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14吨重的车百公里油耗低至40升这代 [复制链接]

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没想到广汽第三代发动机这么牛

“我们的第三代2.0TGDi发动机,可以达到千瓦、牛米,升功率90千瓦,热效率非常高,油耗会比现有的2.0T降低不少,蛮厉害的。”

吴坚语气平淡地向我做着介绍,“第三代发动机开发任务很明确,一是‘国六’排放,一是第四阶段油耗限值。拥有多项国内第一,是中国第一家采用巴直喷系统的发动机;采用了双流道涡轮增压器,这个在国产里面肯定是第一家;可变机油泵第一次用;电子节温器第一次用。”

最关键的,这不是停留在PPT上的愿景,吴坚提到的这款发动机,已经在做耐久实验,明年就有望投放市场。

广汽第三代2.0TGDI高性能增压直喷发动机,采用bar高压直喷系统、双流道涡轮增压器、电控废气阀、进排气双VVT、可变机油泵、电子节温器、正时静音链传动、双平衡轴等先进技术,各项性能指标达到国际先进水平。

吴坚博士,是广汽研究院常务副院长、动力总成技术研发中心主任。如果不是亲眼所见,青主也不相信,广汽的动力总成开发居然已经做到这个水平——AVL的评价是“达到了世界先进水平”。以第三代2.0TM发动机为例,热效率达到38.1%,虽然比起丰田41%的热效率还略低,但是升功率却远超丰田,达到了70千瓦。(青主注:TM代表米勒循环,全新凯美瑞双擎搭载的2.5升阿特金森发动机,热效率是41%,但升功率仅为52.4千瓦。)

“谈到热效率的时候,大家往往会进入一个误区,就是只看热效率而忽略了升功率。两者兼顾才是最理想的,仅仅热效率很高,动力不够,没有用。”说到这里,吴坚特别提到了他们正在开发的第三代1.0TGDi发动机,“现在做到了99.7千瓦,扭矩达到了牛米,以目前的技术来说,这个已经做到极致了。”

而作为更中坚的力量,广汽第三代1.5TM发动机,最大功率千瓦,最大扭矩牛米,同样采用bar高压直喷系统、高压EGR、缸体缸盖分流冷却、集成式双调温器、集成排气歧管、可变机油泵等技术,热效率高达40%,并能够满足国六b排放法规。

广汽第三代1.5TM发动机技术参数

值得注意的是,这是一款直列3缸增压直喷发动机,采用单缸0.5L排量的模块化设计,可以与4缸的2.0升发动机共平台开发。这也是吴坚主导的模块化开发战略,从第三代发动机开始,广汽基本上会偏向于0.5L排量作为一个缸,这既可以提高开发效率,更可以降低研发、生产成本。

“在发动机产品规划上,也是收敛的,”吴坚介绍说,“未来的战略就是用尽量少的发动机,通过不同的调校、不同的标定,来满足上下区间的动力总成需求,这样能够进一步降低成本。品种少了,相对来讲供应链管理、品质控制,各方面都会有很大的优势。”

广汽第三代发动机,数量大大减少,基本以0.5L排量作为一个缸,既可以提高开发效率,更可以降低研发生产成本。

工程师之问

吴坚承认,要同时满足国六排放和第四阶段油耗限值,是一个很大的挑战。

从第三阶段油耗到第四阶段油耗,汽车油耗需要降低30%,“举个例子吧,”吴坚介绍到,“一个1.4吨重的车,在第三阶段油耗的时候,(百公里)油耗7.3升就可以满足要求,但到第四阶段要达到5.1升,而到未来第五阶段的时候要进一步降低到4.0升。”

油耗法规日趋严格,年1月1日开始,达不到第三阶段油耗限值车型将不允许销售;预计年1月1日开始,达不到第四阶段油耗限值车型将不允许销售。

这是油耗限值的要求,而更挑战的是排放。目前国六排放已经算是正式颁布了,吴坚称其为“一个蛮奇葩的法规”,它糅合了欧洲和美国的测试方法,OBD诊断采用美国的,污染物限值采用欧洲的,综合起来比美国、欧洲都更严,更难达标。”

