新技术当道 2010年全球十佳发动机浅析

来源：贝博bb平台体育    发布时间：2024-10-12 06:51:04

  美国权威汽车杂志《Ward’s Auto World》年年都会评选出当年全球十佳发动机。在09年底，该杂志评选出了最新的2010年全球十佳发动机。这中间还包括2款混合动力发动机、2款柴油发动机、1款机械增压发动机、3款涡轮增压汽油发动机和2款自然吸气发动机。要想进入Ward’s的十佳发动机候选名单，参评车辆必须低于54000美元，发动机必须是量产版且能在2010第一季度能购买到。

  《Ward’s Auto World》的六名编辑在去年10月和11月对来自13个品牌的34辆新车进行了接近日常驾驶状况的测试。他们对每台发动机的马力、扭矩、技术上的含金量，以及实际使用中反映出来的工作特性做全面评估，并最终选出十台综合表现最好的发动机。本年的获奖名单有五台全新发动机，体现了发动机向小排量发展的趋势，现在更多车主已经将燃油经济性列为重要考虑项目。当然，发动机的性能表现也是不能忽略的。

  奥迪2.0TFSI发动机就是国内奥迪A4L所采用的EA888 2.0TFSI发动机。FSI是燃油(Fuel)分层(Stratified)喷射(Injection)的意思，T则是涡轮增压(Turbo)。这种技术结合了汽油机和柴油机的优点，不但动力强劲，扭矩发力区间宽广，转速上升活跃，而且比大众原用的非直喷机型省油15％，是缸内直喷加上涡轮增压的最大长处。为了对应涡轮增压器提出的更加苛刻的条件，所以其缸体依然采用铸铁材质，这样能承受更高的缸内燃烧温度。而在其他等多处细节上也都集成了奥迪的先进科技。

  大众上一代的EA113构架发动机的VVT还是依靠两个凸轮轴间的传动链张紧器实现的，这早是“昨日黄花”，这样的VVT调节范围很有限，而且不容易控制。新EA888构架则采用了精确得多的vane-type的控制装置，这是奥迪研发的可变气门升程技术，目前大部分奥迪的发动机上都装备了此项技术，在进气凸轮轴的驱动齿轮端装备了vane-type凸轮轴相位调整装置，能够保证进气门的正时可以连续调整。

  新的EA888构架发动机用更加耐用的正时链条取代了原来的正时皮带。正时链条的常规使用的寿命几乎和车的常规使用的寿命一样长，使用正时链条的好处是不仅降低了车主的养车费用，还缩短了发动机的长度，给发动机纵置的汽车减轻了前部的尺寸和重量。

  新的发动机平衡轴被设计到了气缸体的下端，由曲轴和链条驱动，它产生的离心力正好与曲轴产生的离心力方向相反，这样就可以抵消掉大部分的振动了，你从方向盘上感到的振动会变得更细微。相比老款发动机更靠近油底壳的平衡轴位置，新的平衡轴位置无疑更加合理。

  在气门驱动结构上使用了滚轴摇臂，减少了摇臂与凸轮轴表面的摩擦，在气门液压挺柱的配合下消除了气门间隙，让气门、摇臂凸轮轴运转时的噪声更小。

  涡轮增压器是Turbo发动机的动力源泉，而且涡轮增压器的工作环境却是非常恶劣，其中高温是增压器的死敌。基于EA113构架的1.8T发动机（例如老宝来1.8T上面的那台），在转速与长时间运行后需要让发动机怠速运转几分钟后再熄火，这样才可以让发动机机油充分冷却涡轮增压器，保证涡轮的常规使用的寿命。而水冷系统能更好的解决涡轮增压器的冷却问题，延长了增压器的正常常规使用的寿命，不过这种方式并没解决熄火后涡轮增压器转子的润滑问题，所以在激烈驾驶之后，还是要在停车后保持发动机运转一段时间，以保证机油能够充分润滑转子。

  奥迪2.0TFSI发动机在4300-6000转区间能爆发出211马力（155kw）的上限功率，而且从1500转开始到4200转能达到350Nm的最高扭矩,能使重量超过1.6吨的A4L在7.3秒破百。不过这款发动机在国内也并不完美，由于国内油品质量上的问题，使得其很重要的分层燃烧技术被取消，同时烧机油的现象也一直困扰着大部分奥迪车主。烧机油的现象一直到现在都没有完美的解决方案，但这似乎对那些要购买A4L的朋友没有过大影响，车无完车，多喝点机油罢了。

