四缸拨千斤 沃尔沃Drive-E动力总成解析

时间:2020-02-09 01:49来源:使用说明
沃尔沃成立于1927年,是一家历史非常悠久的车企。并且在公司成立的第一年就生产出了一台直列4缸发动机。在随后的近90年里,即便是在被福特收购的那段时期,沃尔沃也一直坚持自主

  沃尔沃成立于1927年,是一家历史非常悠久的车企。并且在公司成立的第一年就生产出了一台直列4缸发动机。在随后的近90年里,即便是在被福特收购的那段时期,沃尔沃也一直坚持自主研发、生产发动机,并且多次获得了沃德十佳发动机大奖。

  在2013年,沃尔沃推出了Drive-E动力总成。Drive-E中的“E”包含三个概念:Efficient power(高效动力)、Electrification(未来预留的,电池动力)、Environment(环境友好)。现在,随着沃尔沃新一代车系逐一亮相,Drive-E动力总成也展示出了自己的全部面貌。

  沃尔沃的Drive-E动力总成家族包括8款发动机和一台全新的8速自动变速箱。这8款发动机全部采用四缸设计,其中有4款是柴油发动机,基本上确定不会引入国内。剩下的4款汽油发动机分别是机械增压+涡轮增压的T6、涡轮增压的T5、涡轮增压低功率版的T4,以及涡轮增压的T3,其中只有T3的排量为1.5L,家族中的其他型号排量均为2.0L。除此之外,沃尔沃还以T6为基础,加上电池和电机,组成了一套名为T8的插电式混合动力系统。

  纵观整个Drive-E家族,8个型号的发动机都采用了同一种基本架构,具备相同缸间距、缸径及冲程。很多零件,包括曲轴、下缸体、机油泵、油底壳等等都完全能够通用的,其余零件之间的区别也比较小。

  沃尔沃目前的车型里,既有紧凑型的S40,也有全尺寸的XC90,如何用一种架构的发动机来为全系车型提供强劲高效的动力?沃尔沃给出的答案是模块化的增压器。如今增压发动机已成主流,发动机的潜力被进一步压榨,也让小马拉大车成为可能。通过合理的增压器配置,T6发动机的动力已经达到了235kW(320Ps)/400Nm级别,可以让整备质量2078kg的XC90在6.5秒内从静止加速到100km/h。

  全系车型都使用同一架构的四缸发动机,并通过增压器来实现动力输出的划分,带来的好处是显而易见的。首先,研发成本将会显著降低;其次,在生产环节,所有的发动机都将可以共线生产,在降低生产成本的同时,还可以更加灵活地应对变化不定的市场需求。对于沃尔沃这样一家中型规模的车企来说,这是非常重要的。

  不过,现在的汽车市场,特别是豪华车市场,已经习惯了通过排量的大小来划分档次。人们对于在大型豪华车上应用小排量增压发动机还需要一个接受的过程。所以我们可以看到,虽说T6/T8发动机的最大功率已经完全够用了,但是在XC90这一级别的车型上只提供4缸2.0L排量的发动机,依然引起了不少的争议。Drive-E是否能够担当起为全系车型提供动力的重任呢?

  作为未来5-10年沃尔沃全系车型的主要动力来源,Drive-E动力总成上汇集了众多发动机领域的先进技术,以获取更强的动力、更低的油耗,以及更少的排放。

  轻量化是提高动力表现和降低油耗的一个重要手段,为了在保证强度的条件下实现轻量化,Drive-E动力总成在材料上下了很多功夫。全部8款发动机都采用了高压铸铝曲轴箱,内嵌铸铁缸套及球墨铸铁所制的轴承支撑,缸套外层喷涂有一层共晶铝合金,以增强缸套跟铝基缸体的贴合。

  缸内直喷已经不是什么新鲜的技术了,但是目前的直喷大都是侧装直喷,Drive-E系列汽油发动机则采用了中置的缸内直喷系统,包含中间安装的火花塞及喷油器。中置直喷独特的喷雾形状可以更好地实现均质燃烧。同时,中置直喷技术在起始分层燃烧和有效的催化器加热方面超越了歧管喷射和侧装直喷,实现了低油耗,并能够满足严格的美国加州尾气排放标准PZEV。

