沃尔沃和吉利的合作成果领克汽车,搭载了双方共同研发的2.0TD和1.5TD发动机。这两款发动机继承了沃尔沃T5、T6发动机的优良血统,曾连续三年获得沃德十佳发动机称号,实力不容小觑。领克发动机采用了多项先进技术,如高效燃烧系统、先进冷却系统、低惯量涡轮增压器和降摩擦技术等,实现了36%的热效率和近90kW/L的升功率,在国内市场处于主流水平。尤其是1.5TD发动机,通过进气masking技术加强进气滚流,配合200bar中置直喷喷油器,实现了高燃烧效率。此外,领克发动机还采用了分体冷却、集成排气歧管IEM等技术,有效解决了高升功率带来的热负荷问题,提高了冷却效率。同时,采用耐高温材料制造的涡轮增压器,提高了排气温度限值,减轻了大负荷工况的加浓程度,优化了油耗表现。当然,随着国六排放法规的临近,领克发动机还需面临更严格的排放限值考验。但总体来看,作为沃尔沃和吉利强强联合的产物,领克发动机的技术实力和市场表现值得期待。沃尔沃和吉利强强联合,领克发动机技术实力解析。继承沃尔沃T5、T6优良血统,连续三年沃德十佳。采用高效燃烧、先进冷却、低惯量涡轮等技术,实现36%热效率,近90kW/L升功率。面对国六排放挑战,领克发动机表现值得期待。
正式回答问题之前,有必要简单回顾下领克的亲爹娘——沃尔沃和吉利的过往:
1927,沃尔沃汽车诞生;
1959,沃尔沃发明汽车三点式安全带,并将这项专利无偿开放给整个汽车工业,一直沿用至今;
1967,后向式儿童座椅面世,并沿用至今;
2010,沃尔沃被吉利收购;
2012,吉利首次跻身世界财富500强;
2016,领克诞生;
2018,吉利世界财富500强位列267位。
所以,作为世界500强新贵和欧洲血统贵族联姻而生的领克,是否靠谱?且请客官继续往下看。
——严肃正经脸开始学术分析——
领克2.0TD和1.5TD的血统来源于沃尔沃的T5、T62.0T发动机,翻查一下沃德十佳发动机记录,单增压版的T5获得2015年十佳,双增压版T6连获2016、2017两年十佳,连续三年蝉联十佳,沃尔沃的实力毋庸置疑。
领克的2.0TD、1.5TD脱胎于沃尔沃的T5、T6,主打低油耗、重点提升低速响应性。1.5TD高功率版本升功率与沃尔沃T5基本持平,热效率在36%附近。
敲黑板时间!!!
热效率和升功率是鱼与熊掌,两者难以兼得!图1为TOYOTA基于各大整机厂的发动机性能数据库所做的对未来发展趋势的预测,可以看到,若要节油(热效率高),要以牺牲功率为代价(升功率低);相反,若要性能澎湃,油耗必定要折中。TOYOTA刚量产的TNGA2.5L混动版热效率就高达41%,但升功率只有52kW/L;领克的1.5TD呢?将近90kW/L升功率的同时保有36%的热效率,虽离世界先进发动机水平仍有差距,但在国内量产机型中属主流水平。
发动机设计是各性能指标相互制约的一个权衡考量的过程最后达到各系统集成获得1+1>2的效果。领克使用的技术并不高冷,可能各位看官早已看过,下面就由本答主细细道来。
一、高效燃烧系统
发动机本质是热功转换,在其他损失不变的前提下,燃烧越高效,未燃气体损失越少(unburnedexhaustenergy),最终输出的热效率越高(effectiveoutput)。
而说起燃烧,我们想起什么?寒冬的夜晚,古堡的深处,围绕在壁炉前,松木被缓慢而坚定地燃烧着,发出好闻的松香味,而你放下书,不时地去调整下柴火的位置,让火再烧旺一点。对,秘诀就在这里!调整松木间的位置,尽可能使更多的空气参与燃烧,是火烧得更旺的关键。由此可见,加强空气与燃料的混合,可以提高燃烧效率。
言归正传,领克的1.5TD采用的进气masking技术,目的在于加强进气滚流,其原理很简单,想象一下你正在给你的大花园浇花,水量已经开到最大,但你还是对花园另外一边的玫瑰花鞭长莫及,这个时候,你灵机一动,把水管捏小一点,嗯?水柱变长了,玫瑰花终于能如愿喝到水。在流量不变的前提下,通过减少截面面积,可以加快流体速度,Masking技术同理,通过在缸盖上设计一个凸起减小低升程时的进气流通截面(图3红圈),进气只能从另一边不受阻挡的截面流出并且速度增加,在缸内形成高滚流,与燃油充分混合后燃烧得更为充分,热效率得以提升。
