第八代Ecotec——冷却系统如何诠释高效


在PC届,想要性能足够优异,必须有一套极佳的CPU散热系统,优质的散热能力不仅能够保持设备运行流畅,还能有效的维持机器寿命。同样,延伸到汽车界,一台有着足够优秀性能的汽车,发动机的散热系统的地位自是不必多言。


第八代Ecotec——冷却系统如何诠释高效


考验桑拿房的水准往往取决于其加热够不够劲道;在发动机界则是恰恰相反,冷却效果优异的引擎往往才能C位出道。当然,这里边的冷和热只是相对的概念,发动机在低温的情况下也会有负面“情绪”,低温时候的引擎摩擦内耗大,输出功率低,燃料消耗量也大,过冷对发动机而言显然不也是一个好征兆。

第八代Ecotec——冷却系统如何诠释高效

但,发动机温度一旦上来,如果没有合理合适的手段来抑制温度,因为发动机的工作循环是在高温下进行的,气缸内的混合气燃烧做功一般温度就高达1000多摄氏度,在激烈工况下甚至能超过2000摄氏度。因为气缸、活塞、气缸盖和气门等部件直接与高温环境相接触,会被强制受热,那么此刻发动机温度过高,引起充气系数下降以及早燃、爆震等不良工况,从而影响功率输出,加速性能变差,并加速各零件的磨损,发动机也是需要冷静的,最适宜其工作的温度一般在水温温度90摄氏度左右。


发动机散热:风冷battle水冷


当然,在有水冷系统的前提下,我们才有了水温这个概念,曾经的风冷发动机可并没有相对复杂的水冷系统,水温的概念自然也是虚无缥缈了。


第八代Ecotec——冷却系统如何诠释高效

保时捷曾经就十分钟情于风冷发动机,在911车系的993世代前,保时捷911都是清一色的水平对置后置风冷引擎,水平对置、风冷、后置一度成为911的绝对代名词。风冷发动机直接以汽车行驶气流或风扇扇动带来的气流冷却,风冷发动机更加可靠,即使缺水也不影响发动机的运转,更为重要的是,它的结构简单,质量轻,对于追求极致的保时捷911来说,本身就是性能取向(速度快散热更好),加上风冷结构带来的轻量化,风冷在上个世纪90年代前,绝对是其首选。


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但是,就算是911,也避免不了屈从于水冷的命运,还是因为风冷发动机的冷却效率不高即便保时捷对风冷情有独钟,但911车系到了20世纪末期,在993世代,以一台经典的3.6排量的水平对置六缸风冷发动机,向跑车界献上了风冷的绝唱。


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保时捷的水平对置引擎最早是从6缸2.0L开始的,其冷却结构自然是风冷,只不过在保时捷设计之初,都只预留出2.7L排量的的空间用以放置引擎,并在当时考虑到配重、技术等,认定为2.7L排量已经是一个极限,但是日趋激烈的超跑界马力竞争,让保时捷911在993世代采用了272马力的风冷3.6NA,其技术已然把风冷推向了极限。


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让993成为最后的风冷绝唱其实是斯图加特人早已“密谋”好的计划了,当他们率先在911 GT1以及Boxster试验水冷Flat 6 DOHC技术后,其实所有人都应该意识这个“阴谋”了,果不其然,在996世代,911采用了水冷发动机的设计,并且,得益于水冷发动机的设计,996引擎容积甚至可以塞得下一台3.8L的H6(996 911 GT3)。

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水冷加持的911重心更为靠前,因为风冷发动机的缸体散热基本靠鳍片,这使得它的缸间距非常大,整台发动机的纵向尺寸比较长,使得重心偏后,水冷的设计得以改善这个缺陷。

同时,因为缸体的散热在水冷发动机中是通过水道的,整个机体就可以设计得更加紧凑,纵向尺寸更小,又由于水循环系统的存在,整台车的水箱可以布置在车辆的前轴,接近30多升冷却液的重量增加了前轴的配重。从996开始,整车重心前移,911开始变得更易于驾驭。

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最为重要的是,水冷系统稳定高效,而且对于高性能的增压机型,一套强效冷却系统的意义不言而喻,风冷早已渐渐没有办法满足这些机型的性能要求了,911的风冷故事,其实是大势所趋,就像涡轮,如今早已大面积地融入到了我们的日常生活中,同样,涡轮引擎,相比自然吸气引擎,更需要强劲的冷却系统,中冷器由此出场。

不止于冷,更是为了控温


中冷器是增压系统的重要组成部件,其作用在于提高发动机的换气效率,一般安装在增压器与发动机进气歧管之间,所以被称作中间冷却器。中冷器为何存在?其目的就是为了给增压后的气体降温。