中国国六尾气排放法规,污染物限值与欧6相同,蒸发排放和OBD接近美国,综合而言已经是全球最严排放法规。

所以,单纯靠内燃机未来是很难达标的,办法只有一个,就是要跟电机结合,吴坚把它叫做“传统动力电动化”。其实简单来说,就是包括48伏微混、混动、插混的一系列解决方案。

“比如像GS8这样的SUV,它未来的目标是百公里综合油耗6升,要达到这个目标,油耗至少要降低30%,只能混动化。”吴坚给我们展示了采用第三代2.0T发动机、湿式双离合变速器的GS8混动化方案,百公里综合油耗可以降低到6升左右,而0-km/h加速可以达到8.9秒。现款紧凑型SUV,百公里综合油耗7.1升,采用同样的混动方案以后,油耗将降至4.9升,完全满足第四阶段油耗的水平。

广汽不同车型实施“混动化”之后的效果对比。

作为一个内燃机专家,吴坚对“内燃机消亡论”很不以为然。

他认为,*府可以给出排放或者能耗方面的指标,“我们是工程师,总有技术手段去解决、去达成那个目标。”

“目前电动车还是有很多问题的,包括它的行驶里程、电耗、成本、使用便利性,还有未来的后处理,一系列的问题……,如果有更低成本的解决方案,为什么不做呢?为什么要用成本更高的办法?”吴坚发出的是一个工程师之问。

在吴坚看来,小型车比较适合于纯电,用一个小电池,满足上下班短途使用,效率比较高,电耗也比较小;A级到B级应该是混合动力或者是插电、增程式电动;C级以上的大车,只有混动和插混才能满足它的油耗要求。C级车做纯电动也不是不行,但是它的效率很低,既不节能也不环保。

事实上,吴坚认同未来内燃机不可能单独存在,必须要走电动化的道路,但是内燃机本身还有很强大的生命力。

国际能源署IEA在年的预测:到年,有49.4%的车辆使用内燃机混合动力,仍有58.2%的车辆会搭载内燃机。

IEA(世界能源组织)年预测,到年仍将有58.2%的汽车搭载有传统内燃机,当然纯粹的汽柴油车比例已经很低了,更多的是混动和插混。其他一些权威和专业机构,如博世、IHS、StrategyEngineers、AVL等,都预测内燃机以及“内燃机+电机”的混动方案在相当长时期内都将是市场主力。

本田和丰田的预测也与此吻合,本田预测到年仍将有85%的汽车搭载传统内燃机,而在丰田的预测里,到年,EV和FCV占比也只有大约1/4,其余3/4的汽车仍将搭载内燃机。

吴坚提醒说,内燃机并非很快就要消亡,它只是以另外一种形式存在。未来电动化一定是趋势,但电动化不是纯电化,传统动力在未来汽车动力中还是会继续扮演重要的角色。他没有直接说出来的意思其实是——现在,谁不重视传统动力的开发,将来谁就会死得比较惨!

吴坚的四个“蛮骄傲”

从无到有,从国内落后到世界先进,从向菲亚特买技术许可,到完全自己研发,广汽研究院在动力总成领域取得的研发成果,让当天参与交流的媒体都感到不可思议。但是吴坚却始终语气平淡,似乎这些都是理所应当的,但谦逊淡定的背后,其实是绝对的自信。

吴坚谦逊的眼神里流露出来的是满满的自信。

吴坚的这种自信,在说到“你只要有指标,我们总有技术手段去解决”时,表露无遗。如果没有这种自信,吴坚也不会选择加入广汽研究院。8年广汽研究院成立动力总成部,开始一共才18个人,广汽在这个领域是一切从零开始,对吴坚来说,首要问题是解决有没有(发动机)的问题。

广汽开发的第一款2.0VTML,是从菲亚特引进的发动机的一个升级产品,当年菲亚特的这个发动机技术已经非常老旧,而且是针对赛车开发的,比较强调扭矩,而不太考虑别的东西,比如说成本、排放、油耗,“我们拿到这个都傻眼了,成本高,油耗也很高,反正很糟糕。”吴坚说,“我们第一个产品出来的时候,某领导开车去深圳不敢回来,因为当时广深高速路上是没有加油站的,一箱油大概只能跑公里,不够广深一个来回。”

在引进技术基础上,广汽做了大量技术升级,迅速进入第二代发动机的完全自主开发阶段。

为了降低油耗,吴坚及其团队快速开发了2.0DCVVT(双连续可变气门正时)发动机,并且首次导入了小型化概念,推出了1.8T涡轮增压发动机,算是拉开了广汽第二代发动机产品的序幕。