  从字面上就能看出来，机械增压与涡轮增压的区别，涡轮增压是通过废气驱动涡轮，而机械增压是轴传动。奥迪这款3.0L机械增压发动机从08年正式推出开始就非常关注，原因很简单，因为这是奥迪近四十年来的首款机械增压发动机。而这款机械增压发动机在很多方面都采用了奥迪最新的技术。

  机械增压器的气路非常短，这就从另一方面代表着扭矩增加非常快，响应速度大大超过了同排气量的自然吸气式发动机。3.0 TFSI发动机对于油门的反应十分灵敏，它可以轻而易举地飙升到6500转/分钟，并且在5000转以下就能够达到额定输出功率290匹马力。

  铝硅合金铸造的3升排量的曲轴箱仅重33公斤。包括机械增压器在内的发动机仅重189公斤。

  我们都知道机械增压是靠轴传动带动的，与传统的理念不同，FSI技术的使用允许将机械增压器布置在节流阀之后。这样在低负荷或循环状态下通过增压器的空气密度很低，转子几乎是自由转动，这样所需的驱动力微乎其微。这样在深踩油门的时候，机械增压器不会从静止状态启动，保证了迅速的响应时间。

  奥迪在3.0 TFSI发动机上还提高了曲轴箱的应力水平，相关部件间的摩擦阻力降到最低。两个进气凸轮轴相位调整范围达到42度曲轴转角，从而在进气道内形成更利于油气混合的进气涡流。结合缸内直喷系统，在每个压缩行程进行多达3次的燃油喷注，从而逐步提升了这款发动机的性能。

  与涡轮增压器相比机械增压引擎拥有一些先天优势，例如它的工作响应更快，这种优势反应在车辆起步阶段时尤其显得重要。通过官方公布的资料能够准确的看出，这台3.0TFSI引擎从2500转开始就能够拥有420牛米的扭矩，并且这一扭矩可以一直持续到4850转，1.9吨的A6L搭配这款3.0TFSI机械增压发动机，百公里加速时间仅6.6秒（官方数据，较保守）。

  宝马335D所搭载的3.0L直列6缸双涡轮增压柴油发动机，是宝马M57系列发动机中的M57TU2D30的顶级版本。这款发动机采用了大小两个涡轮，能在发动机不同转速下介入，同时还放弃了原增压器中的可调涡轮叶片，这样对涡轮增压器的反映速度有所提高。

  该新款柴油机采用了可变双涡轮增压系统，一个设计巧妙的系统可将两个增压器先后起动，这样既提供了效率又加强了增压器的反应能力，同时还放弃了原增压器中的可调涡轮叶片；这两个增压器是严格按照分级理论进行工作的，发动机转速在1500rpm以下时，较小的增压器反应较快且主动负责供气；当转速在1500rpm-2500rpm范围内时，两个增压器均开始工作，此时，大增压器起到的是预增压作用；当转速超过2500rpm时，大增压器开始全负荷工作，提供的压力达O．18MPa(此前进气压力为O．15MPa)。增压系统设有两个阀门和几根管路来调控进入增压器的气流和空气量，废气和新鲜空气按照指令分配给两个增压器。这套双增压系统所占的空间较大，因此不可以应用在体积较小的V6发动机上。

  改进后汽油机的亮点在发动机缸体材料的构成，宝马公司成功地在铸造过程中将镁(Mg)和铝(A1)结合起来，较好地利用这两种金属的特点，在工作强度大的地方多用铝合金，如曲轴支撑座、缸体内壁及气缸体等，但缸体外壁连同油底壳多用镁合金制成。这样既保证了发动机的坚固性，又降低了整机的质量。由镁合金制造的直6发动机曲轴箱和气缸盖的质量也大为减轻，与铝合金箱体相比，新材料箱体的质量减轻24kg。

