通用汽车公司使V8再现活力

作者：Lindsay Brooke

欢迎访问e展厅 展厅 1 发动机展厅 汽油发动机, 柴油机, 船用柴油机, 天然气发动机, 气缸及部件, ... 直喷、连续可变气门正时（CVVT）、以及停缸技术，使历经时间考验的小缸体V8发动机，最终应用在雪佛兰2014 Corvette和全尺寸皮卡车型上。V8同系列的4.3L V6发动机，也具有以上功能。 “通用汽车的小缸体V8发动机，不久就将被替代、淘汰。它是一款很快就会过时的设计，”1996年克莱斯勒公司负责汽车工程的副总裁Francois Castaing曾这么说。Castaing先生曾在“涡轮增压时代”参与过雷诺F1赛车项目。他认为小缸体V8发动机的经典架构——大缸径、采用中央凸轮轴、每个汽缸都有两个推杆推动顶阀，与21世纪的发动机设计师所拥趸的快速、高效燃烧系统是背道而驰的。 但是，早在1955年就首次亮相的V8发动机，重量轻、设计简单、紧凑、高效，被公认为雪佛兰首席工程师Ed Cole先生最伟大的设计之一。在紧凑、低重量、低成本等竞赛单元上，它始终是个赢家。现在，其第五代最新版本，被命名为Gen5，将搭载在2014款雪佛兰Corvette C7车型(6.2L LT1 V8发动机)及2014款雪佛兰GMC全尺寸皮卡(5.3L和6.2L Ecotec3发动机)上。此外还有应用在卡车上的同系列产品4.3L V6发动机。 以上各发动机，都拥有319-T7合金铸造的铁板条、精密砂铸打造而成的铝合金缸块。 虽然本文侧重于介绍高性能LT1技术，但需说明的是Gen5的所有发动机版本，都具有德尔福新出品的直接燃油喷射、凸轮相位驱动、可变气门正时和停缸功能（通用汽车公司称这些为主动燃油管理，AFM）。缸径103.25mm，冲程92mm、径心111mm，采用缸盖螺柱模式，6.2L那款发动机的顶盖高度，曾用于之前的Gen4 V8发动机，只有两个组件——起动器螺栓和阀制动开关——现在还可用于Gen4 LS3发动机，都是全新设计。 该公司首席工程师Jordan Lee表示，雪佛兰V8发动机在转速达到6000rpm时，可产生至少450hp(335kW)的扭矩，在转速4400rpm时可产生至少450 lb·ft (610N·m)的扭矩。与V8发动机相比，最后扭矩至少可达到50 lb·ft (68 N·m)，正好符合7.0L LS-7发动机在2000至4500rpm转速范围内的扭矩。燃料切断警戒极限为6600rpm。LT1发动机全部配置完毕后，总重465lb(211kg)，比宝马4.4L双涡轮增压V8发动机轻38lb（17kg）。高度为25.3in(642mm）的小缸径V8发动机，与宝马上搭载的高29.6in(752mm)的双顶置式凸轮轴（DOHC）恰好匹配。 LT1以及Ecotec3卡车发动机的最后评级，有望在2013年后半年公布。Lee表示，在通常模式下，制动燃油消耗(BSFC)是330 g/kW·h，启动停缸模式后，可达到270 g/kW·h。工程师们表示，小缸径设计，使每条燃油管线中都可能出现更大的排量和增压值。 Ecoboost发动机的绝杀技 动力总成执行工程师Dean Gard表示：通用汽车公司对Gen5系列产品的战略思想，是希望通过停缸技术完全“打破缩小尺寸-增压的固定模式”。以此作为对福特公司F-150涡轮增压V6发动机的重磅一击。 “因为优化了四缸模式的效率，我们的6.2L发动机保持了较好的排量，”他说：“如果V8尺寸再小一些的话，其四缸模式也会‘再小些’，运行时间也会更少。所以，在四缸模式下的时间越多，燃油效率就会增加得越多。” Gard告诉《国际汽车工程》记者，用雪佛兰前发动机/后驱动桥传动系统实现停缸功能，对标定的挑战很大，因为要切换到3.1L V4发动机操作，可能导致此类传动系统架构的声噪（NVH）过高。 