燃油系统采用主流的200bar中置直喷喷油器,直喷的好处一方面在于燃油在缸内蒸发吸热从而降低了缸内温度;另一方面气化后的燃油与流经进气Masking的空气充分混合形成油气混合物。理论上越高的喷射压力,燃油被雾化的效果越好,上述好处的效果越显著,燃烧效率就越高。
二、冷却系统
还记得升功率这个概念么,之所以大升功率的发动机在目前市场上较为少见的原因是,升功率增大带来的热负荷加大对发动机冷却要求增高,对发动机零部件的耐久考验也更为严苛。优秀的冷却系统能根据不同的工况不同的热负荷需求来量身定制合适的冷却方案,达到冷却目的的同时,不浪费多余的能量(减少图2中的Wallheat,那么有效功effectiveoutput增大,热效率上升)。
领克采用分体冷却和集成排气歧管IEM技术来解决热负荷问题:
a、缸盖缸体分体冷却技术
传统的发动机水路是先进入缸体,再进入缸盖然后出水,水路由节温器开关控制(达到特定温度开启,否则常闭),这,问题就来了:
缸盖和缸体在适合的温度上难以取得共识,缸盖怕热(抑制爆震),缸体怕冷(降低机油摩擦),传统的冷却方案一刀切,无法使效率最大化,但现在,分体冷却技术到来了。
领克采用缸体缸盖分体冷却+双节温器方案,根据不同的发动机工况,为缸体缸盖分配不同的流量;在冷机启动的时候,可以直接把缸体的流量掐断,有助于快速暖机,减少怠速排放和油耗。
b、排气歧管集成(IntegratedExhaustManifold,IEM)
顾名思义,排气歧管集成技术就是把排气歧管集成在缸盖上(图5右)。这货有什么好处?嗯,好处多着呢!
首先是降成本和减重;传统的分体式排气歧管需要设计与缸盖结合面的法兰与螺栓,与缸盖结合处还需安装密封垫片,高温的排气歧管还需要设计一个隔热罩(图5左),而一体化设计可以完美减少这些重量与成本,并且带来若干好处如下;
二是可以跟缸盖共用水套,这样冷却效果可得到质一般地改善,排气温度显著下降,不仅降低了对后续涡轮的温度限值的要求,而且不需要像原有分体式排气歧管为了降低排气温度而对缸内进行加浓(燃油蒸发吸热),油耗得以优化,热效率上升;
三是可以缩短暖机时间,在冷机启动时缸盖水套除了被燃烧室内高温气体加热,还同时被排气歧管内高温排气加热,缩短了暖机时间,改善排放;
最后,IEM缩短了排气歧管管长,配合低惯量涡轮增压器,可以大幅缩短涡轮瞬态响应时间,改善加速迟滞现象,为用户提供更好的驾驶体验。
三、涡轮增压技术
一般来说,涡轮增压器只能根据低速扭矩或者高速扭矩需求来匹配小直径或大直径涡轮:如果关注低速响应性而选小直径涡轮,那么代价是额定功率点性能要折中,因为涡轮有转速限值(想象下用相同的力气去吹小风车和大风车,它们分别的旋转速度…);相反,如果关注功率点,那低速的响应性就要被割舍。
领克的1.5TD毫无疑问选的是前者。这款发动机采用的是小直径涡轮,重点提升低速响应性,在1000rpm时即可达到140Nm,1500rpm即可达到全扭矩输出,配合整车标定理论上可以给用户提供更为线性的加速体验,真实驾驶感受有待实车考证。
目前主流的涡轮增压器温度限值是950°C,而领克采用了由耐高温奥氏体不锈钢制造的涡轮增压器,排气温度限值提高至980°C;排温限值的提高大大减轻了大负荷工况加浓的程度,跟IEM综合运用使用,其大负荷工况油耗大幅改善,综合油耗下降。
四、降摩擦技术
摩擦的降低(friction,图2),可有效提升热效率。除了前述的运用先进冷却系统达到降磨目的外,使用低粘度机油也是个不二之选。
一般主流用的较多的是0W-30,领克使用的是市场上不多见的低粘度0W-20机油,配合两级可变机油泵,可根据不同发动机工况两级可调机油压力,降低功率损耗,实现燃油消耗降低1.5~2.5%。
————不像小结的小结————
领克此次发布的两款发动机,采用了高效的燃烧系统(进气masking)、先进冷却系统(分体冷却、IEM)、低惯量涡轮增压及多种减摩等技术,使发动机达到36%热效率,升功率将近90kW/L,给市场交出了一份尚为满意的答卷,但同时还应看到国六排放法规的临近(在北上广等地提前实施),PM、PN的排放限值进一步收紧,是对国内发动机水平的整体考验。领克这两款发动机配备的仍是200bar的直喷系统,如何应对国六排放限值,答主拭目以待。
REF
[1]SAE2018-01-0370
[2]SAE2015-32-0817
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