三缸涡轮增压发动机成为内燃机动力主流

2018年07月16日来源:车人网我要评论

上汽通用汽车泛亚汽车技术中心驱动系统部执行副总监尹建民

车人网讯 上汽通用汽车泛亚汽车技术中心驱动系统部执行副总监尹建民在“燃·力量”汽车动力发展趋势高峰论坛上表示,对于目前中国市场1.0-1.5L的主流排量,基于单缸效率最优策略,选择三缸机是一个最佳的选择,小排量涡轮增压三缸发动机已经成为未来内燃机动力的发展主流。尹建民指出,三缸机比四缸机有很多优势,如体积小、重量轻、结构紧凑,没有四缸机固有的排气干扰,涡轮迟滞小,有更好的低速扭矩等,特别是三缸机在结构上具备摩擦功优势。在他看来,发动机从六缸到四缸,从四缸到三缸,技术的驱动和挑战在本质上没有区别,变化的是更大的研发投入、更多高新技术的研发应用和更深入的整车系统匹配。


传统动力仍主导市场

在一段时间以来,技术的发展推动着汽车产品和市场不断地革新,动力系统一直以来扮演着关键的角色,不管是新能源产品如雨后春笋般的涌现还是传统的内燃机都在快速地迭代演进。越来越多的车企开始坚持新能源汽车和节能汽车“双轮驱动”,上汽通用同样如此。但不同的是,与其他厂家盲目的跟风新能源行为不同,它们对于未来汽车动力的发展方向有着自己清醒的认识。“我们看好新能源未来的发展潜力,然而现在主导市场的仍是传统动力,市场依然是以内燃机动力为主。”尹建民表示。

在尹建民看来,虽然传统内燃机仍然市场的主力,但是其也面临两个方面的核心挑战,一是从法规角度来说,2020之后达到5L以下的油耗要求,还有不断加严的排放要求,特别是WLTC及RDE工况的引入将这种要求扩大到了整机更大的工况范围。与此同时,国内消费者的消费升级对于动力系统的高性能和快速动力响应表现得更加敏感。特别是NVH表现正在成为客户评价产品的魅力指数之一。这些都是上汽通用不断研究和升级发动机技术的根本。发动机升级,不仅要考虑法规的要求,还要考虑能给客户带来什么样的体验。

小型化、高性能、高效率的三缸机无疑就是在排放和性能之间的最好平衡点。在这样的大背景下,上汽通用前瞻用户需求和市场变化,推出低油耗、低排放的先进动力总成,同步全球最新的科技深度集成,高效匹配,为实现整车油耗改善和动力提升,提供强大的助力。上汽通用新一代Ecotec系列发动机在摩擦功损失方面,三缸机比四缸机降低了10%-15%,去年上汽通用就向市场推出了全新1.0T和1.3T三缸发动机。

这两款全新一代绿色高效发动机是整合通用汽车全球资源开发,并依托高标准的全球供应链和上汽通用汽车智能制造体系打造。得益于全新架构开发,1.0T、1.3T大量采用了领先的技术,连同高滚流进气道,以及行业领先的电动放气阀、超低惯量涡轮增压器和全程可变正时技术等,不仅强化了动力表现,达成了“小排量大功率”的设计目标,而且在全方位超低摩擦设计和先进的智能热管理的助力下,燃油消耗也实现了同级领先。其中1.3T的额定功率120kW,最大扭矩230Nm,1.0T最大功率92kW,最大扭矩170Nm。也就是说动力性还是有很大提升的,而且全新1.0T发动机的燃油经济性还提升了10%。


三缸机已摘掉“落后”帽子

不过一个不容忽视的问题是,提到三缸机,大家的普遍印象还停留在落后、性能差的固有印象中,市场上对三缸机的需求和认可不大,这些都使三缸机一直被边缘化。不过近年来随着技术的发展,这些障碍都逐步被拔除,消费者的观点也在向环保转变,这也是整个行业的趋势。

