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给劲+省油 盘点最亲民的涡轮/双离合技术
 

引言:2009车市诡谲迷离,去年年末的苍凉尚未忘记,今年却似乎有重现02、03年井喷之势。在全球经济一片颓废,各国车市风雨飘摇中,这片乐土炽热异常。面对中国市场广阔而热闹的市场,世界各大跨国汽车企业巨头也都纷纷把营销重心放在中国,根据中国市场独有特点进行细致地产品规划。

看一个汽车品牌在市场中的竞争力如何,很关键的一个因素在于该品牌下是否拥有完善的发动机产品线。无论是自然吸气发动机,还是涡轮增压发动机,如果仅凭单一产品线,恐怕很难在市场中保持足够的竞争力。因此,包括福特、通用、大众在内的汽车业巨头,都有意识的发展旗下的动力组合,力图通过多元化组合来满足消费者的全方位需求。

给劲+省油 盘点最亲民的涡轮双离合技术

时下,鉴于环保、低碳、高效的大环境社会诉求。也为了在发动机高输出功率、低尾气排放和燃油经济之间寻找到平衡点,提升产品竞争力,我们发现各大汽车厂商越来越倾向于为发动机配置涡轮增压系统。直白的讲,涡轮增压系统的主要作用就是提高发动机进气量,进而提高发动机功率及扭矩,让爱车更富激情。

涡轮增压让爱车更富激情
涡轮增压系统让爱车更富激情

如何让涡轮增压发动机最大限度的发挥效率,成为摆在厂商面前的又一道待解之题。显而易见的是,增加变速箱档位数及改善自动变速箱换档平顺性已成为这场技术变革的共同目的。而全面移植赛车变速箱技术则成为达成目的最佳捷径,原先只在赛车领域使用的DSG双离合器变速箱经此一役终是走入了寻常百姓家。

7速DSG
7速双离合变速箱

说归说,道归道。面对缤纷复杂的广告宣传中,又有几人能说清其中因果?在扑朔迷离的中国汽车江湖中,又有哪些发动机、变速箱技术值得我们选择?今天,笔者抱着与各位读者朋友探讨的目的,面向中级车消费市场,简要盘点下主要品牌及主要技术。它们分别是大众的TSI+DSG、福特EcoBoost+PowerShift和通用的Turbo DI+S6。

PS:通用S6变速箱虽非双离合变速箱,但其6速手自一体变速箱的设计,具备多项先进技术,同样符合高效、环保、节能的大环境诉求。


盘点欧美三雄最亲民的涡轮/双离合技术


为何涡轮增压发动机会大行其道?

在介绍三家产品技术之前,我想我们有必要先大致了解下涡轮增压系统及双离合变速器的工作原理及优势。我们知道,只有燃油充分燃烧,才能令每滴燃油所储存的能量最大化地发挥作用,使发动机在消耗更少燃料的情况下,产生更低排放,输出更强劲的动力。涡轮增压技术就是来提高发动机效率。不仅为车辆提供出众的动力性能,还为使用者带来更佳的燃油经济性。

涡轮增压发动机
涡轮增压发动机可以让性能得到极大的提升

与传统汽油发动机相比,它体积更小、质量更轻,却拥有更好的动力输出及更为清洁的排放。以往涡轮增压发动机多是为了提升性能,在提倡低碳和高油价以及电动车等新能源汽车还没有普及的大背景下,“T”型车尤其是搭载小排量涡轮增压发动机迎来了最好的发展机会。

涡轮增压发动机

涡轮增压发动机 涡轮增压发动机
涡轮增压发动机示意图(点击查看大图)

涡轮增压器(Turbo)实际上就是一个空气压缩机。它是利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮室内的涡轮(位于排气道内),涡轮又带动同轴的叶轮(位于进气道内),叶轮就压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气,再送入气缸。当发动机转速加快,废气排出速度与涡轮转速也同步加快,空气压缩程度就得以加大,发动机的进气量就相应地得到增加,就可以增加发动机的输出功率了。

增压发动机主要分为以下四种类型:

1.机械增压系统(Supercharger):装置在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接,从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转,从而将空气增压吹到进气岐道里。

增压发动机
机械增压发动机(Supercharger)  