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对于涡轮增压引擎而言,涡轮被高温废气驱动,涡轮带动同轴的叶轮,叶轮为增压室的空气进行增压,但是增压室的温度很高,进气的空气受到高温导致膨胀,膨胀后的热空气单位体积中的氧分子含量就会有所减少,如果不能对这部分气体进行降温,最终就会导致涡轮增压发动机输出效率的降低。一个很有趣的事实便是,理论上,进气温度每降低10摄氏度,发动机功率就可以提升3%到5%。

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同样,在中冷器的工作形式上,它一样分为了风冷和水冷两种形式。风冷中冷器的命运其实和风冷发动机的命运类似,水冷终究会成为未来中冷器的主流,水冷中冷器因为冷却液管路的存在,时刻能保持比较优秀的降温效果,对于降低涡轮迟滞现象和提升引擎的动力输出都有着积极的影响,同时因为发动机结构也更加紧凑,方便了发动机的整体布局。

不过,发动机冷却系统的意义并不是一味地追求冷的状态,发动机过冷或过热对于发动机而言都是不最佳的工况。即便名字叫冷却系统,除了对发动机有冷却作用外,还有保温的作用。

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水温偏低时,冷却液温度未达到节温器开启温度时,水不经过散热器而进行的循环流动,冷却液将通过水循环管直接从水泵重新进入缸体,水温将持续升高至发动机最佳工作温度。这个过程业内一般称之为冷却系统的小循环。

相对应的便会有冷却系统的大循环,在水温过高时,冷却液温度达到节温器开启温度时,节温器阀门关闭循环管旁通水路,冷却液将穿过节温器流入散热器水室,热水经风扇吸过空气流强制冷却,散失部分热量,水温降低,冷却液流存于散热器水室,经水泵在泵入缸体重新参加冷却循环。

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值得一提的是,当打开车暖风装置时,在冷却系统压力作用下,部分热水从缸盖出水铜管引出,进入暖风散热器。在暖风机风扇作用下流经暖风机散热器,冷却液所带热量被暖风机风扇吹出,进行除雾或进行驾驶室取暖,由暖风机散热器冷却过的冷却液经出水管返回水泵进水管重新参加循环。


第八代Ecotec——冷却系统如何诠释高效

这一切的水循环目的都只有一个——控温,不论是降低进气温度还是在启机的时候让发动机迅速升温,现代的高效内燃机讲究的都是精准控制,通过机电一体化的形式,将引擎不断推至高效,通用在这方面,可谓是颇具心得。


第八代Ecotec——冷却系统如何诠释高效


在第八代Ecotec引擎的结构布置上,我们会发现中冷器的位置被安置在了发动机的上面,因为在通用的工程师眼中,这样空气侧的路径会相对较短,以达到更优的冷却效果。


第八代Ecotec——冷却系统如何诠释高效

不过真正的“黑科技”还是要数高压水冷EGR系统,总所周知,传统的废气再循环的节奏是在发动机工作过程中,将一部分废气返回气缸内部进行再循环参与燃烧的方法。但是通用在第八代Ecotec引擎上,通过电磁阀精确按需导出燃烧废气,经由冷却系统降温后再次进入燃烧室二次燃烧,更为充分燃效实现高效,精确按需则是其关键词。


第八代Ecotec——冷却系统如何诠释高效

当发动机在较高的负荷下运转时,EGR阀便会开启,根据电脑计算让部分废气进入进气歧管,与可燃混合气一起进入燃烧室进行再循环;怠速时便将EGR阀关闭,几乎没有废气再循环至气缸内。通过EGR系统,通用第八代Ecotec 1.0T发动机的最高热效率达到了38%,在世界范围内已然是同排量中热效率最高的量产涡轮增压发动机。


第八代Ecotec——冷却系统如何诠释高效


前文提到的机电一体化越来越成为如今发动机领域内的大课题,精确的冷却系统热管理几乎等同于高效。第八代Ecotec首创的一套电子水泵和电控球阀模块组成的主动热管理系统,通过ECU直接控制水泵转速及智能热管理模块的球阀角度,结合发动机分流式水套设计,可以使发动机更智能、精确的控制冷却系统各环路的流量,进而满足对系统热量的精确管理,实现快速暖机,机油加热,停机冷却的效果。


第八代Ecotec——冷却系统如何诠释高效


对于通用的第八代Ecotec引擎而言,一套足够优秀的冷却系统带来的是真正意义上的高效。高效动力,不论是1.0T(125马力)、1.3T(165马力)还是2.0T(241马力),都是同级别中的拔尖水准;高效排放,高压水冷EGR系统的存在,让第八代Ecotec有为清洁的排放,国6B水准便是其最好的证明;高效寿命,全油门24万公里测试工况……

冷却系统本只是为了降温,不过在机电一体化的趋势上,我们看到了其日趋上升对发动机效率的贡献,更好更优更精确的控温,其实才是冷却系统真正的奥义所在。


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