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一刀说:国货之光——详解长城全新4N20系列发动机
Myautotime 1.4万浏览 2020-07-27

长城汽车最近发布了全新的动力总成4N20+9DCT,作为长城最新一代的动力总成,这台4N20发动机集成了长城最近几年在传统动力研发方面的几乎所有先进技术,代表了国内自主品牌内燃机技术的水平,即使和国际一流汽车公司相比,技术上也毫不逊色。

今天我们以著名的大众EA888三代2.0T为标杆来全面对比一下长城这台的4N20,看看国内发动机的技术水平来到了一个怎样的高度。

背景信息

长城的第一代2.0T增压直喷发动机产品是4C20,也就是目前长城在使用的2.0T,4C20发动机于2012年上市,距今已经8年,刚刚发布这台4N20发动机是长城的第二代2.0T直喷发动机产品,而且是长城将动力系统零部件业务独立出来成立蜂巢易创后推出的第一款全新发动机。4N20系列集成了长城在传统发动机方面的众多新技术,是长城下一代核心动力总成。

而我们今天的对比对象是EA888 三代 2.0T。EA888最早的第一代产品是2004年奥迪A4上使用的EA113系列2.0T发动机。2008年左右推出了第二代发动机,代号改为EA888。这一系列的发动机从市场表现来讲还是非常成功的,不过二代EA888发动机也给大家留下了烧机油的印象。随后大众又在2012年和2016年发布了技术进一步升级的EA888三代高功率GEN3和低功率GEN3B。就是目前市场在卖的EA888 2.0T,也就是我们今天对比的主角之一。

主要参数和性能对比

长城4N20的大众EA888三代不约而同的都采用了高低功率的设定。这也是目前增压发动机比较普遍的做法,而且两者都不是简单的通过调整增压器来实现高低功率,而是采用了不同的燃烧系统。低功率采用米勒循环来降低油耗,高功率采用传统的奥托循环来实现性能。4N20发动机分为高低功率两个档位。根据目前长城汽车公布的信息,低功率版本成为4N20,高功率版本代号为4N20A。而大众EA888三代的低功率版本为EA888 GEN3B,高功率版本为EA888 GEN3。下面是两个发动机主要参数和性能的对比。

从对比结果上看,长城4N20发动机在高低功率发动机的性能上和大众相比并不逊色,而且同等状态对比时在功率和扭矩方面还有一定的优势。不过需要说明的是大众EA888在极限性能方面的潜力还是有一些优势的,比如目前在奥迪S3上使用的高功率版本性能能够达到213kw,而特殊版本的TT420版本的EA888三代可以实现超过300kW的功率。

不过对于长城4N20平台来讲,极限性能并不是重点,因此今天的对比重点我们放在低功率版本的4N20和EA888 GEN3B上,因为4N20低功率米勒循环版本将是最先上市的机型,应该也是技术含量和销量最高的机型。采用米勒循环技术的主要目标就是提高燃烧效率,降低油耗。长城公布了发动机的最高热效率能够达到38.3%,这在目前的增压直喷发动机中绝对是非常高的水平了。大众EA888 GEN3B没有官方公布的热效率数值,但是我们通过两个发动机的油耗万有特性对比可以看出,两者的油耗基本处于同等水平。

主要技术方案对比

1、燃烧系统对比

两者都采用了米勒循环燃烧系统,米勒循环燃烧系统是当今最主流的提升增压汽油机效率的技术方案。其主要原理是采用进气门早关的方式来实现膨胀比大于压缩比的燃烧,从而降低泵气损失,提高热效率。因此,米勒循环允许使用更高的压缩比。

大众采用了低升程的进气凸轮轴来实现米勒循环,也就是进气门早关(下图),因此可以使用比较高的几何压缩比,EA888 GEN3B的压缩比高达11.7:1。

而长城4N20同样采用了低升程进气凸轮轴来实现米勒循环(见下图),但是4N20采用了比大众EA888 GEN3B更高的12:1的压缩比,油耗比目前量产的4C20发动机有大幅度的降低,这也是4N20热效率能够达到38.3%的基础。

2、燃油喷射系统对比

大众EA888三代采用了双喷射系统,也就是每个气缸有两个喷嘴一个200bar喷射压力的GDI直喷喷油器加一个PFI气道喷射喷油器。这样在低速低负荷可以使用PFI气道喷射来降低颗粒物排放和油耗,又可以在大负荷发挥GDI直喷的性能优势。这种双喷射系统是在不改变原来侧置直喷结构的情况下做的一种升级方案,我们在丰田日产的2.0T上也能看到类似的设计。

长城4N20在喷射系统上进行了重大的升级,将原来4C20的侧置直喷系统改为目前最先进的中置喷油器直喷系统,而且喷射压力采用了目前最先进的350bar系统。这是目前最先进的直喷系统组合了,奔驰宝马、通用的2.0T采用的都是这种中置喷油器350bar喷射系统。和大众EA888 三代的200barGDI+PFI双喷射的系统相比,350bar中置喷油器方案从技术上更具先进性。

