长城3.0TV6发动机,最大扭矩500牛米,能进入全球一线吗?
在动力电池和氢能燃料电池的时代,关于燃油车的新闻似乎渐成明日黄花。不过需要指出,即便是在动力电池如火如荼的今天,燃油车动力依然还是主流,今天在全球公路上行驶的几十亿台汽车,99%以上都是燃油动力,今天全球每年卖出的几千万台汽车,绝大多数都是燃油车,所以至少在我们看得到的将来,燃油车依然将是汽车世界统治者。
7月21日,长城汽车对于它的全新重量级燃油动力3.0T+9AT进行了一场热身,这将是这套重量级动力系统正式装车之前的又一次预热。
必须承认,如果放在十年前,这套3.0T+9AT动力系统将比任何一款新车都值得重视,即便是放在现在,无论是3.0T的排量,或者9AT的变速箱,或者V型6缸的结构,或者最大500牛牛的扭矩,任何一个数据,都足够站在燃油动力的巅峰。
这一切,当然需要从这套重量级动力系统的“超重量”谈起。
3.0T V6发动机代表着什么?第一:在燃油车行业,3.0T属于绝对的重量级选手。一般乘用汽车,如果是自然吸气动力,绝大部分车型排量在2.0L以下;如果是涡轮增压动力,那么绝大部分在1.6T以下。历史销量最高的家用轿车朗逸,发动机最大排量是1.4T/1.5L;2021年销量最高的轿车轩逸,只提供一款1.6L自吸发动机;销量连续九十多个月排名第一的哈弗H6,核心动力就一款1.5T发动机,高配车型虽然也提供2.0T发动机,实际销量很低。再高一个级别的车型,典型比如迈腾,低配车型1.4T,高配车型2.0T;雅阁低配1.5T,高配2.0L;这些车型的发动机距离3.0T V6相距甚远。
第二:即便到了奔驰E这个起步40多万人民币的豪华C级车级别,不过也是全系配置2.0T,想要3.0T也是没有。向来依靠动力优势错位竞争的奥迪A6L,高配车型出现了3.0T,主流车型还是2.0T。
事实上,一个非常清晰的发展趋势是,以后别说3.0T V6,在主流汽车市场,甚至连2.0L自吸和1.5T四缸发动机都摇摇欲坠。几年前还搭载2.4L发动机的思域,现在主推1.0T三缸发动机,全新一代奇骏则全系搭载3缸1.5T发动机。
事实上,随着新能源万马奔腾,随着燃油技术全面进化,随着环保压力,作为燃油发动机的重量级选手,3.0T V6的势力范围正在迅速缩小。
只有到了奔驰S、宝马7系和奥迪A8这个级别,3.0T发动机才会昂然登场,以澎湃动力成为身份和地位的象征。在燃油机的世界,3.0T V6发动机,就像皇冠上的明珠一样,站在发动机的尖端。
大排量发动机的两只拦路猛虎在国内自主品牌市场,3.0T V6 发动机就更为凤毛麟角,国宝大熊猫一样存在,几乎没有企业去研发和制造。
第一个原因是技术门槛太高。相比小排量发动机,大排量增压发动机,需要克服的技术困难和需要攻克的技术门槛高的太多,哪怕一个热管理,一个体积设计,就会挡住大多数车企。尤其是,大排量发动机很少有现成的师傅,只能依靠自己摸索。在小排量发动机领域,丰田大众和本田在国内有多家工厂,给国内车企提供了丰富的学习机会,三菱更是提供全套技术和图纸。但是3.0T V6发动机,即便对于大众、丰田和奔驰都是属于镇国之宝,没人会轻易和自主品牌分享技术,很多技术堡垒,需要自主品牌自己一个关口一个关口的攻克,需要持之以恒的投入,年深日久的研发,需要大笔大笔的真金白银的投放,最后也不一定成功,这导致绝大多数自主车企知难而退。
其次一点,即便是部分财大气粗的车企可以投入重金,愿意长年累月投入,能够不计代价的研发,甚至即便研发成功,也会导致没有装车对象,只能束之高阁。因为大部分自主品牌的定位都在最底层,普遍被压制在A级或者紧凑级领域,哪怕经过这几年艰苦卓绝的升级,依然只是勉强在B级或者中级车领域获得一定份额,在大型车市场的份额可以忽略不计。这就导致,即便你千辛万苦研发出来,小型车也用不到,最后竹篮打水一场空。
以上两大拦路虎导致自主品牌在重量级发动机领域几乎无所作为。
国内唯二截至目前,真正实现国产3.0T V6发动机只有红旗和长城,红旗3.0T发动机是一款机械增压发动机,和大众此前的机械增压发动机有着异曲同工之妙,有人怀疑红旗发动机是在大众3.0T机械增压发动机基础上改良,我们对于这种意见不予置评。总之红旗和长城是目前中国唯二的真正重量级发动机选手,长城的3.0T在性能方面则明显更具优势。
此前,虽然北汽也曾经推出过搭载3.0T发动机的BJ90,不过这款车型搭载的3.0T V6其实是奔驰M276发动机,BJ90仅仅是“拿来用一下”,估计“连动一颗螺丝钉的能力都没有”。
