上汽通用王立新：用“单缸最优”破解三缸机普及难题

7月25日下午，由汽车头条主办的“务实的突破——首届小排量发动机发展高峰论坛”在京成功举办。
以“新思路、新布局、新技术、新趋势”为关键词，来自汽车行业产、学、研多领域的嘉宾、企业高层和媒体嘉宾一同头脑风暴。在“务实的突破”的主题下，探讨传统内燃机在节能减排新时代，潜藏巨大的技术提升空间和未来市场机遇。
《小排量三缸发动机趋势及上汽通用汽车的探索与实践》是上汽通用汽车泛亚汽车技术中心发动机燃烧及架构技术总监王立新的演讲主题，他表示“坚持改进和完善传统动力，以及开发新能源技术‘两条腿走路’的方针，不仅是技术发展的必然，也是全行业的共识。”在他看来，未来相当长的一段时间内，发动机依然是市场主体。因此“对发动机的持续研发升级，意义重大，影响深远。”

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与此同时，王立新也分享了上汽通用汽车在探索小排量发动机，特别是三缸发动机应用过程中遇到的挑战、机遇与经验。
技术趋势与市场的关键挑战▲上汽通用汽车泛亚汽车技术中心发动机燃烧及架构技术总监王立新
“在未来相当长一段时间内，燃油发动机依然是市场主体。”王立新表示，目前，传统动力的发展面临两个方面的核心挑战。
王立新分析，从法规角度来说，对发动机的燃油经济性和排放提出了更高的要求。从客户角度来说，随着国内客户的消费升级，客户对于动力系统的性能和响应的表现更加敏感，尤其是NVH表现正在成为客户评价产品的重要的魅力质量之一。
不过，在上汽通用看来，“这些都是不断研究和升级发动机技术的根本驱动。”
作为一直从事发动机产品工程工作，经历过从6缸向4缸的转变和升级的过程的研发人员，王立新的感受是“从6缸到4缸，再从4缸到3缸，不变的，是技术的驱动、面临的挑战；变化的，是更大的研发投入，更多的高新技术应用和更深入的整车系统匹配。”他举例到，在满足整机性能需求的前提下，发动机热效率的提升，是内燃机设计工作者追求的目标，而单缸排量对于发动机性能和油耗的平衡尤为关键。
“过小的单缸排量使得燃烧室面容比增大，导致热损失加大，发动机热效率明显降低。过大的单缸排量使得火焰传播距离加长，容易引发爆震，导致发动机热效率无明显改进甚至下降。”王立新指出，根据整车实际的性能需求，选择合理的单缸排量并进行优化，是正向设计的必由之路。
而建立在正向研发的基础上，以三缸机为代表的小排量涡轮增压发动机也最终实现突破，以自身独有的优势迎来春天。
三缸机的突破与优势行业对三缸机的研究可以说历史悠久。然而，过去大家对于三缸发动机有一些传统认知，再加上环保理念不普及，技术手段受限制等原因，市场对小排量的需求和认可不大，这些都使得三缸机过去被边缘化。
在王立新看来，如今，技术的发展正将这些障碍逐步拔除，消费价值观也正在向环保转变，因此当前不少主流品牌已积极布局小排量三缸发动机。继涡轮增压之后，以三缸为代表的发动机“小型化”，“合理精简”，正成为内燃机技术的新趋势。
他介绍到，经过理论分析和试验验证，对于目前中国市场1.0 – 1.5L主流排量，选择单缸排量0.33-0.5L的三缸发动机，是最佳选择。
通用全新一代Ecotec系列发动机，基于0.33L和0.45L单缸排量，通过发动机燃烧与架构的优化， 1.0T和1.3T发动机2000rpm&2bar燃油消耗率仅366和355g/kwh，在行业内处于领先地位。“三缸机相比四缸机有很多优势，比如说摩擦功，”王立新说到，“以上汽通用全新一代Ecotec系列发动机为例，三缸机比四缸机降低了10-15%。” 三缸机的另一个典型优势，是没有了四缸机的排气干扰现象。三缸机240度的点火间隔可以避开排气干扰，最大程度地利用排气脉冲能量，进而实现更高的低速性能和更快的涡轮响应。“可以看到，Ecotec系列发动机的瞬态扭矩响应大幅提升，相比四缸机改善30%。” 也正因为为如此，在权威性的“国际发动机年度大奖”十佳评选中，三缸发动机从2015年至今，已经包揽了1.8L及以下排量的所有奖项。