2.废气涡轮增压系统:是目前应用最为广泛的发动机增压装置。它是利用发动机排出的废气达到增压目的。增压器与发动机无任何机械联系,压气机由内燃机废气驱动的涡轮来带动。一般增压压力可达180-200kPa,或300kPa左右,需要增设空气中间冷却器来给高温压缩空气进行冷却。

增压发动机
废气涡轮增压发动机(中国市场最最主流的增压发动机,也是本文讨论重点)

3.复合增压系统:即废气涡轮增压和机械增压并用,大功率柴油机上用的较多。复合增压系统发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小,但结构过于复杂。

4.气波增压系统:利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。这种系统低速增压性能好、加速性好、工况范围大;但尺寸大、笨重和噪声大是最大的缺点,不太适合安装在体积较小的轿车里面。


为何涡轮增压发动机会大行其道?


带你了解目前流行的双离合变速器

要知道什么是双离合变速器,首先我们先要了解一下它的背景:汽车自动变速器有多种不同的技术,其中最新的同时也是发展最快的是双离合器自动变速器。开发双离合器自动变速器技术的核心就在于双离合器模块、扭振减震器模块和控制模块的技术。这些模块是双离合器自动变速器中的关键零部件,是这种先进的自动变速器的心脏和大脑。2003年世界首款双离合器自动变速器投放市场,使用的就是博格华纳公司生产的模块。双离合器自动变速器具有卓越的效率和舒适性,自从问世以来,已经取得了巨大的市场成功。目前双离合变速器的核心技术仅掌握在美国博格华纳(BorgWarner)和德国舍弗勒(Schaeffler)集团手中。
双离合变速器的优势:
1.传动过程中的能耗损失非常有限,大大提高了车辆的燃油经济性;2.反应非常灵敏,具有很好的驾驶乐趣;3.车辆在加速过程中不会有动力中断的感觉,使车辆的加速更加强劲、圆滑。百公里加速时间比传统手动变速器还短。

干式双离合变速器
双离合变速器的种类:
在家用车上常见的双离合变速器主要分为“干式”双离合变速器与“湿式”双离合变速器两类,两者可以说是各有所长。简单来说“干式”双离合器优点是比一般“湿式”双离合变速器的反应更加灵敏,但对于离合器片的磨损较严重。而“湿式”双离合器则减少了离合器片的磨损,不过由于是由电子液压控制系统来操控,所以使用中会有一定的延迟。

湿式双离合变速器
双离合变速器结构和工作原理
双离合变速器之所以能够实现高效和节能,这有赖于其特殊的内部结构和工作原理。统的手动变速箱使用一台离合器,换挡动作分为三个动作:离合器分离--变速拨叉拨动同步器换档(前档齿轮分离/新档齿轮胶合)--离合器结合,这三个动作,是分先后进行的,驾驶员须踩下离合器脚踏,令不同挡的齿轮作出齿合动作,而动力就在换挡其间出现间断,令输出表现有所断续。
传统的自动变速箱没有控制与发动机输出轴通断的离合器,而是靠液力变矩器配合行星齿轮组进行换档。它与手动变速器除了在自动控制上的差异,机械方面最大的差异就是行星齿轮组的齿轮处于常胶合状态,通过给某些齿轮的离合-制动,产生不同的传动比。

双离合变速器剖面图——1档齿合,2档预选

而双离合变速器可以想象为将两台手动变速箱的功能合二为一,并建立在单一的系统内。它没有液力变矩器也没有行星齿轮组,由电子控制及液压推动,能同时控制两台离合器的运作。当变速器运作时,一组齿轮被啮合,而接近换挡时,电脑根据汽车速度和转速对驾驶者的换档意图做出判断,预见性地控制另一个离合器与另一个档位的齿轮组相连,但仅处于准备状态,尚未与发动机动力相连;当换挡时,一台离合器将使用中的齿轮分离,同时另一台离合器啮合已被预选,在整个换挡期间能确保最少有一组齿轮在输出动力,从而不会出现动力中断的状况。

 