综合几个方面分析,长城汽车推出的3.0T V6重量级发动机,真正站在了自主阵营的尖端和顶点,甚至于这款发动机即便放到全世界,也足够列入顶尖高手行列。
和国际同行对比我们晒晒这台发动机的数据,热效率38.5%,最大功率354匹马力,最大扭矩500牛米,(配合高效电机系统,最大功率可达517马力,最大扭矩750牛米)。这是两个骇人听闻的数据,可以类比的是,目前公路上奔跑的汽车中,90%低于200马力,90%低于300牛米。
然后可以和目前国际上的同级明星发动机对比。
奥迪Q8 搭载的3.0T发动机,最大功率340马力,最大扭矩500牛米;
宝马7 搭载的3.0T发动机,最大功率340马力,最大扭矩450牛米;
奔驰S 搭载的3.0T发动机在高效电机加持下,最大功率达435马力,最大扭矩达到520牛米;
长城3.0T V6的P2混动系统,最大功率517马力,最大扭矩750牛米。
长城汽车蜂巢易创动力研究院院长李健非常自信的评价,“这款发动机的综合实力,已经足够和全球同级发动机对比,并且各有优势。”
大排量发动机的收山之作当然,这并不意味着,长城的3.0T就能超过宝马奔驰和奥迪,因为一台发动机的先进与否,包括很多很多衡量指标,比如功率,扭矩,输出平台,能耗,稳定性,以及实际输出等等,但是至少在局部可以量化的方面,这台发动机确实达到了领先水准,至少可以和前辈大侠们相提并论,不至于望尘莫及。
尤其是,奔驰、宝马和奥迪已经放弃或者事实上放弃了下一代大排量发动机的研发,只会在现有发动机基础上修修补补,这意味着未来全球顶级3.0T家族已经很难再有突破性和革命性的技术进化,而长城这套发动机的起步就站在前沿,同时具备后发优势,还有很大的成长潜力和技术潜力可以发掘。
在更重要的传动系统,和3.0T发动机配套的是长城汽车自主研发、自主制造的9AT变速器,这也是目前国内最先进的自动变速器,即便放在全球,这台9AT同样达到了顶尖水准,多达9个挡位的硬技术指标绝对可以站在第一线。可以类比的是,宝马7系和奥迪Q8的3.0T发动机搭载8AT变速箱,奔驰S的3.0T则搭载9AT变速器。
写在最后综合评价,长城汽车将推出的这套重量级动力是国内目前顶级先进的动力系统,并且没有之一。无论是国内唯二的3.0T V6发动机,还是国内唯一的9AT变速器,任何一个拿出来放在全球都是顶尖水准。
尤其是考虑到,目前大多数跨国车企已经延缓了研发下一代动力系统的计划,或者事实上停止研发下一代纯燃油动力,这意味着未来更先进的全新一代3.0T发动机出现的可能性微乎其微,长城汽车推出的3.0T V6将可能是燃油动力的封神之作,并且青史留名。
如果没有意外,这套动力系统将搭载坦克平台的重量级新,并且年内上市。
我们将继续关注,直到它正式装车。
大众1.4T发动机详解
一款1.4L排量小型化的发动机是如何与“涡轮增压+机械增压+缸内直喷“技术协调运用的?下面我们以多图来解读一下这款大众1.4TSI发动机的工作原理。
大众1.4TSI发动机的数据非常简单,它是大众的一款1.4升汽油发动机,最大功率125kw,最大扭矩240Nm/1750rpm~4500rpm,搭载这款发动机的大众高尔夫GT百公里综合油耗仅为7.2升,在优良路况中油耗甚至可降至5.9升。——1.4L的排量油耗低而输出功率超过许多2.3L发动机。在国外,这类强力发动机通常是用在性能版车型上的,在提升性能的同时价格也不菲。在大众,1.4TSI就被用在了强调操控性的高尔夫GT上。
为什么这款发动机会有这么复杂?因为这同它的功能有关。首先来看TSI的组成,T代表Turbo-charging(废气涡轮增压),S代表Super-charging(机械增压),I代表Fuel Stratified Injection(燃油分层直喷)。“以最低的油耗获得最大的功率”是对 TSI发动机优点的准确概括,TSI发动机将小型化技术与传统的机械增压技术和涡轮增压技术巧妙组合,兼顾了低速时的扭矩输出和高速时的功率输出,解决了两种技术各自的不足。
也就是说,TSI比普通发动机多了废气涡轮增压和机械增压这两项配置,还包括燃油直喷的功能,所需的机件自然要多。其次,为了让这些附加的装置能够正常地工作,还会有其他附属零件的配置。这样才能做到“1+1>2”,也难怪1.4TSI会比较复杂了。那么它的内部结构如何呢?它又是怎么工作的呢?