对于三缸机的技术进步,尹建民有着深刻的体会。他举例说,“我本人也亲自参与了我们公司GL8的研发过程,在当时我们也同样面临着相比六缸机、四缸机的二阶不平衡力,与在720度点火周期内缸数减少后变差的扭矩/转速波动。但是在发动机和整车的共同优化下,我们实现了振动和噪音的有效控制,这一点在整个行业得到了验证,GL8在全面换装四缸以后得到了市场全面认可。我们将这些经验,结合发动机技术的最新进展,充分运用在了全新一代三缸机的研发中。可以看到从六缸到四缸、从四缸到三缸,技术的驱动和我们的挑战在本质上没有区别。变化的,是更大的研发投入,更多高新技术的研发应用和更深入的整车系统匹配。所以其实研发三缸机难度是大于四缸机的。”

正如尹建民所言,以三缸为代表的发动机小型化的性能和效率在提升。目前市场上不少主流品牌已经认识到了小排量三缸发动机的重要性。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。特别是欧洲市场二十多个品牌推出了三缸发动机。去年仅西欧搭载三缸发动机车型的销量就超过了二百万辆,多个品牌的三缸机车型也在北美市场布局,稳步推进。

是不是所有的排量都适合做三缸机呢?精通技术的尹建民给出了否定了答案:“三缸机是有一定范围的,不是所有的排量都能做三缸机,在讲三缸机之前要讲单缸排量。就像电池研究能量密度一样的道理,不管是传统动力还是新能源里面最核心的就是能源效率的提升,所以单缸排量对于发动机动力性和经济性的平衡非常关键。单缸排量在一定范围内的上升有利于燃油经济性的改善。以0.4升为基础,小于0.4升以后,热效率开始有所降低,小于0.33L降低非常明显。大于0.4升之后是改善了,0.5升以后改善得不明显。所以经过理论分析和实验验证,单缸0.33和0.5升之间我们认为是最佳的单缸排量,对于目前中国市场1.0到1.5升的排量,选择三缸机是一个最佳的选择。三缸机比四缸机还有很多的优势,如体积小、重量轻、结构紧凑,没有四缸机固有的排气干扰,涡轮迟滞小,有更好的低速扭矩等,特别是三缸机在结构上具备摩擦功优势,新一代Ecotec系列发动机在摩擦功损失方面,三缸机比四缸机降低了10-15%,这也是为什么近年来在市场上兴起了小排量三缸机的热潮。”

尹建民对三缸机充满信心,但其也直言在研制过程中并非一帆风顺。“就像我刚才讲的从六缸机到四缸机也有挑战,但是这些挑战通过技术的升级和深度的集成都很好的解决了。对于三缸机的担心就是NVH的控制,主要体现在两个方面。第一个是一阶不平衡力矩,二阶也有,但是比较少。另一方面是720度点火周期内,从四缸变为三缸的扭矩/转速波动差异。对此我们提供了系统性的解决方案,其中对于一阶不平衡力矩,我们一方面采用了轻量化结构和高性能的材料,降低了基础的不平衡量,同时还进行了多种整机的平衡方案与整机匹配的选型。我们在三缸发动机内平衡是做了大量的方案优化,这个需要跟整车的构架一起来做才能形成最优的方案,达到整车振动最优的组合。另一方面我们也引进了带减振橡胶齿轮的平衡轴系统,这样可以把一阶的不平衡力矩降低得更加彻底。结合发动机和整车的优化后,整车驾驶舱关键测点测试结果显示,Ecotec系列发动机的振动表现达到甚至部分超越了四缸机水平。在转速波动方面,采用全球领先的钟摆式DMF带来了40%以上的转速波动的降低,当然我们还对整个传动系统进行从设计到控制的综合优化,实现了MT和AT全系整车的波动控制,优于四缸机的优秀成果。同时Ecotec发动机创新应用了12项的静音减振核心技术。”

对于汽车动力未来的趋势,尹建民说,变化是这个世界不变的真理,种种迹象表明小排量涡轮增压三缸发动机已经成为未来内燃机动力的发展主流,我们有理由认为当前这种小排量发动机热潮将会随着时间的推移而逐渐加温,最终为中国汽车市场带来改变。上汽通用汽车将坚持节能汽车与新能源汽车并头发展,两头腿走路战略。