福特汽车将要发力涡轮增压发动机

作为福特全球汽油发动机技术最新成果,EcoBoost GTDI发动机融合了国际上先进的涡轮增压、缸内直喷以及双独立可变气门正时技术,集三大先进技术于一身。通过涡轮增压利用排气的高温高压推动废气涡轮高速转动,在带动进气涡轮压缩进气,提高空气密度,同时电脑控制增大喷油量,配合高密度的进气,因此可以在排量不变的条件下提高发动机工作效率。简而言之就是废物再利用,将排气导入涡轮工作组,然后改变压力,形成压力差,增大发动机的工作压力。

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福特EcoBoost GTDI发动机

  汽油缸内直喷技术则打破了延续近百年在进气歧管内进行燃油喷射的传统,直接将燃油喷射到气缸内。实现了喷油量和喷油时间的精准控制,可以让混合气燃烧更充分,增大功率的同时降低油耗和排放。

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福特EcoBoost GTDI发动机

双独立可变气门正时系统针对进、排气凸轮轴都配备了独立的可变气门正时系统,可以在不同转速下优化缸内气流,实现更合理的进气量和排气速度,特别是能够在部分负荷下改善发动机效率和性能。

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福特EcoBoost GTDI发动机

集成了这三种先进技术的福特EcoBoost GTDI发动机不仅将保证蒙迪欧-致胜拥有澎湃的动力输出,而且将其燃油经济性提高了20%,并降低了15%的二氧化碳排放,在这款外型大气、空间宽敞的中高级车型上同时实现了强动力、低油耗和低排放。以2.0L Ecoboost GTDI为例,可以输出相当于3.0升自然吸气式发动机的表现,但是油耗却要低得多,可谓节能减排的先锋。

福特EcoBoost GTDI发动机的最佳搭档——PowerShift变速器

双离合变速器之所以能够实现高效和节能,有赖于其特殊的内部结构和工作原理。传统的手动变速箱只有一个离合器,换挡动作分为三个动作:离合器分离——拨叉拨动同步器换挡——离合器结合,这三个动作,是分先后进行的,驾驶员须踩下离合器脚踏,令不同挡的齿轮做出分离啮合动作,而动力在换挡过程中没有中断。

传统的自动变速箱没有离合器,是靠液力变矩器配合行星齿轮组通过电脑控制进行换挡,方便了驾驶者的操作,解放了频繁踩离合的左脚,但液力耦合有能量损失,而且反应较慢,所以动力传输效率低,油耗较高。

福特Powershift双离合变速器
福特Powershift双离合变速器

而双离合变速器内有两个离合器,通过电子控制及液压推动,能同时控制两个离合器的运作。当变速器工作时,一组齿轮被啮合,而接近换挡时,电脑根据汽车速度和转速对驾驶者的换挡意图做出判断,预见性地控制另一个离合器与另一个挡位的齿轮组相连,但仅处于准备状态,尚未与发动机动力相连;当换挡时,一台离合器将使用中的齿轮分离,同时另一台离合器结合新的齿轮,在整个换挡期间能确保最少有一组齿轮在输出动力,从而不会出现动力中断的状况。因此双离合器变速箱不仅动力传递直接,动力损失小,而且几乎没有换挡冲击,真正实现了高效快捷的操控体验。

为防止车辆在斜坡上倒滑,福特PowerShift变速器还包括了“坡道起步辅助”功能。这项功能维持足够的刹车压力,直到发动机输出足够的扭矩来帮助车辆爬坡,增强了驾驶者的信心和舒适度。


福特:未来涡轮增压、双离合的重要力量

说到大众的TSI发动机,相信大家都是耳熟能详,而TSI也是大众发动机家族中最先进的技术。我们先来了解一下大众TSI的含义:即Turbo-charging(涡轮增压)、Super-charging(机械增压)和Injection(燃油直喷)三个关键特色的首字母缩写。这种发动机结合两种增压方式的优点,并且加入了缸内直喷的技术,性能更佳的出众。

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1.4TSI发动机

然而我们要清楚一点的是,大众在国产车型上搭配的TSI发动机并不是此类双增压直喷发动机。实际它就是TFSI发动机,按照大众在中国的宣传策略将“F”省略了,只剩下了TSI即涡轮增压缸内直喷发动机。(顺便解释一下FSI:Fuel 燃油 Stratified 分层Injection直喷、燃油分层喷射)FSI是直喷式汽油发动机领域的一项创新的革命性技术,可将燃油直接喷入燃烧室,降低了发动机的热损失,从而增大了输出功率并降低了燃油消耗,对于燃油经济性和动力性都有帮助。