  柴油发动机都有很强的低扭表现，在1500转就开始发力，而宝马3.0双增压柴油发动机借助涡轮增压的帮助，使发动机在高转速区间也有很出色的进排气表现，转速持续到5000转以上，都会有非常强的动力输出。此发动机上限功率达到了265马力（194kw）/4200rpm，能提供最高576Nm的最高扭矩输出，低转速下推力惊人。同时在排放方面，也比同级别汽油发动机更环保。在海外，柴油发动机非常普及，但是在国内由于多方面原因，柴油车并不受到重视，因此这样一款有着出色表现的柴油发动机没办法进入中国市场。

  福特Fusion所搭载的2.5L Hybrid混合动力发动机同样仅在美国本土有售。这套混动系统由一台排量2.5L的汽油机，一个交流电机及一组镍氢电池组成，燃油经济性很出色，一般的情况下，高速油耗为5.7L，市区油耗为6.5L。2.5L的汽油机最大可以发出142KW（191HP）的功率，以及184N·M（136lbft）的扭矩。

  应用在福特Fusion上的混合动力系统，已经是福特第二代混合动力系统。新的混合动力系统采用了208组电池，与上一代250组相比要少了很多，不过电池功率提高20%，很大程度上是因为电池供应商Sanyo电机公司改善了集电器，减小了电路中的热阻，同时改善了作为电池负极的氢化合金的化学性能。这样的设计在保证足够的电力供应的同时，使得重量减轻了29kg。

  与第一代混动系统相比，福特开发的VVC可提升牵引电动机效率130%，提高发电机160%。当在特定操作环境下电池电压降到一个预定水平时，与变速器高电压电子设备安装在一起的VVC装置，可提升它的电压。VVC的特点是：当需要时可提供额外电压，比如说加速、紧急制动和系统要额外电功率的时候。

  作为混合动力系统，燃油经济性是最重要的。福特2.5L hybrid混合动力系统，能在低速下由纯电力驱动车辆，在正常行驶的情况下，汽油机会介入为车辆提供动力，市区路况百公里油耗6.5L，高速情况下油耗能降低到5.7L，这对于一款排量2.5L的轿车来说，表现让人相当满意。

  Ecoboost这一理念最早在2008年4月前后推出，主要技术核心是涡轮增压、缸内直喷和可变气门正时技术，以提升发动机动力表现和燃油经济性为主要目标，简单的说就是“用更少的燃油消耗实现更高的动力输出”。3.5L的V6发动机是Ecoboost家族的第一款发动机，搭载双涡轮增压器，上限功率261千瓦，最大扭矩474牛米，动力输出已经超越了传统的4.6L V8自然吸气发动机。

  对于缸内直喷技术而言，优势是将燃油直接注入汽缸，能更精准的计算和控制喷油量，相比缸外喷射减少了燃油损失，达到提高效率降低油耗的目的。Ecoboost发动机的活塞顶面有着特殊的曲面造型，被负压吸入汽缸的空气能够形成涡流，搅动喷入的油滴更加均匀的混合，使燃油燃烧更充分。该发动机的喷油量和喷油时间能达到每秒300次，喷油量控制精准，所以发动机即使在低转速下也能实现“稀薄燃烧”，“充分燃尽每滴油”，保证低转速下良好的动力响应，从另一方面弥补涡轮增压发动机响应迟滞的缺点。

  由于汽缸内的压力极大，所以缸内直喷需要对燃油施以高压才能顺利注入，传统的汽油泵的压力是远远不足的。在凸轮轴末端设计了一个“9号凸轮”，该凸轮有别于传统的两头凸轮形状，使用三头凸轮为燃油加压，能够以高达200bar的压力将燃油注入汽缸，这种加压方式与新君威2.0T DI使用的加压方式相同。

  “可变正时气门技术”已是时下很流行的字眼。在发动机高转速时，为了吸入更多空气使燃料充分燃烧，可变正时气门系统能够延长气门重叠时间（进排气门同时打开的时间），提升进气量并且更好的排尽缸内废气。不过，目前很多带有可变正时气门机构的发动机仅进气门正时可变，使用进排气可变正时气门技术的发动机数量不多（双VVT-i、DVVT发动机等均为进排气可变正时）。Ecoboost发动机使用的就是进排气双可变正时气门技术，相比仅进气气门可变正时的发动机来说，对排气门的相位调节能确保在发动机低转速时排出更多的废气驱动涡轮，减少涡轮迟滞现象，同时，对进排气的效率拥有更大的调节范围和更高的灵活性，所以其效率高于一般发动机。