王立新告诉大家，针对用户需求和市场变化，上汽通用已展开了积极的探索。按照“绿动未来”战略、2020战略的相关要求，2020年前，将投资265亿元，全新推出和大范围普及应用包括新一代小排量发动机在内的先进动力总成，并通过同步全球最新科技、深度集成、高效匹配，进一步改善整车油耗、降低排放，并实现性能提升。
一个属于上汽通用的小排量涡轮增压的“三缸机时代”拉开了帷幕。
上汽通用的“三缸时代”“去年推向市场的全新一代1.0T和1.3T Ecotec双喷射涡轮增压发动机，就是公司规划的最新落地成果。”王立新表示，得益于全新架构开发，这两款全新发动机采用了许多领先科技和创新技术。
“比如DPI双喷射燃烧系统，就是全球首次应用在增压发动机上。”王立新说到。而像这样的应用还有：全新设计的高效燃烧室、高滚流进气道，以及行业领先的电动放气阀、超低惯量涡轮增压器和全程可变气门正时等技术，强化发动机性能表现，达成“小排量大功率”的设计目标，燃油消耗率指标也实现了同级领先。
从数据上来看，1.3T发动机与上汽通用上一代1.4T发动机相比，动力提升15%，油耗下降了5%。另一款1.0T发动机的最大功率92kW，最大扭矩170Nm，在1500～5200rpm 区间可持续输出90%以上的峰值扭矩，而上代1.5L自然吸气发动机则需要在4000rpm才能达到141Nm的最大扭矩。与之相比，全新1.0T发动机燃油经济性提升了10%。
过去，对三缸机的主要担忧在于NVH的控制。王立新讲解到，三缸机与四缸机在NVH上的差异，主要体现在一阶往复惯性力矩和扭矩转速波动上。对于一阶不平衡力矩，Ecotec 系列发动机一方面采用轻量化结构和高性能材料降低了基础不平衡量，同时进行了多种整机平衡方案匹配出整车振动最优的组合。并且，通过引入了带减震橡胶齿轮的平衡轴系统，结合发动机和整车的优化，整车驾驶舱关键测点测试结果显示，Ecotec系列发动机的振动表现达到甚至部分超越了四缸机水平。
“Ecotec系列发动机创新应用了12项静音减振核心技术，，整车同样进行了8项静音技术提升。”王立新说，“这些发动机技术和整车技术结合在一起，为Ecotec系列三缸机在各种工况下安静平顺运转方面的突破，提供了关键性的技术基础。”此外，全新一代Ecotec系列发动机，依托GM全球领先的设计开发与产品认证能力，确保其可靠性和耐久性。不仅在早期设计阶段应用全球领先的仿真技术，完成整机耐久、冷热冲击耐久等虚拟验证和迭代升级，在开发认证阶段，Ecotec也以业内最严苛的要求完成了发动机和整车认证，其NVH性能经历并通过了所有耐久性试验的考验。
Ecotec发动机核心零部件通过通用汽车全球一流的采购和供应体系，实现了材料与工艺满足通用全球标准和最严苛的欧盟法规，同时通过数字化工作..和智能制造系统的应用，加工线自动化率高达95%。这一切都确保了每一台与消费者亲密接触的Ecotec系列发动机品质如一。“上汽通用新发布的Ecotec系列发动机，既满足了客户的驾驶乐趣，还承担了节能减排的社会责任。”王立新在演讲的最后透露道，在务实中不断突破的上汽通用，已经制定了清晰的48V和HEV/PHEV的发展规划，这些技术配置可以使得驱动系统的动力和节油性能进一步提升。全新一代高性能三缸发动机将成为全面践行上汽通用“绿动未来”战略的重要基础。