责编:陈斌
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三缸涡轮增压发动机成为内燃机动力主流

2018年07月16日 出处:车人网

上汽通用汽车泛亚汽车技术中心驱动系统部执行副总监尹建民

车人网讯 上汽通用汽车泛亚汽车技术中心驱动系统部执行副总监尹建民在“燃·力量”汽车动力发展趋势高峰论坛上表示,对于目前中国市场1.0-1.5L的主流排量,基于单缸效率最优策略,选择三缸机是一个最佳的选择,小排量涡轮增压三缸发动机已经成为未来内燃机动力的发展主流。尹建民指出,三缸机比四缸机有很多优势,如体积小、重量轻、结构紧凑,没有四缸机固有的排气干扰,涡轮迟滞小,有更好的低速扭矩等,特别是三缸机在结构上具备摩擦功优势。在他看来,发动机从六缸到四缸,从四缸到三缸,技术的驱动和挑战在本质上没有区别,变化的是更大的研发投入、更多高新技术的研发应用和更深入的整车系统匹配。


传统动力仍主导市场

在一段时间以来,技术的发展推动着汽车产品和市场不断地革新,动力系统一直以来扮演着关键的角色,不管是新能源产品如雨后春笋般的涌现还是传统的内燃机都在快速地迭代演进。越来越多的车企开始坚持新能源汽车和节能汽车“双轮驱动”,上汽通用同样如此。但不同的是,与其他厂家盲目的跟风新能源行为不同,它们对于未来汽车动力的发展方向有着自己清醒的认识。“我们看好新能源未来的发展潜力,然而现在主导市场的仍是传统动力,市场依然是以内燃机动力为主。”尹建民表示。

在尹建民看来,虽然传统内燃机仍然市场的主力,但是其也面临两个方面的核心挑战,一是从法规角度来说,2020之后达到5L以下的油耗要求,还有不断加严的排放要求,特别是WLTC及RDE工况的引入将这种要求扩大到了整机更大的工况范围。与此同时,国内消费者的消费升级对于动力系统的高性能和快速动力响应表现得更加敏感。特别是NVH表现正在成为客户评价产品的魅力指数之一。这些都是上汽通用不断研究和升级发动机技术的根本。发动机升级,不仅要考虑法规的要求,还要考虑能给客户带来什么样的体验。

小型化、高性能、高效率的三缸机无疑就是在排放和性能之间的最好平衡点。在这样的大背景下,上汽通用前瞻用户需求和市场变化,推出低油耗、低排放的先进动力总成,同步全球最新的科技深度集成,高效匹配,为实现整车油耗改善和动力提升,提供强大的助力。上汽通用新一代Ecotec系列发动机在摩擦功损失方面,三缸机比四缸机降低了10%-15%,去年上汽通用就向市场推出了全新1.0T和1.3T三缸发动机。

这两款全新一代绿色高效发动机是整合通用汽车全球资源开发,并依托高标准的全球供应链和上汽通用汽车智能制造体系打造。得益于全新架构开发,1.0T、1.3T大量采用了领先的技术,连同高滚流进气道,以及行业领先的电动放气阀、超低惯量涡轮增压器和全程可变正时技术等,不仅强化了动力表现,达成了“小排量大功率”的设计目标,而且在全方位超低摩擦设计和先进的智能热管理的助力下,燃油消耗也实现了同级领先。其中1.3T的额定功率120kW,最大扭矩230Nm,1.0T最大功率92kW,最大扭矩170Nm。也就是说动力性还是有很大提升的,而且全新1.0T发动机的燃油经济性还提升了10%。


三缸机已摘掉“落后”帽子

不过一个不容忽视的问题是,提到三缸机,大家的普遍印象还停留在落后、性能差的固有印象中,市场上对三缸机的需求和认可不大,这些都使三缸机一直被边缘化。不过近年来随着技术的发展,这些障碍都逐步被拔除,消费者的观点也在向环保转变,这也是整个行业的趋势。

