要油耗低也要动力强,要可靠性也要高效率,开发一款适合中国消费者的发动机有多难?车云深入东雪总部带来EC8发动机研发背后的故事
“百米加速”的营销让所有消费者都记住了东风雪铁龙C4L和它搭配的1.6THP发动机,但是多数人还不了解C4L还搭载了一款代号EC8的全新1.8升发动机,这也是东风雪铁龙有史以来首款1.8升发动机。
EC8是PSA集团跟神龙合作设计的一款新型发动机,主打中国及拉美北非市场,定位是经济型发动机。虽然命名方式上看EC系列比较新,但实际上EC8很大程度上承袭了TU系列发动机,也就是目前东风雪铁龙1.6升车型上的发动机,二者的技术渊源比较深厚。
EC8发动机的排量从TU系列的1.6升扩展到1.8升(1813cc),跟PSA集团的明星发动机EP6(1.6T)形成高中端的搭配,位于襄阳的神龙发动机工厂正在规划EP6发动机的国产化,所以目前的EP6发动机都只能进口,所以价格门槛较高。而车云菌要讲的EC8发动机则是完全实现了本土化设计和生产。
排量之争:动力多少算合适?
家庭轿车,怎样的动力配备才最适合消费者?动力过剩是浪费,动力不足又没乐趣,技术过剩成本高,技术落后被鄙视。普通消费者选择家用轿车,多数情况下1.6升发动机就够用,要是想追求动力性,就要考虑2.0升以上或者是小排量增压,加上1.6升以下车型曾经有过节能减排政策影响,目前1.8升发动机并不多,东风雪铁龙推出1.8升是不是反应慢了?
通过跟负责EC8发动机开发的四名工程师的深度交流,我理解了他们的出发点,那就是1.6升发动机配合当今主流的各种配置,低速行驶虽然够用,但在高速行驶或者是空调运行情况下,动力衰减非常明显,动力储备的劣势就显现出来,长途驾驶动力储备并不够用,但如果要求消费者因此选择2.0升以上的发动机,又有点浪费。如果1.8升发动机能够实现1.6升的油耗和等同2.0升的动力,那么这种取舍就是值得的。
那么到底这款EC8发动机的性能如何呢?102千瓦(139马力)的最大功率,172牛·米的峰值扭矩,乍看上去中规中矩,不过我们可以回想一下,PSA之前的2.0升发动机功率是100千瓦,而这一次1.8升的EC8就已经超过这个数据了。还有一个细节值得我们注意,那就是峰值扭矩出现在3500转/分,最大功率出现在6300转/分。
负责动力标定的余工程师跟车云说,虽然峰值扭矩要到3500转/分实现,但如果仔细观察扭矩曲线,是非常接近平台的一种曲线,从1500转就已经获得峰值扭矩的90%了,这是专门为城市工况设计出的扭矩曲线。
而在最大功率的设计上,工程师也没有一位追求漂亮的数据,而是适可而止,在开发阶段,通过拉高转速,完全可以获得更大的数据,只不过量产时候考虑到实际使用情况,还是主动地控制了功率输出,为经济性和排放让路。
苦练内功:精打细算的创新
由于核心架构承袭自TU系列,没有复杂的涡轮增压或者是缸内直喷技术,EC8发动机开发过程省去很多时间,但工程师将EC8的技术指标设定得非常高,以至于通过常规技术几乎无法实现,所以工程师团队把主要精力放在EC8的技术含金量的提升上。
EC8发动机除采用了CVVT连续可变正时系统外,还应用了智能正时齿轮减震技术,轻量化活塞和低张力活塞环、主油道反馈变排量机油泵技术和最新涨断技术连杆,旨在提高可靠性和降低内部摩擦功,在降低油耗同时提高效率。笔者觉得最有亮点的技术,值得展开说说。
1、EcoForm轻量化活塞
轻量化活塞的技术在性能取向的汽车上并不鲜见,尤其是在民用高性能车领域。但选择轻量化活塞也是一把双刃剑,降低活塞质量后,活塞强度也会因此削弱,斯巴鲁翼豹10代为例,轻量化活塞设计使其发动机对于抗爆震性极差,稍有不慎就容易因爆震导致爆缸。此番EC8轻量化活塞却并不以高性能为目标,而是只求轻量化活塞的减重15%,降低运行噪音和振动。
值得一提的是,面对笔者对轻量化活塞能够应对抗爆震性的问题时,工程师团队给出的答复是他们在台架试验环节,已经在11.0的压缩比下对低至87号辛烷值的汽油进行了抗爆震测试,并且让发动机在正常运转时通过人工干预制造“假爆震”来检测组件的抗爆震性能,所获得的结果都是令人满意的。
2、DLC涂层液压气门挺杆