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缸内直喷(点击查看大图)

所谓TFSI就是在FSI的基础上增加一个涡轮增压,这样发动机的动力性又得到了提升,集合了TSI和FSI的优点于一身。国产的奥迪A4就是采用的2.0TFSI发动机,在结构上取消了二次喷油,但是依然保持了良好的性能。实际证明,国内的油品是可以满足缸内直喷的条件,但是却无法达到二次喷油的要求。

大众奥迪TSI解析
国产1.4TSI发动机仅保留了涡轮增压和燃油缸内直喷技术

下面我们以1.4TSI为例,国产的1.4TSI发动机(编号EA111)和国外的相同机型相比,取消了机械增压这一能够在低转区域内提供出色扭矩的硬件基础,仅仅保留了涡轮增压和燃油直喷技术,从原理上讲应该算是TFSI。同时,其燃油直喷技术也取消了二次喷油,更加适合中国市场的燃油品质。

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1.8TSI发动机

1.4TSI发动机是大众集团在发动机领域一个里程碑式的产品。它的出现使得大众集团在小排量发动机设计上有了质的提高。大众目前已经在国内生产具有世界先进技术水平的1.4TSI发动机,目的就是用来取代逐渐落伍的2.0L自然吸气机型。从数据上分析,1.4TSI发动机的最大功率96KW/5000 rpm和最大扭矩220Nm/(1750-3500)几乎达到了目前市面上主流2.0L自然吸气发动机的水平,扭矩甚至超过了许多2.0L发动机。

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2.0TSI发动机

1.4TSI发动机的最大扭矩在1750-3500rpm的区间都能爆发,这个转速区间覆盖了几乎所有的行驶状态,最大功率也在所列发动机中最早爆发,日常城市行驶中,为了达到最佳的省油目的,大多数用车人都会将转速控制在4000转以内,所以其他2.0L发动机所列的最大扭矩和最大功率只有在高速时才能体会到。而国产的1.4TSI发动机扭矩输出转速更早的特性非常适合日常城市行驶。

 

09年6月份,随着新君威2.0T的上市,标志着通用首次为在华销售车型引入涡轮增压发动机。相比较国内其他同排量发动机来说,其采用的DVVT进排气门连续可变正时技术,保证发动机在宽泛的转速区域内获得平顺的扭矩输出、高功率输出以及极佳的油耗表现,并在其间获得良好的平衡。

上海通用别克 10款别克君威

该发动机具有独特的双流道涡管的设计,每一根由独立的排气管道进行推动。一组为一、四号汽缸,另一组为二、三号汽缸。该设计能够极大程度降低发动机在低速时涡轮迟滞,提升动力响应,都处于领先地位。由此带来了350Nm的最大扭矩,162Kw的最大功率,升功率更是达到了惊人的81Kw/L,被誉为同排量中史上最强的Turbo发动机。

上海通用别克 10款别克君威

由于通用Turbo DI发动机的升功率都达到了80Kw以上,相比普通涡轮增压发动机70Kw左右的升功率,其处于明显领先地位。由此带来的好处在于更高的燃烧效率、更低的能耗以及更轻的发动机质量,非常符合当下低碳用车的主题。

上海通用别克 10款别克君威

而S6手自一体变速箱是通用当今最先进的变速箱产品。该变速箱采用嵌入式智能变速箱控制模块、终身免维护变速箱油、获得专利的高精度齿轮组、独有的空心“涡轮轴”等技术都处于全球领先地位。由于最低挡位与最高挡位之间的整体齿比范围增大,S6变速箱让发动机在各种转速之下都能得到适当的档位齿比对应,做到了运转更顺畅、动力表现更强劲、油耗和噪音更低。

新君威2.0T百公里加速测试成绩

据测试,配备S6六速手自一体变速箱的08款君越0-100Km/h加速时间由原来的10.9秒减至10.2秒;90Km/h等速百公里油耗由6.2L降低至5.6L;综合工况百公里油耗由9.6L降至9.1L,整体燃油经济性提升5%。

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