记住我 忘记密码?
下载汽车头条APP
记住我 忘记密码?
下载汽车头条APP
以史为镜,发动机在过去的一百年发生了哪些改变?
雅斯顿 2020-01-17 09:55:56 阅读数 29828

雅斯顿原创文章 |默默 

  

发动机发展是随消费者需求和政府政策两方面变化而变化的。消费者在意更完善的驾乘体验,而政府则站在安全、环保角度驱动发动机朝着既定可持续发展的方向前进,两者缺一不可。

 

说起来,这种意识建立没有太久,在发动机诞生的100多年里,前七八十年主要由消费者需求驱动,后二三十年,政府政策才开始介入发动机发展,也就呈现出当今的模样。那么,这100年里,发动机发生了哪些变化?

  

1

大排量时代

  

  

汽车真正迎来发展是在20世纪50年代之后,全球格局确定,经济快速腾飞给汽车提供了蓬勃发展的土壤。而政府也为发动机发展提供了十分宽容的环境,完全由消费需求驱动,呈现出自由散漫的态势,因此形成了一个百花齐放的时代。

 

  

  

  

对当时的消费者来说,性能是最能体现汽车优势的指标。更强动力、更强性能是消费者购买决策中最主要的因素,正是这种因素催生了汽车赛事的蓬勃发展,如果一款车能在赛事中取得冠军,就可能取得市场销量的巨幅攀升,人们称这种规律为「Win on Sunday,Sell on Monday!」(周日夺冠,周一大卖!)。

 

可以说为了销量,汽车厂商不惜一切代价地提高发动机动力,只是限于对发动机技术的掌握程度,汽车工程师提高发动机动力的方式简单粗暴——要么提高转速,要么增加排量。在两种方式的共同推动下,汽车搭载的发动机越来越庞大。

 

  

  

 

就这样,汽车搭载的发动机排量和体积也越来越大,比如60年代诞生的第一代迈锐宝SS,作为Chevelle 的运动系列,搭载了 5.4L V8 的发动机,马力 300 匹。不久之后,发动机动力被提升到了 350 马力,又增推了一款 375 马力的6.5L V8 发动机顶级车型。

 

发动机在追求动力输出的路上一去不复返,趋势愈演愈烈,排量和动力也越来越夸张,到第三代迈锐宝时,搭载的发动机已经变为L6 4.1L 、V8 5.0L、V8 5.7L以及V8 7.4L四种排量发动机,生动展现了美国人造车不惜成本、不考虑经济性的风格特点。

  

  

  

  

在这个过程中,燃油经济性从未被重视,加上当时全球石油价格足够优惠,消费者也完全不介意。一款诞生于70年代的V8发动机,其油耗水平可以达到百公里22L,为了确保车辆有足够的续航,这些车都被安装了容积高达80L的油箱。与此同时,发动机排放对环境的影响也没能足够引起政府的注意,直到20世纪80年代。

  

2

环保促使发动机改变

 

当时间进入20世纪80年代,发动机便遭到了来自消费者和政府的双重挑战。

 

一方面,源于1973年、1978年以及1990年三次石油危机,油价在数年间由3美元/桶冲上42美元/桶的高峰,经济衰退和油价高企,让消费者开始注重经济性。

 

  

  

 

另一方面,政府注意到汽车的无节制发展给环境带来了巨大的压力。《汽车排放法规的国际典范》一文曾提到,截止到1980年,加州的登记车辆总数超过1700万辆,总行驶里程为1550亿英里,全球范围内车辆的平均排放值为:氮氧化物4.9克/英里,碳氢化合物5.5克/英里,南部沿海盆地的一级光化学烟雾警报超过102天。

 

为了改善排放状况,美国大气资源局在20世纪90年代末开始出台更严格的措施,限制车辆氮氧化物、颗粒物的排放,甚至提出零排放车型销量占比的要求。发动机在环保压力的逼迫下快速从V8经由V6向L4转变。排量和动力的降低缓解了排放污染的问题,而汽车企业也开始在经济性技术上投入大量精力。

  

  

  

第八代迈锐宝上搭载代号为LLU的1.6T发动机

 

只是政府解决环境问题的心情更加迫切,2009年欧洲开始实行「欧五」排放标准,对氮氧化物、碳氢化合物、一氧化碳和悬浮粒子等机动车排放物提出了更加严苛的要求,也正是这个要求让欧洲进入了涡轮增压时代,涡轮增压成为千禧年之后发动机的主要方向。

 

之所以如此,是因为涡轮增压显著降低了发动机排量和体积。伴随体积降低的是发动机、汽车进行了减重;伴随排量降低的是各个零部件更加紧凑,零部件之间的摩擦力减少。更重要的是它让发动机最佳工况和消费者常用工况实现了重叠。

