15TDR的连杆中间能隐约看到一条“裂缝”,这可不是坏了,而是采用了涨断工艺。相比车铣,涨断真圆度更好控制,同时由于断面是不规则的,后期工人安装也就不会出错了。

至于这款机型的耐久性,我相信没有一个自主品牌敢在发动机上“省料”。120余项单体验证,累计台架试验台时超过43000小时,实车验证里程超过700万公里。这就是一款新发动机从开发验证到可靠性验证必须经历的过程。

为什么我愿意跟大家分享中国品牌的发动机技术,就是因为我们在升功率、升扭矩、热效率这“三要素”上有了极大进步,但很多人关注的仅仅是排量这种简单的参数。“小马拉大车”一定费油?这个观念已经跟不上时代了,“国产发动机不行”更是有失偏颇。通过模块化的技术加持,让小排量增压发动机拥有良好的动力体验,提高升功率、升扭矩和热效率,这是主流车企都在努力的方向。

基本可以断定,未来家用车将会是1.4~1.6这个排量的天下,而风神C15TDR发动机可以同时满足“动力更强”与“油耗更低”,背后是通过模块化的技术,将一个个小细节打磨完善,再经过反复的标定、测试、耐久性验证,才有了41.07%的热效率、102kW/L的升功率和217Nm/L的升扭矩。