“DLC”是“Diamond-Like Carbon类金刚石薄膜”的缩写,是一种由碳元素构成、在性质上和钻石类似的非晶态薄膜,由于具有高硬度和高弹性模量,低摩擦因数,耐磨损以及良好的真空摩擦学特性,很适合于作为耐磨涂层。将DLC涂层镀在气门挺杆上面,凸轮轴跟挺杆之间的摩擦力急剧减小,并且由于凸轮轴硬度远小于DLC涂层,所以DLC涂层基本不会被磨损,反而会使凸轮轴越磨合表面越光滑,机械效率就越高。DLC涂层之前只在高技术发动机上使用,在EC8上能够见到,完全是工程师提出的高要求所致。当然这样换来的结果也非常理想,内阻减小、噪音降低、效率提升。
3、智能正时齿轮减震
由于EC8并不定位高端,所以设计上放弃了当下炒得很火的正时链条结构,选择回归理性,采用了同样等寿命设计的皮带正时机构。笔者针对这一技术回归,质问是不是属于“技术倒退”,要知道德系车一直标榜与发动机等寿命的正时链条设计,并且静音程度很高;皮带即便质量再可靠,也会随着使用时间而改变弹性而最终需要更换。
EC8的工程团队坦诚地承认在选择的问题上也做过技术论述,但最终让他们放弃正时链条的原因有三个:一是正时链条理论上等寿命但实际并不如此,需要在10万公里内更换,由于金属热胀冷缩的特性,正时链条反而在高温工作下会有更大的正时误差,皮带则是越热越张紧。另外正时链条即便是采用静音结构设计,噪声也要比皮带正时大很多。二是合理的选择皮带,同样能够达到等寿命的设计。而且EC8还在正时机构上采用了具有专利技术的正时齿轮,能够起到显著降低皮带振动,达到了高精度正时的技术要求,甚至可以超过链条的正时精度。三是皮带结构简单、成本低、易更换,即便是因为某些情况需要进行更换,成本也十分低廉。
皮带张紧力曲线和振动曲线对照(蓝色线为智能正时齿轮)
谈到第三点时,笔者不得不产生同感,因为标榜技术过剩的德系车某1.8T发动机,就在正常使用7万公里后被4S店出具需要更换正时链条的报告,理由是正时链条不更换,容易产生“顶气门”,也就是正时误差超过极值,对发动机造成永久伤害。所以在这一个选择上,EC8的工程师们在技术的选择上不失理性。
4、主油道反馈变排量机油泵技术
机油泵在发动机运转过程中非常重要,它起到了为整个润滑系统供给机油的重任,片刻不能停歇,然而由于发动机转速变化区间很大,机油泵在设计上为了避免高转速区间润滑不足,往往在供油量上设计得非常大。
然而在城市工况却往往没有发动机高转速发挥的空间,更多运转在3000转/分以内甚至更低,这时机油泵的供油量过大反而成了效率提升的掣肘,既然配气正时能够实现CVVT,那么机油泵就不行?
EC8的工程师们通过与供应商沟通,最终从麦格纳引进了具有主油道反馈变排量机油泵技术的机油泵,这种构造精良的专利机油泵价格不菲,但是能够通过主油道的机油压力来感知发动机的机油需求量,从而自动无级调节机油供给量,减少不必要的供油所带来的能量浪费,可谓锱铢必较。
5、未雨绸缪:模块化开发
EC8发动机的电控系统还采用了基于AUTOSAR标准的PSA最新STTG-E模块化软硬件体系架构的电控系统,且发动机兼容STT(自动启停)甚至是PSA最新的空气混合动力技术,可以随时通过增加某个技术模块来轻易实现技术升级。
车云小结:本土化的得与失
经过了近300公里的实际试车,55升燃油消耗三分之一,粗略估计一箱油能够最多跑700公里,的确符合EC8经济性至上的设计理念。在从武汉到襄樊的高速公路上,笔者一直在跟余工聊EC8的开发故事,作为纯粹进行技术工作的工程师来说,能够大胆采用新技术是非常值得兴奋的事情,我也能够从余工的谈话表情中读到。
但另一方面,提到EC8发动机最核心的电控系统,余工坦诚在本土化的过程中,合资企业确实培养出了一群优秀的技术人才,机械部分的尖端技术也消化得比较透彻,然而在电动系统的开发上,竟然还找不到能够开发出综合控制策略的人才,电控领域依旧受制于国外技术专家。简单点说就是我们制造了大脑却制造不了灵魂,并且车云菌文中重点列举的几个技术亮点,无一例外都是采用了国外的专利技术才得以实现。
也就是说我们能够设计制造技术先进的发动机,可先进的技术背后却都是国外的专利,依旧是受制于人的阶段,我想这也是整个中国汽车工业的核心问题,值得每一个汽车人反思。
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