对于三缸机的技术进步,尹建民有着深刻的体会。他举例说,“我本人也亲自参与了我们公司GL8的研发过程,在当时我们也同样面临着相比六缸机、四缸机的二阶不平衡力,与在720度点火周期内缸数减少后变差的扭矩/转速波动。但是在发动机和整车的共同优化下,我们实现了振动和噪音的有效控制,这一点在整个行业得到了验证,GL8在全面换装四缸以后得到了市场全面认可。我们将这些经验,结合发动机技术的最新进展,充分运用在了全新一代三缸机的研发中。可以看到从六缸到四缸、从四缸到三缸,技术的驱动和我们的挑战在本质上没有区别。变化的,是更大的研发投入,更多高新技术的研发应用和更深入的整车系统匹配。所以其实研发三缸机难度是大于四缸机的。”

正如尹建民所言,以三缸为代表的发动机小型化的性能和效率在提升。目前市场上不少主流品牌已经认识到了小排量三缸发动机的重要性。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。特别是欧洲市场二十多个品牌推出了三缸发动机。去年仅西欧搭载三缸发动机车型的销量就超过了二百万辆,多个品牌的三缸机车型也在北美市场布局,稳步推进。

是不是所有的排量都适合做三缸机呢?精通技术的尹建民给出了否定了答案:“三缸机是有一定范围的,不是所有的排量都能做三缸机,在讲三缸机之前要讲单缸排量。就像电池研究能量密度一样的道理,不管是传统动力还是新能源里面最核心的就是能源效率的提升,所以单缸排量对于发动机动力性和经济性的平衡非常关键。单缸排量在一定范围内的上升有利于燃油经济性的改善。以0.4升为基础,小于0.4升以后,热效率开始有所降低,小于0.33L降低非常明显。大于0.4升之后是改善了,0.5升以后改善得不明显。所以经过理论分析和实验验证,单缸0.33和0.5升之间我们认为是最佳的单缸排量,对于目前中国市场1.0到1.5升的排量,选择三缸机是一个最佳的选择。三缸机比四缸机还有很多的优势,如体积小、重量轻、结构紧凑,没有四缸机固有的排气干扰,涡轮迟滞小,有更好的低速扭矩等,特别是三缸机在结构上具备摩擦功优势,新一代Ecotec系列发动机在摩擦功损失方面,三缸机比四缸机降低了10-15%,这也是为什么近年来在市场上兴起了小排量三缸机的热潮。”

尹建民对三缸机充满信心,但其也直言在研制过程中并非一帆风顺。“就像我刚才讲的从六缸机到四缸机也有挑战,但是这些挑战通过技术的升级和深度的集成都很好的解决了。对于三缸机的担心就是NVH的控制,主要体现在两个方面。第一个是一阶不平衡力矩,二阶也有,但是比较少。另一方面是720度点火周期内,从四缸变为三缸的扭矩/转速波动差异。对此我们提供了系统性的解决方案,其中对于一阶不平衡力矩,我们一方面采用了轻量化结构和高性能的材料,降低了基础的不平衡量,同时还进行了多种整机的平衡方案与整机匹配的选型。我们在三缸发动机内平衡是做了大量的方案优化,这个需要跟整车的构架一起来做才能形成最优的方案,达到整车振动最优的组合。另一方面我们也引进了带减振橡胶齿轮的平衡轴系统,这样可以把一阶的不平衡力矩降低得更加彻底。结合发动机和整车的优化后,整车驾驶舱关键测点测试结果显示,Ecotec系列发动机的振动表现达到甚至部分超越了四缸机水平。在转速波动方面,采用全球领先的钟摆式DMF带来了40%以上的转速波动的降低,当然我们还对整个传动系统进行从设计到控制的综合优化,实现了MT和AT全系整车的波动控制,优于四缸机的优秀成果。同时Ecotec发动机创新应用了12项的静音减振核心技术。”

对于汽车动力未来的趋势,尹建民说,变化是这个世界不变的真理,种种迹象表明小排量涡轮增压三缸发动机已经成为未来内燃机动力的发展主流,我们有理由认为当前这种小排量发动机热潮将会随着时间的推移而逐渐加温,最终为中国汽车市场带来改变。上汽通用汽车将坚持节能汽车与新能源汽车并头发展,两头腿走路战略。