1.4TSI发动机几大部件分解图
1.4TSI上大名鼎鼎的废气涡轮增压套件
涡轮增压。涡轮增压是目前全世界汽车厂商运用最为广泛的发动机增压技术,它可以利用发动机排出废气产生的能量,来大幅度提高发动机的动力输出。其工作原理是,发动机排出的废气驱动废气涡轮高速旋转,废气涡轮再带动进气涡轮以同样的速度旋转,以远远高于大气的压力将空气压缩到气缸内助燃。由于空气的易压缩性,因此在涡轮增压下的进气量要远远超过自然吸气的进气量,这样就提高了引擎的功率输出。换句话说就是,发动机排出的热废气是带有能量的,涡轮增压就相当于废物利用,重新收集了一部分废热,增加输出功率。因此,要得到同样的功率,有增压的发动机就能做得更小,也就更轻,从而提高了操控降低了油耗。
但是,涡轮增压有个先天的缺陷,就是涡轮迟滞,即发动机必须达到一定的转速才能启动涡轮,现在换用小涡轮后解决了一部分时滞问题。除此之外,涡轮增压发动机的压缩比通常还得降低,比如到6.5:1以下,来避免气缸过热。这样做的结果就是在低速涡轮没有介入的情况下,发动机输出甚至还不如自然吸气机型。另一个问题是达到涡轮介入的转速后,增压导致动力输出陡增,破坏了动力的平稳输出和操控的准确性。为了解决这些缺陷,汽车工业发展出了不少方法:使用带旁通的涡轮增压套件减小迟滞,采用中冷器提高压缩比改善低转速的动力输出,采用新材料涡轮降低运动惯性,双涡轮增压以及机械增压等。
中冷器结构图及中冷器散热片的组成示意图
1.4TSI发动机是有中冷器的,即在涡轮增压器和发动机之间引入了一个中冷器。这是因为发动机直接排出的废气温度通常高达8、9百度,会造成涡轮本体、进气温度升高,加之压缩空气时做功,增压压缩进气缸的气体就有可能过热而造成汽油预燃而发生爆震,影响动力输出;同时,高温也是引擎的隐形杀手。所以,增压发动机通常会引入中冷器来降低进气温度。一般来说,使用中冷后能减小50~60度的进气温度(离开临界值),可以适当的提高发动机压缩比,改善低转速时的动力输出;同时由于冷空气的密度大,所以在相同条件下,这种设计可以提高发动机的进气密度,因此发动机工作效率更高
机械增压技术。机械增压的历史比较悠久,在上世纪60年代涡轮增压技术出现以前,机械增压是当时发动机的主流增压技术。机械增压的压缩机直接被发动机的曲轴带动,它的优点是响应性好(完全没有迟滞)。但是它本身需要消耗一部分能量,因此机械增压不能产生特别强大的动力,尤其是在高转速时,因为它会产生大量的摩擦,损失能量,从而影响到发动机转速的提高。不过,机械增压器在中低转速时,对发动机的动力输出有明显改善,但峰值功率出现较早,发动机最高转速较低。另外,配置机械增压的发动机可以在任何时候,都能输出源源不断的扭力,大大减小换档频率。
机械增压在发动机中低转速时效果好,而涡轮增压则能在高速时起到很大的提升作用;因此,如果能够把它们结合起来就能避免各自的不足,很自然地在宽范围内提供所需的动力了:
1.4TSI发动机工作示意图
注:其中红色是废气通道,蓝色是进气系统,机械增压和涡轮增压串联
1. 在低转速时,由机械增压提供大部分的增压压力,这些压力也用来驱动涡轮增压器,因此涡轮增压器的启动更平顺,响应速度更快。
2. 2.在1500rpm时,两个增压器同时提供增压压力,其总增压值达到2.5bar(如果涡轮增压器单独工作,只能产生1.3bar的增压压力)。随着转速的提高,涡轮增压器能使发动机获得更大的功率,与此同时,机械增压器的增压压力逐渐降低。
3. 3.在转速超过3500rpm时,由涡轮增压器提供所有的增压压力,此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发动机分离,防止消耗发动机功率。
4. 机械增压及涡轮增压的不同阶段工作情况示意图