  搭载此款发动机的福特Taurus SHO拥有很出色的扭矩曲线rpm，发动机都会保持455Nm的最大扭矩输出，作为一款涡轮增压车型来说，这样的表现实在难得，而在油耗方面，这辆车的城市和高速油耗分别为12升和10升，对于3.5L排量的V6发动机来说，这个油耗不算高。

  通用的这款2.4L D-VVT Ecotec发动机是大家很熟悉的发动机，在国内的新君威、新君越上都采用了这款发动机。通用Ecotec系列发动机在国内车型上的应用，让大家对“美国车都废油”这个传统印象发生了改变。这款发动机源自于通用旗下欧洲品牌欧宝，在燃油经济性，动力等方面都有很出色的表现。

  缸体、缸盖都采用铝合金材质，用先进工艺制造，比铸铁发动机重量有很大程度的减轻，同时全铝发动机在散热性上也要比铸铁发动机要好，它能让发动机获得更高的转速。

  D-VVT的D字就是指double，双可变气门。就是进气门和排气门双气门正时可调。通过电子控时，精确控制进气门和排气门的开启和关闭。它实现了低转数区域的大扭矩输出，在2400rpm的低转数区即可拥有90%的峰值扭矩，极大地提升了引擎的响应性，在节省燃油的同时大大改进了日常行驶环境下的动力表现。

  2.4L Ecotec发动机采用双对旋平衡轴，即两根平衡轴以两倍于曲轴的转速运行，消除惯性振动。抵消直系四缸发动机运转时产生的往复惯性垂直振动，提高优秀的降噪减震特性。它的驱动系统与凸轮轴正时系统和水泵驱动系统一样，是免维护的链条驱动，做到终身免维护，彻底抛弃了定时调整、更换正时皮带的烦恼。

  国内的新君威和新君越都搭载了通用的2.4L Ecotec发动机，这款发动机125kw的上限功率，225Nm的最高扭矩，在新君威和新君越上都有不错的表现，其中新君威百公里加速9.8秒，新君越百公里加速10.4秒，考虑到他们分别1.6、1.7吨的车身重量，能有这样的成绩已经比较理想了。而且两款车的油耗都不足10L，在燃油经济性上也得到了肯定。

  现代4.6L V8发动机是2010年十佳发动机中唯一一款V8发动机，在越来越讲究节能减排的今天，能有这样一款大排量发动机入选十佳发动机的确非常出人意料。根据《Ward’s Auto World》的介绍，这款发动机重点改进了前款在噪声、振动和做工方面的缺陷，有效地降低了摩擦，赢得了评委们很高的褒奖。

  现代4.6L V8发动机采用了可变气门正时、可变进气系统等技术。发动机排量4.6L，双顶置凸轮轴，32气门，上限功率385马力（283kw），最大扭矩451牛米，升功率为84马力/升。现代还给该发动机加入缸内直喷，可变气门升程等技术来进一步提升发动机的动力性和经济型，百公里不足10L的标准油耗，让这款发动机在经济性上表现很出色。

  一般搭载大排量V8发动机的车型售价都非常高，而在美国，搭载这款发动机的现代劳恩斯售价还不足40000美元。在众多大排量车型中，现代劳恩斯的售价非常吸引人。

  对于现代这款V8发动机的入选，《Ward’s Auto World》认为能用不足40000美元就购买到搭载V8大排量发动机的车型，是其最大的优势。虽然技术上并没有很明显的优势，不过V8的发动机在稳定性、输出平顺性以及动力表现上都有与生俱来的优势，因此这款发动机能入选。不过在越来越讲究环保和减排的今天，将一款4.6L V8发动机放进十佳发动机的榜单，似乎有些背道而驰。

  斯巴鲁的水平对置发动机非常著名，这款2.5T水平对置四缸发动机缸体与缸盖都由全铝制造，在散热和动力响应速度上都有非常好的表现，斯巴鲁对其进一步改善，使其在稳定性上也变得更好。

