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浅谈发动机的模块化

(2014-04-02 05:56:01) 下一个

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模 块化这个词这两年很热门,不过一般人听说的都是车型设计的模块化,比如MQB模块、EMP2模块等等。最近,开始有厂商在发动机设计上也提出模块化这个 词。例如不久前沃尔沃的Drive-E,还有最近通用刚刚在底特律发布的11款小型Ecotec发动机,一个重要的宣传亮点就是模块化。这些新机型的“模 块化”到底是创新还是概念包装?发动机的模块化时代真的来临了吗?


发动机的平台化早已有之


与 车型平台一样,发动机其实也存在平台的概念。也有厂商用“系列”来代替“平台”这个词。一个系列之下,会有多款发动机,对应的性能、技术、排量等存在差 异,但缸体是通用的,缸径是相同的。这种做法,不仅简化了发动机的设计,而且也降低了发动机与车身的匹配难度——不同的发动机,与车身的连接点是一致的, 既有利于车型定位的差异化,同时也有利于车型设计的通用化。


这 其中,最常见的做法是通过不同的行程来区分排量。例如思域的1.8L和CR-V的2.0L,卡罗拉的1.6L、1.8L、新RAV4的2.0L,以及标致 508的2.0L和2.3L,都属于这一类型。它们的发动机看上去几乎一样,主要区别都是行程不同,因而排量有差异,适合于不同的车型定位。不过在自然吸 气时代,这种做法的可操作范围相对有限——像丰田那样从1.6L涵盖到2.0L基本上就已经到头了。

有了涡轮增压的辅助以后,覆盖范围可以变得更大。例如我们熟悉的大众EA888发动机,其中1.8T和2.0T版本定位差异不小,但其实它们的缸体、缸径都是一样的。奔驰新开发的M270发动机也是如此,1.6T版本和2.0T版本定位差异不小,但其实缸体是共用的。

通用的做法相当于将平台化扩展


通 用的这11款发动机有三缸和四缸两种布局,排量包括1.0L、1.1L、1.4L和1.5L,并区分自然吸气、直喷增压,通过不同的组合方式,以及对应燃 料的不同,总共衍生出11款机型。依据它们的差异化,已经很难用同平台来形容了。尤其是三缸与四缸发动机之间,已经彻底打破了平台的概念。然而这些机型之 间在设计上的互通性却相当强。例如缸体的主体结构尽可能相似,缸径全部统一为74mm等等。从机型数量、涵盖范围以及技术通用性来看,这11台 Ecotec的确可以算作是模块化的典型。

通 用此举的好处显而易见。首先这些机型功率涵盖了75马力-165马力这个区间,等效于常规1.0L-2.3L这个范围。在以往,它需要至少2个以上的发动 机系列来覆盖,现在一个模块就搞定了。由于不同机型的设计数据可以共享,研发速度加快,研发成本降低,竞争力显而易见。由于缸体设计在大的结构上保持一 致,不同的发动机,在匹配上却可以互通有无——例如它们在变速器的匹配上就可以完全通用,并且一次升级,就可以让11款发动机同时受益,大大降低了技术提 升的难度,也加快了整体技术升级的速度。

类 似的做法在此之前像宝马这样的厂商曾经采用过。例如宝马现在作为主力机型的N20B20发动机,就可以看做是与N55B30同一模块下的产物——它们虽然 一个是四缸、一个是六缸,但缸径都是84mm,整个发动机的布局思路、涡轮增压和直喷的设计,都非常相似。有人说“N20就是N55切掉两个缸”,话虽有 点糙,但的确有些道理。不过相比之下,像通用这样如此成系列地推出并且涵盖如此多的机型,之前还真没有过。因此说通用将模块化作为亮点宣传是站得住脚的, 它在这方面的确有着不小的创新性。

沃尔沃的做法体现模块化另一个方向


沃 尔沃的做法就显得更绝一些——推出了8款发动机,排量居然完全一样都是2.0L,但却涵盖了从140匹到306匹如此宽泛的范围,并且还对应不同的燃油类 型——四款汽油四款柴油。它们的缸体设计居然大同小异,具有相同的缸径、行程,以及发动机连接点等等。设计者通过缸盖来区分彼此不同的属性和性能。以四款 汽油版为例,功率的差异主要通过增压与否,以及增压值的不同来区分,共衍生出T3、T4、T5和T6。对于沃尔沃这样的品牌来说,T3已经完全可以承担起 入门级的工作。而顶配的T6,则通过机械增压与涡轮增压结合的方式,用机械增压来缓和高值涡轮增压的迟滞问题,再通过高值增压来提升功率,最终实现306 马力/400牛·米的功率和扭矩。这样的数据与宝马N55的3.0T完全一样,已经足以胜任沃尔沃高端车型的动力配备。

沃 尔沃通过增压技术的不同,实现了同样的目的,效果却完全不同。在这之后,沃尔沃在设计车型时几乎不用考虑发动机匹配的问题了。因为所有的发动机全一个样, 只要A能装,B就能装,就看你想装哪个了。车主在买车时,也可以提供定制选装——就像选装天窗或者选装真皮座椅一样,提出选装某款高性能发动机的要求。车 主买完车以后开几年感觉不爽,也可以非常轻松地换装高版本的发动机。不会有太多匹配的问题,效果却立竿见影。

是不是感觉有点像电脑CPU?插槽都一样,想性能好的插i7,想省钱省电的,插赛扬;买完赛扬感觉不爽的,换一i7插上立刻脱胎换骨……没错,PC就可以看做是模块化设计的典型,汽车领域的模块化理念就是跟这儿学的。

同 样的,沃尔沃这种做法也并非其首创。在此之前,类似的情况在很多厂商中都存在。例如宝马的20i和28i,发动机都是N20四缸,但因为增压值的不同性能 定位差异很大。大众(集团)的EA888 2.0T,在大众车上有170马力和200马力等不同版本,在奥迪上又有180马力和211马力等多个版本,它们的主要区别也只是增压值不同(奥迪版本多 了AVS)。只不过,像沃尔沃这样将其系统化设计,并且将增压技术的柔性发挥到极致的,之前还没有过。因此,沃尔沃说自己首创了发动机模块化也不为过。它 这种通过增压柔性来实现发动机统一设计的方式,不失为发动机模块化的另一个重要发展方向。

总结


模块化的威力是不可小觑的。除了在设计思路上的转变以外,增压技术的普及和进步,也为发动机模块化的推进起到了关键性的作用。在这种思路的影响下,不同性能的发动机,结构上的差异会越来越小。


这 种趋势一旦形成,甚至会促使全球发动机设计制造的模块化——大量的发动机在缸体上实现共用,将有可能引发供应商的兴趣。到那时,发动机或许会像现在的变速 器一样,由几个主体供应商提供,主机厂则只是负责采购和匹配而已。如此,发动机技术的升级会更快(就像6AT一下子蹦到9AT一样),成本反而还会更低 (例如9AT并没有显得比6AT贵多少)。(GeekCar)

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