为了让驾驶者更为明白地掌握发动机所处工况,厂家还比较人性化地在仪表台提供了一个Boost表,描述的是涡轮机即时增压状况。这样,有没有增压,表针动没动一目了然;表针越向右摆,表示此刻增压比越高,非常直观
FSI燃油直喷技术。FSI直喷的喷油嘴共有6个喷油孔,其喷油压力高达150bar!FSI即发动机利用一个高压泵,使汽油通过一个分流轨道(共轨)到达电磁控制的高压喷射气门。它共有两种运行方式,发动机按照负荷工况,自动进行选择,以保证足够的燃油经济性
低负荷时的特点是在进气道中已经产生可变涡流,此时节气门为半开状态,空气由进气管进入汽缸撞在活塞顶部,由于活塞顶部制作成特殊的形状从而在火花塞附近形成期望中的涡流。然后,进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内,以由浓至稀的分层填充的方式推动,使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。因为稀燃技术的混合比达到25:1以上,按照常规是无法点燃的,所以最内层要易于点火,混合比大概在12:1左右,然后一层一层地向外燃烧。这样能够节约燃料。而在高负荷中所进行的均质理论空燃比(14.6-14.7)燃烧中,大量空气高速进入汽缸形成较强涡流,燃油则是在进气冲程中喷射。
应用FSI技术要求提高压缩比,而使用涡轮则要求降低压缩比,这二者在配置了我们上面谈到的中冷器后达到了平衡,即10:1。另外,FSI 发动机由于喷射器的加入导致了对设计和制造的要求都相当的高,如果布置不合理、制造精度达不到要求导致刚度不足甚至漏气只能得不偿失。另外FSI发动机对燃油品质的要求也比较高。但是,在应用了“涡轮增压+机械增压+燃油直喷”技术之后,这款引擎发生了质的变化。大众是在EA 111的1.4 FSI发动机(1390cc, 66Kw/88Hp, 4缸4气门)基础上进行的双增压设计,而这款发动机(1.4TSI发动机)与我们所熟悉的POLO GP上的那个1.4 4v 55kw是一样的不过动力输出的确是天壤之别:前者是后者的一倍还要多
型号 1.4TSI 1.4FSI 1.4V
排量mm 1390 1390 1390
缸径X冲程mm 75.6X76.5 76.5X75.6 76.5X75.6
压缩比 10:1 10.5
最大功率Kw/rpm 125 66 55
最大扭矩Nm·rpm 240 150 135
从1.4TSI的工况图上可以看到发动机转速在1000转时,输出的扭矩就已经高达176NM,要知道好多1.6或1.8甚至2.0的发动机的最大扭矩也就这个水平。低速大扭矩带来大操控感受果然非同寻常,配置1.4TSI的Golf GT的0~100km/h加速时间小于8S。
1.4T
Golf GT装载1.4TSI的参数:
最大车速:220kM/h
0--100kM/h : 7.9s
80--120kM/h: 8.0s
使用98#超级汽油时的油耗为:
城市道路:9.6L/100kM;
良好道路:5.9L/100kM;
平均:7.2L/100kM;
CO2(二氧化碳)排放量:173mg/km
二氧化碳)排放量:173mg/km
长城3.0T发动机,摘下发动机皇冠上的明珠
我的地主
发动机,尤其是重型发动机,被誉为工业皇冠上的明珠。
在中国航空工业,因为先进重型发动机的缺失,导致严重心脏病,被迫受制于人。我们的919大型客机严重拖延,迟迟不能交付;我们的战略轰炸机,我们的先进战斗机,也因为发动机制约,受到严重掣肘。发动机,作为工业行业的心脏,一直是我国之痛。
但是在汽车行业,我们的发动机问题已经基本解决,无论是重型卡车的商用车领域,还是以轿车和SUV为主的乘用车领域,国产发动机已经赶超世界先进水平,完全实现了自主可控。日前,长城汽车3.0T+9AT动力系统下线,更是摘下了汽车发动机皇冠上的明珠,成为行业振奋人心的大事。
自主动力系统的巅峰
这部3.0T+9AT的意义何在?需要从大排量发动机战略意义说起。