  另外,柴油版的Drive-E发动机在全球首次应用了喷射压力可达2500bar的燃油喷射系统及闭环油量控制系统,该套系统命名为智能精确调整科技(i-Art) 。 其核心原理是每一次燃油喷射在燃油系统中产生一个压力波,包含了精确的喷油时间及喷射油量。发动机控制单元从油压数据中计算实际汽油喷射量并调整喷射控制。

  这种精确并且柔性的喷射系统更易达到高功率密度,低排放,低燃烧噪音,更高的热效率。该系统能够自动补偿老化与磨损,以确保发动机全寿命期间有稳定和可靠地运转。然而这一切并没有什么用,因为就目前的情况看来,沃尔沃的柴油发动机车型并没有引入国内的计划。

  模块化的设计思想也贯彻到了Drive-E的尾气后处理系统中。由于各个地区的法规不一样,汽油机和柴油机的排放特性也不一样,沃尔沃设计了三种尾气后处理系统,以分别满足欧6b(2014年9月开始实施)的汽油车和柴油车排放标准、美国SULEV/PZEV汽油车排放标准。

  尾气后处理系统直接与涡轮增压器的废气出口相连,可以让三元催化器尽快达到工作温度,从而降低起步时的排放。

  沃尔沃为Drive-E系列的发动机匹配了来自爱信的横置8速自动变速箱。这款8AT变速箱传动比覆盖范围较大,各档位的排列非常紧密,燃油经济性也很出色。同时,这款变速箱是与发动机平台同步开发的,所以它们之间的匹配非常平顺。除此之外,沃尔沃还将提供一款6MT变速箱供用户选择。

  模块化的增压系统是Drive-E动力总成中最大的亮点。无论功率等级,无论汽柴油,它们的增压系统具备同样的安装位置和端口,同样的增压系统布局可适用于所有的整车平台。

  在汽油发动机方面,有两种增压模块。一种是单纯的涡轮增压,这种涡轮增压器的一体式冲压钢外壳与排气歧管是集成一体的,与传统铸造歧管相比,大大降低重量并提高隔热能力。

  另一种是机械增压+涡轮增压。机械增压器通过皮带与曲轴相连,有助于提升低转速时的扭矩,但是高转速时作用有限;涡轮增压器靠发动机排出的废气驱动,在高转速时拥有强大的功率输出,但低转速时则力不从心。

  在Drive-E的机械增压+涡轮增压系统中,两个涡轮增压器串联布置,机械增压器在前,涡轮增压器在后。其中,机械增压器由一个电磁离合器控制,用于在低转速是弥补扭矩的不足。当发动机转速上升后,涡轮增压器开始建立压力,机械增压器在电磁离合器的作用下与发动机分离,并停止工作。

  在柴油发动机方面,主要分为双涡轮增压和单涡轮增压两种。信息模块图片根据有无可变截面技术,又可再细化为四种型号。

  值得一提的是,和常见的双涡轮增压系统不同,Drive-E的双涡轮增压系统中其实应该叫“二级涡轮增压系统”,它的两个涡轮增压器是一前一后串联的。新鲜空气先被吸入到第一级压气机内,增压一次。加过压的空气被送至第二级压气机内,再次增压,形成二级涡轮增压。通过利用两台涡轮增压器分别加压,两台压气机的运行均可达峰值效率。同时,由于各级压力比较低,转速也会较慢,因此改善了轴承系统、压气机叶轮和涡轮叶轮的可靠性。

  除了上述的技术亮点,Drive-E系列发动机全系共有的特点还包括反置安装、DOHC双顶置凸轮轴、DVVT进排气可变气门正时系统等等。

  发动机反置安装,即进气在前,排气在后,这样有利于降低进气温度,从而提高燃烧效率,同时排气也更加顺畅;双顶置凸轮轴的作用是简化配气结构、提高平顺性、降低噪音;进排气可变气门正时系统则可以提高发动机的燃烧效率,降低油耗和排放。