 

  

  

 

传统自吸发动机的最佳工况往往在三千转以上,但是在市区驾驶时,消费者很难达到这一转速,通过涡轮增压器的强制进气,发动机在1000rpm-2000rpm区间就能实现发动机最佳工况,同时输出最大扭矩,而这一转速区间也正是消费者市区驾驶的常用区间。因此在低速驾驶、燃油无法充分燃烧时,小排量涡轮增压发动机展现出了强大的优势。

 

对企业而言,只是简单将排量缩小,加入涡轮增压器就实现了油耗的大幅降低,简单、高效让涡轮增压成为发动机主要发展趋势。

 

最重要的是对消费者而言,小排量涡轮增压发动机不但没有带来动力上的影响,比如迈锐宝XL搭载的2.0T可变缸发动机,241马力、350牛米的动力输出,已经可以媲美3.5L V6自吸发动机,而且还因为更容易爆发最大扭矩和更优秀的加速能力,大大提升了消费者的驾乘体验。

  

  

  

  

因此,小排量涡轮增压发动机在2008年之后如雨后春笋般涌现。

  

3

发动机进化没有止步

  

  

虽然汽车全面涡轮化,排放油耗都有明显改善,但政府并不打算就此打住,打造可持续发展的地球成为新时代下各个国家心照不宣的共同目标。2020年,中国将全面实行国六标准,把汽车排放要求推上了一个新的高度。

 

这是一项全新的挑战,如果过去的涡轮增压仅仅通过将发动机排量缩小就能提升经济性,那现在则需要在排量继续降低的同时投入更多对涡轮增压发动机全面经济性技术的开发。

 

  

  

 

事实上,经过数十年发展,许多发动机经济性技术和方案已经取得了关键性突破,并逐渐完善成熟,诸如缸内直喷、自动启停、模块化、集成化甚至电气化等技术开始一一投放到新时代的发动机上。与此同时,涡轮增压发动机也在寻找更好的方式控制排放,迈锐宝XL全新搭载的1.3T+CVT动力组合可以称之为其中的一个代表。

 

  

  

 

发动机小型化已经被证明是提高燃效、降低排放最有效也是最经济的手段之一,但这一改变的前提是不能降低用户体验。迈锐宝XL搭载的 1.3T发动机在排量上继续进行了缩小,全铝结构的设计让1.3T发动机比1.4T减重了25公斤,减幅达到20%,但动力依然保持了121千瓦、240牛·米的数据,接近此前采用的1.5T发动机,超过了大众1.4T发动机的110千瓦、250牛米。

 

与此同时,电动和低惯量涡轮使1.3T发动机有效解决了涡轮迟滞的现象,35Mpa的缸内直喷将燃油分子打碎到8微米直径的微粒,获得更广的空气接触面,燃烧更加充分,热效率更高,同时降低微小颗粒的排放数量和质量,满足国六排放标准,1700rpm迸发峰值扭矩的表现,带来了更快的瞬态响应……

  

  

  

  

不过,作为新时代发动机的代表,1.3T最值得关注的是 「单缸最优」的概念,利用模块化概念,先对单一气缸进行缸内流场、喷油雾化、火焰传播、排放控制四个方面的研究,设计出最优的燃烧室,尽可能让每一滴汽油都能高效燃烧,由化学能转化为热能,降低燃料消耗和废气排放。

 

除发动机外,迈锐宝XL也考虑到CVT变速箱对经济性的影响。一则为了让「最佳油耗区」和「常用工况区域」尽可能重叠,CVT变速箱需要降低主减速比;二则一旦降低减速比会导致动力输出跟不上,影响驾乘体验。结合两方面影响,迈锐宝XL必须设置一个相对更合理的减速比。

  

  

  

 

所有因素的综合考虑,最终诞生了迈锐宝XL这套1.3T+CVT组合,通过模拟档位加上CVT平顺性的先天优势,迈锐宝XL的动力输出依然强劲顺滑,百公里油耗却从原来的6.3L降低至5.8L。正是如此,迈锐宝XL的体验得到了有效保证。

 

可以说,迈锐宝XL搭载的1.3T+CVT动力组合是技术到达一定高度时的必然产物,依托于更优秀的制造工艺和发动机技术,汽车制造企业可以在更小的发动机体积内挖掘出更大的能量和更好的经济性。这套动力组合不仅囊括了Rightsizing的思想,也带有对前沿经济性技术应用的创新,会是新时代之下动力组合进化的主要方向。

 

图 | 网络及雅斯顿实拍

发布评论