目前,自主品牌在小排量发动机已经完全自我可控,经济型轿车、紧凑级SUV等车型完全不必担心动力问题,但是自主品牌如果向上走,如果高端化,大排量高端发动机必不可少。
但是目前,自主阵营高端发动机严重欠缺,真正实现规模量产的只有一汽红旗等极少数。
其中红旗3.0T发动机是一款机械增压发动机,市场普遍认知,这款3.0T发动机和大众发动机从结构到技术方面雷同。有人认为红旗3.0T发动机是在大众3.0T机械增压发动机基础上改良,并非完全自主核心技术。
此外,北汽BJ90也搭载一款3.0T发动机,但是这款3.0T发动机实际来源于奔驰,从研发到制造所有的技术都被奔驰控制,北汽不过是拿来用一下,距离自主可控还有遥远距离。
相对于红旗3.0T和北汽3.0T,长城自主研发、自主制造的3.0T发动机,堪称实现了真正自主可控,彻底填补了国内空白。
自动变速箱领域,其实比发动机门槛更高,目前国内可以自主生产发动机的车企比比皆是,可以自主研发制造自动变速箱的屈指可数,尤其是可以研发制造9AT这个级别变速箱的为零。长城汽车9AT变速箱同样实现了零的突破,代表着自主品牌在变速箱领域的最高水准。
足够抗衡德系ABB
这套动力系统不但在国内足够领先,即便放到全球,也可以跻身顶尖高手的行列。
在先进技术方面,这台3.0T发动机融入了双喷射和双VGT增压等顶尖硬核技术,最大功率达到354马力,最大扭矩达到500牛米,同时应用48V轻混BSG电机,峰值扭矩可进一步提高到550牛米。发动机不但动力强劲,更大优势是能耗友好,为了充分降低油耗,压榨每一滴燃油动力,发动机通过米勒循环、全map机油泵等一系列先进技术,实现了38.5%高热效率,这个热效率在同级别3.0T发动机中不敢说绝对第一,至少也是唯二水准,真正的顶尖高手。
如果和国际同级发动机对比,长城这套3.0T+9AT也足够分庭抗礼。可以类比的是:
奥迪Q8 搭载的3.0T发动机,最大功率340马力,最大扭矩500牛米;
宝马7 搭载的3.0T发动机,最大功率340马力,最大扭矩450牛米;
奔驰S 搭载的3.0T发动机在高效电机加持下,最大功率达435马力,最大扭矩达到520牛米;
即将搭载坦克500的长城3.0T 动力系统,最大功率354马力(?),最大扭矩550牛米。对于此,长城汽车蜂巢易创动力研究院院长李健非常自信地评价,“这款发动机的综合实力,已经足够和全球同级发动机对比”。
和3.0T发动机配套的9AT变速器,技术同样惊艳。变速器采用自主开发的液力自动变速器结构方案,同时更创新了超高集成度液压控制模块、冗余驻车系统设计、高性能液力变矩器、紧凑高效的离合器设计及智能化控制软件等专利技术,可实现最高750N·m的扭矩承载能力。可以类比的是,宝马7系和奥迪Q8的3.0T发动机搭载8AT变速箱,奔驰S的3.0T则搭载9AT变速器。
长城这套3.0T+9AT动力系统真正站在了全球前沿。
大排量发动机的收山之作
此外,特别值得一提的是,这套动力系统不但对于长城汽车具有特别重大战略意义,不但对于中国自主阵营动力系统具有重大意义,甚至对于全球发动机技术发展意义重大。
因为一个非常明显的发展趋势是,奔驰宝马大众通用等国际巨头们对于下一代燃油发动机的研发态度普遍消极,尤其是下一代大排量燃油发动机的研发很多已经暂停,已经研发中的机型事实上也大幅度放缓。面对电动化的汹涌浪潮,国际巨头们正在将更多精力转移到动力电池和新能源等方面,更多在目前发动机型号上修修补补,继续改进,对于新一代发动机的研发态度暧昧。
基于此,非常可能出现的的一个现实就是,长城刚刚下线的3.0T发动机,可能将是目前最先进的燃油发动机,也可能是最后一代大排量重型发动机,代表着全球动力系统的顶级水准。这套动力系统因为还有巨大升级前景,将可能长期保持在全球大排量发动机的前沿位置。
长城汽车中型动力系统的这一次超越,或许成为国产发动机的封神收山之作。