  新的涡轮位置安置在了发动机下部，降低了车辆重心，更加利于车辆操控性；同时也拉近了与三元催化器之间的距离，从而使三元催化器的工作时候的温度上升更快，逐步降低了排放污染。

  水平对置发动机，发动机活塞平均分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动。使发动机的整体高度降低、长度缩短、整车的重心降低，车辆行驶更加平稳,发动机安装在整车的中心线上，两侧活塞产生的力矩相互抵消，大幅度的降低车辆在行驶中的振动，便发动机转速得到很大提升，减少噪音。同时发动机产生的横向震动也容易被支架吸收、有效将全车较重的发动机重心降低，更容易达到整体平衡。

  自巴鲁2.5L水平对置四缸涡轮增压发动机在国内有两款车搭载，分别是力狮2.5GT以及森林人2.5T。这款发动机上限功率195kw，最高扭矩350Nm，拥有很强的爆发力。而且水平对置发动机相比直列和V型排列发动机，在发动机震动上有更好的表现。

  丰田普锐斯是最早进入市场的混合动力车型，在北美市场，新款普锐斯用1.8L发动机取代了之前的1.5L发动机，上限功率由原来的77马力增加至99马力，同时电动机的功率也提升到了80马力。除此之外，新的动力系统在混合动力技术上没有更多的改进。

  第三代丰田普锐斯搭载阿特金森循环1.8L 4缸发动机，取代老款的1.5L发动机，上限功率为98马力，比老款提高22马力，扭矩则达到142Nm，比老款增加31Nm，加上电动机动力整车上限功率为134马力，低速扭矩逐步提升，这也代表着低速时候能轻松的获得更好的燃油经济性。0-100km/h加速时间仅需9.8秒。

  将电动机的输出功率逐步提升，同时实现电源系统高压化，来提升电能使用效率。丰田的THS全混合动力系统具有三种驱动模式，包括发动机单独运转驱动车辆、电池单独作用驱动车辆以及两者共同作用三种模式。该系统能够在不同的行驶状态下提供最优化的驱动方案。

  在新的混合动力系统中，各个部件都采用了轻量化设计。变流器、发动机和动力控制单元设计得更小，重量相应的比上一代减轻了20％。

  第三代普锐斯即将引入国内国产，在保持了原有燃油经济性以及环保排放的同时，对动力性逐步提升。新的动力系统在低转速响应更好，提速也更快。第三代普锐斯预计在今年引入中国市场，这套1.8L发动机与电动机组成的新的混合动力系统也将被国产新普锐斯搭载。

  这是此次十佳发动机中第二款柴油发动机。大众的TDI发动机是很注重实用性的发动机，在高压燃油喷射技术与可调叶片式涡轮增压器等新技术的组合下，大众2.0TDI柴油发动机在经济性和动力性上的表现都非常突出。

  TDI的燃油喷射压力高达1920bar，是针对燃烧质量直接取决于燃油喷射进入气缸时的绝对压力这一因素研发的。TDI发动机每缸一个泵喷嘴，每个气缸作功冲程所需的柴油量被分成预喷射和主喷射两部分，主喷射在预喷射开始之后曲轴转过几度之后才进行，它们之间的间隔由一个液压机构控制。喷射时刻、喷油量以及停喷时刻都是由电磁阀控制的。高压喷射技术使柴油发动机达到了平稳、高效燃烧的理想状态，并降低了燃烧噪声、降低了尾气中的氮氧化合物的含量。

  传统的涡轮增压器在发动机低转速时有增压滞后和动力空挡的缺点，而TDI发动机采用的可调叶片式涡轮增压器，在任何转速下均可产生所需要的进气压力，性能比传统的涡轮增压器大幅度的提升，改善了发动机的适应性，发动机转速较低时也能够保证大功率的输出。由于发动机进气压力始终处于最佳状态，从而在整个转速范围内提高了燃烧效率，节约了燃油并改善了排放。

  大众2.0TDI柴油发动机采用铸铁缸体，全铝缸盖，在缸体强度上要比全铝缸体强很多。这款发动机上限功率104kw/4000rpm，最大扭矩320Nm/1750-2500rpm，拥有非常强悍的低速扭矩表现。不过国内由于多方面原因，大众的TDI发动机并没有在国内得到普及。