广汽第二代动力总成产品,有G和GS两个平台,则完全从零开始自主研发。用吴坚的话说,是“因为看到那个发动机已经没有改造的价值了,再改造下去,投入的代价太高,不如推倒重来自己干”。应该说,从市场角度,第二代动力总成是大获成功的,传祺现有车型搭载的都是广汽研究院自主开发的第二代发动机。

广汽第二代发动机创新性提出GCCS燃烧控制技术,在GS平台首推增压直喷发动机、阿特金森循环发动机、三缸发动机;新的G平台与GS平台发动机实现跨平台模块化设计。

从零起步,到形成四大平台发动机,第三代产品全面达到国6排放、四阶段油耗法规,吴坚都是娓娓道来,没有一点激昂慷慨,只是在4个地方提到了“蛮骄傲的”。

一是2.0TM发动机油耗被德国权威机构FEV鉴定为“世界最低”。

FEV是世界四大发动机咨询公司之一,在他们数据库里,广汽第三代1.5TM及2.0TM的油耗都是同级最低的(下图)。而正在研发的第四代发动机,吴坚透露,热效率要做到41%,目前唯一达到这个热效率水平的只有丰田。“我们的第四代发动机,设计都已经完成了,正在做台架验证。”吴坚说。

红色线是FEV数据库中所有发动机的平均水平线,广汽第三代发动机已经处于世界最先进行列。

二是完全靠自己干出了自动变速箱。

广汽从年开始规划变速器的开发,年推出第一款手动变速箱,7WDCT(7速湿式双离合变速器)、6速手动变速器,明年都会投放市场,在7WDCT基础上还会做混合动力电动化的开发。

变速器,尤其是自动变速器,是目前国内汽车行业的最大的软肋,很多厂家也投入了大量研发力量,但是要么是简单逆向,要么就是委托外部第三方,而令吴坚自豪的是,广汽在开发变速器的过程重,完全没有委外,全是自己干,“静悄悄的就干了不少事。”说到这里,吴坚也忍不住得意起来。

湿式双离合变速器是各项指标最均衡的技术方案。

为什么选择开发7WDCT?吴坚解释说,每个变速箱都有它的特点,比如说AT的稳定性肯定是最好的,CVT的舒适性比AT还要好,而且比较容易实现混动化;干式DCT稳定性和舒适性都不好,但也有它的优势——在所有技术方案里,它的油耗是最低的;总之,吴坚认为每种方案都有其存在的价值,但是WDCT在各项指标上表现是最均衡的,所以广汽选择了7WDCT这条开发路线。

相比发动机,变速器的开发更难。据悉,一汽干双离合变速器大概有八九年了,到现在也没投产,上汽是9年立项,年投产,干了6年,江淮也差不多,目前投产的就是上汽和江淮;长安还在开发过程中,进度跟广汽差不多,但长安开始得早,广汽正式启动是年,是最晚开始的,明年投产,一共4年。

三是实现了发动机标定工作自动化。

发动机开发过程,耗时最多的环节就是标定,不仅要做台架标定,装到车上,由于车的重量不同,烧的油不同,变速器不同,车的形式也不同,阻力各方面的不同,因此它还要在车上再做适应性标定。但是台架标定是最基础的,等于给了发动机一个DNA,到底是偏动力性,还是偏油耗,还是偏成本。

用吴坚的话说,这个标定工作看起来好像不复杂,但是温度、负荷、转数、油门开度变量很多,排放、动力性能、电子电控、启动性能等等,都需要标定,每一项都像绣花一样,是一个非常细致、耗时的工作,工作量很大。

发动机标定工作看起来不复杂,但是每一项都像绣花一样,是一个细致、耗时的工作。

“经过努力,我们已经初步实现了标定自动化。这是连我们的供应商都做不到的,我们已经实现了。这也是蛮自豪的一件事。”吴坚说,“采用我们自己开发的工具链,标定工作效率提高了30%,节省的不仅是时间,还有金钱,因为可以大幅减少用转毂的时间。目前我们甚至做到了把我们这套工具链卖给供应商,就是德尔福、联合电子、大陆这些巨头,他们反而在用我们的工具链,这个也是蛮自豪的。”