3、气门正时和升程控制系统

在气门正时控制方面,两者都采用进排气双VVT可变气门正时系统。而且都采用了静音齿形链作为正时驱动链条,噪声更低,不需要维护。

在气门升程控制方面,大众EA888 GEN3B采用了AVS两级可变升程,需要说明的是低功率的 EA888 Gen3B的气门可变升程系统AVS是在进气侧布置,主要是为了配合米勒循环。而高功率的EA888 Gen3的气门可变升程系统AVS在排气侧,主要是为了提升低速性能和增压器动态响应。

长城4N20作为注重油耗的低功率版本并没有采用可变气门升程VVL机构,而是将这一技术留给了后续推出的性能更高的4N20A高功率版本。长城在4N20A上采用的也是和大众EA888类似的两级气门可变升程技术,这也是目前应用最广泛的VVL方案。

4、缸盖集成式排气管和双涡道涡轮增压器

两者都采用了集成在缸盖上的排气管,这样可以降低增压器涡轮机前的排气温度,有利于保护增压器,同时可以减少排温保护加浓,降低油耗和排放。 这样的 设计基本上是目前先进汽油发动机的标配了。

关于涡轮增压器,两者都采用了双涡道技术。双涡道就是把发动机的1-4和2-3排气管分成两组,分别的引入增压器涡轮,这样可以避免不同汽缸之间排气的相互干扰,加快增压器 相应 速度,减少涡轮迟滞,理论上这种设计可以提升25%的增压器响应速度。

不过大众采用的是尾部双涡道,排气在集成式排气管中是分成1-4和2-3两路的,但是到增压器蜗壳部分就合并成一个流道(下图可以看到这种合并的结构),这其实不算是真正的双涡道,对增压器动态响应的改善能起到的作用比较有限。

长城4N20同样采用了缸盖集成排气歧管,不过长城在增压器上采用了地地道道的双涡道增压器,在增压器的动态响应上应该比EA888的尾部双涡道要更好。

同时需要说明的是,这台4N20上采用的是长城自主研发的电控双涡道增压器,长城也是国内唯一具有自主高性能增压器开发能力的汽车公司,可见长城最近几年在发动机技术上的积累确实已经到了非常高的水平。

5、轻量化

大众EA888 GEN3由于历史和模块化开发的原因仍然选择的是铸铁缸体,虽然大众最近几年也采用了薄壁铸造来减重,但总体来说铸铁缸体虽然在性能提升上更有潜力,但是在重量上完全没有优势。

长城上一代4C20发动机长城也选择了比较传统的铸铁缸体,这次最新的4N20上将铸铁缸体升级为铝合金缸体。并且在其他位置比如塑料气门室罩盖,塑料进气歧管等方面也采用了大量的轻量化技术,4N20发动机在轻量化方面比EA888 GEN3B要更加领先。

6、冷却系统

大众EA888三代采用了皮带驱动机械水泵和冷却模块的组合,下图中可以看到水泵由缸体上安装的进气侧平衡轴后端通过皮带驱动。基于MAP控制的旋转球阀式电控冷却模块可以根据工况需要经过控制缸体,缸盖,机油冷却器,暖风等水流量,实现智能的冷却系统管理。

长城4N20采用了更加先进的电子水泵加电子节温器的方案。相对于机械水泵,电子水泵不直接消耗发动机的动力,对于降低油耗更加有利,而且电子水泵的流量和开启可以 有 ECU灵活控制,可以实现更加智能的热管理,是未来的发展方向。

7、润滑系统

两个发动机都采用了比较先进的可变机油泵技术,用ECU来控制机油泵的排量,在低负荷采用低油压降低摩擦阻力,高负荷采用高油压保证润滑。

大众EA888 GEN3B采用了基于齿轮泵结构的两级可变机油泵,机油泵可以通过ECU控制电磁阀在小排量和大排量两种状态之间切换。

而长城4N20采用了更加先进的叶片式连续可变机油泵技术,ECU可以根据发动机的负荷对机油压力进行无极调节。

8、平衡轴系统

两者都采用了平衡轴系统来降低四缸发动机的2阶震动。大众EA888采用了缸体上布置的平衡轴方案。

而长城4N20的平衡轴是布置在曲轴下方的,更类似于奔驰2.0T目前采用的平衡轴方案。

总结

长城最新发布的这台4N20发动机在上一代4C20系列上进行了脱胎换骨的技术升级,其性能和油耗已经达到了EA888三代发动机的水平,甚至在燃烧系统、双涡道增压器、电子水泵、连续可变流量机油泵和轻量化技术方面比大众EA888三代要更胜一筹。要知道大众EA888 Gen3B凭借米勒循环技术获得了欧洲最有影响力的2019年国际年度发动机评选Engine of Year 2019十佳发动机称号(150ps-250ps第一名),自主品牌最近几年发动机技术的长足进步可见一斑。

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