  在众多先进技术的支持之下,Drive-E系列发动机有着亮眼的参数。在汽油发动机当中,T3和T4这两台低功率发动机的升功率在100Ps/L左右,最强劲的T6则达到了160Ps/L。除去一些比较极端的产品,T6已经是目前顶级的2.0T发动机了。

  沃尔沃的T6发动机虽然强劲,但是受限于2.0L的排量,要越级挑战竞争对手的大排量涡轮增压发动机还是有点不现实。沃尔沃的解决之道是为T6发动机加上了电机和电池,组成了一套插电式混合动力系统。信息模块图片

  T8插电式混合动力系统包括T6发动机、8AT变速箱、电池组,以及电机和电控设备。另外在发动机和离合器之间还有一个ISG电机。

  电池组采用的是磷酸铁锂电池,位于车舱中部地板之下、排气管之上。该电池组的总电量为9.2kWh,重量为125kg,可以为T8版的XC90提供40km的纯电续航里程。使用普通的家用16A插座为其充电,需要2.5个小时即可充满。

  电机位于后轴处,固定在副车架上。这台电机来自于西门子,最大功率65kW(88Ps),最大扭矩为240Nm,只用于驱动后轴。电控设备位于后轴上方,同样是西门子的产品。

  ISG电机(Integrated Starter and Generator)位于发动机和离合器之间,集成在发动机的输出轴上,用于取代传统的启动电机。另外,在减速或者制动时,ISG电机可以回收能量,并为电池进行充电。

  借助于强劲的T6发动机和高效的电机,T8插电式混合动力系统可以爆发出300kW(408Ps)的最大功率和640Nm的最大扭矩。这一数字距离奔驰的AMG系列和宝马MPower还有差距,但是对上其他车型,都可以不落下风了。

  最后,让我们回到开始的问题,Drive-E系列动力总成是否能够担负起为沃尔沃的全系车型提供动力的重任呢?我们就以XC90为例子来看看吧,如果Drive-E驱动XC90没问题,那其他车型都不在话下了。

  XC90在市场上的直接竞争对手是奔驰的M级和宝马的X5。对于后两款车,可以说不存在“动力不足”的争议,所以,只要XC90的动力表现达到了M级和X5的水平,那就完全能够满足消费者的需求了。

  从表中可以看到,在沃尔沃XC90、奔驰M级、宝马X5各自的低端型号对比当中,T6版的XC90在最大功率上占据了不小的优势;而在高端型号的对比当中,T8版的XC90完全碾压了奔驰ML400,并且对上采用双涡轮增压V8发动机的X5 50i也不落下风。

  不过,Drive-E动力总成也有其不足的地方,奔驰M级和宝马X5的发动机一般在1500转时就能爆发出最大的扭矩,而T6发动机则要等到2200转。好在电机的低转扭矩非常强大,所以T8版本的XC90应该不会遇到低转动力不足的问题。

  所以,我的结论就是T6版的XC90在低转时动力稍微有些欠缺,但是综合表现应该不输同级别的对手。T8版的XC90动力非常强劲,得益于插电混动的驱动形式,其能耗表现应该也比较优秀。Drive-E动力总成可以很好地驱动XC90这个大家伙,沃尔沃的其他车型自然也不在话下。

  当然,这一切都是根据纸面数据得出的结论。XC90和Drive-E动力总成的实际表现还要待试驾之后才能得到最后的结论。不过,我相信Drive-E的表现不会让人失望。

  编辑点评:沃尔沃的Drive-E动力总成虽然全系列都采用四缸的结构,但是由于多种模块化增压器的加入,一点都不显得单调。而且其性能表现相当出众,甚至达到了宝马双涡轮增压V8发动机的水准。在研发成本日益高企的今天,沃尔沃的这种模式或许是未来的一个方向。

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