四是惊人的研发效率。

在发动机电控标定这一块,吴坚自认广汽现在是国内行业里面独树一帜的,其实一汽、东风、长安都比广汽起步早,有的甚至早10年,但是最后广汽却走到了前面,这就是效率。

研发很花钱,但也并不是只要砸钱就能出成果。在动力总成研发领域,广汽其实并没有投入很多钱。在硬件投入上,吴坚很是羡慕一汽,单单发动机台架就有48个,而广汽只有21个,在行业里应该说是最少的了,可能也就比众泰好一点——因为众泰压根就没有嘛。奇瑞大概有40多个,长安可能更多,大概50多个。

“这么多年下来,从成立初期到现在,动力总成部大概一共花了15个亿,这里边含了装备的投入,含了当年冤大头买了菲亚特的技术许可,含了这么多年所有员工的工资,因此这15个亿是一个全成本的概念——而且还没有花完,还包含了后续在开发的第三代、第四代发动机。”

“但这15亿产生的价值不得了,不说别的,就说购置税减半,块钱一台,我们GS平台发动机去年一年就挣了多少个亿?你算算,仅此一项一年就把这15亿挣回来了。”吴坚掰着指头给我们算。

在研发中,如何提高资金使用效率,始终是吴坚要考虑的。国六排放标准太严,仅靠后处理是无法达标的,必须把发动机的原始排放大幅降低,这就要应用光学单缸机,通过高速摄影把整个燃烧过程拍下来,进而研究如何减少颗粒物。这个光学单缸机很贵,采购价差不多7万欧元一个,经过攻关,吴坚团队实现了国产化,现在只要元一个,“这是我干的第一件最牛的事情——我可以大量的用,坏了也不心疼,才元一个嘛。”

正是因为在燃烧控制上掌握了核心技术,广汽的第三代发动机,不需要加装颗粒捕集器就可以达到国六B排放标准,这也是国内第一家。而一个颗粒捕集器的成本大约是0元,单此一项,即使以年产50万辆计,每年就可以为广汽带来5个亿的纯利润。

“15亿还没有花完,人也不多,含一线工人个人左右,现在投放市场的有13款发动机,还有变速箱。这样的研发效率,行业里可能没有哪一家能够跟我们比。”这确实值得吴坚骄傲的。

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青主按

传祺这几年的突然爆发出乎很多人的意外,很多人开始认为传祺不过是运气好,蒙对了GS4这款神车;后来GS8又成功了,很多人认为不过是设计好;反正死活不肯承认,传祺成功的背后,其实是广汽研究院坚实的研发成果在支撑。

比如说动力总成。用吴坚的话说,动力总成是整个汽车核心的核心,是最重要的一个部件。很难想象,没有第二代动力总成的成功,传祺的车会一款接一款成功。

以前没有接触过吴坚,对吴坚的半天采访,却是我近年来收获最大的一次,信息量太大,采访速记居然多达字(不计空格)!而且,都是非常有料的干货,以至于这也是我近年来拖得最久的一篇稿子——因为我实在不知道该如何取舍,而显然,我也不能把这3万多字,都呈现给读者。

吴坚自己说,8年加盟广汽的时候,心里非常忐忑,因为他们的起点是一张白纸。但是,今天,我想吴坚一定特别庆幸当年自己的选择,如果还继续留在大学,吴坚毫无疑问也会是一个优秀的教授,但以其朴实和直率,估计很难像某些长袖善舞的同行,学术上虽未见什么建树,但又是某某会的理事,又是院士,什么时髦忽悠什么,什么趁钱吆喝什么,各种论坛口沫横飞,名利双收,不亦快哉,性格决定命运,吴坚不是这块料。

但是在广汽研究院,他可以用最少的投入、最快的速度,取得最丰硕的成果,把自动标定程序卖给德尔福这样的世界巨头,创造一个接一个国内第一,单单年上半年,就已经有件专利,最关键的是,他可以不用和别人面红耳赤地抬杠——未来的技术路线到底是什么,他有自己坚定的看法和态度,他要做的,只是用能力去赢得市场,然后用市场证明自己的正确。作为一个搞技术的人,这才是真正的不亦快哉!比起来,个人评上个院士,或者一年挣多少钱,真不算什么。

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