在C7车型上，新的V8发动机，配载了两个变速箱可供选择，一款是新型Tremec七速手动变速箱(齿轮比为0.42:1)，一款是日本爱信(AISIN)八速行星齿轮（替代了之前的六速），最终驱动比率为3.42:1。 Gard承诺说，基本款C7“将是你能买到的最节能的450hp功率水平的汽车，从静止加速到60mph速度甚至不超过4秒”。其他通用汽车公司的动力总成工程师还补充说，这款C7车型，大范围使用了碳纤维和铝材，即将成为第一部达到美国EPA公路燃料效率等级中至少30mpg燃油效率的雪佛兰量产车。 “激进的”燃烧技术 Gen5系列中应用了直喷(DI)技术，可帮助通用汽车公司的动力总成设计师彻底改造V8的燃烧系统。Lee透露说：他们用了近千万个小时的计算机时间，做了超过75个风格迥异的燃烧室构架模型，所以工程师们才能最终选出那个被lee称之为“激进”的燃烧室以及活塞顶的几何设计。 “这个项目的前两年时间，都用在燃烧系统上了，”他指出。从之前的多点式燃料喷射系统转成直喷系统，使LS3的压缩比从11.5:1提高到了10.7:1。最大扭矩输出等同于1236kPa的平均制动有效压力——“真正好的发动机，平均制动有效压力可达到1100kPa。Stella发动机能达到1200kPa以上，”Lee说。 这是首次在北美应用德尔福的直喷技术，使用六孔Multec 12 GDI喷油嘴和相关硬件（请参阅26页侧栏）。 小缸体V8发动机体现了对燃料输送系统的独特研发挑战，通用汽车公司副总工程师John Rydzewski强调说。为了集中配置燃烧室内的喷嘴，使安装在中心位置的火花塞、进气口和废气阀空间更大，也为了能配上大型汽缸，需要在压强为10mPa时，喷嘴流量设置为22 cm3/s。每一个燃烧循环，每个喷嘴会点火一次，冷启动期间，会点火两次。 该系统在压强15mPa(2175psi)下运行，由新一代E95 PCU控制。由于采用了性能更佳的进气口和排气口，在54mm 氮化处理(Sil1)空心进气阀门和40.4mm钠填充排气阀门之间（直径分别为2.12和1.6in），展开了一个2.5°角，增加了容积效率。进气口进气，是由一个新的四片式模压/塑料焊接合成层板控制的，可向87mm（3.4in）的数字节气门输气。 新的汽缸头采用了紧固件的方式，Gen3车型就用过，现在也用到了Gen4 V8发动机上，但是其螺栓尺寸却从11mm升级到了12mm(分别是0.433in、0.472in)的大小，长度也增加了，可容纳更多的冷却剂。 Rydzewski和他的同事们建议在LT1发动机上采用优质的辛烷燃料。当然这不是必须的。 VVT 和润滑解决方案 LT1发动机的凸轮相位是62°，比以前的通用OHV V8发动机多了10°。这是通用汽车公司的双平可变正时项目，第一次被用于整个运行范围内，将泵压损失降至最小。其凸轮轴叶几何体，是以LS3为基础的，但优化了可变气门正时系统和停缸系统的性能。进气和排气阀门处的最大阀门总升程，分别可达到14mm(0.551in)和13.3mm(0.524in），进气口和排气口的可持续张开角度分别为200°和207°。进排气凸轮在扬程最大时的角度差为116.5°。 在低负载条件下，可通过停用1、7、6和4号汽缸上的液压滚子挺杆，将V8发动机模式换成V4。在V4模式上，触发顺序是8到2到5，最后到3。这个系统的核心是挺杆的油管理组装模块(LOMA)，它被整齐地安装于发动机缸体V型结构之中。 LT1发动机的曲轴由规格为1538MV的螺纹钢采用感应淬火锻造而成，被6个螺钉的球状石墨铸铁轴承帽固定在鞍座上。其连杆和主轴承是由涂了聚合物涂层的双金属打造而成，上设有比以前设计更窄的油槽。Gen5发动机采用了新的可变批量油泵，偏向2号主轴承。采用专用的油喷嘴，使活塞裙和肘节销一直保持冷却状态。其粉末金属棒也别有特色，配有精准架构的大端盖。 在C7车型上，还有一个用于漏油追寻的干式油底壳润滑系统可供选择。重新架构的4.3L雪佛兰V6 Corvette车型，在停缸应用上表现出了理想的性能。 4.3L V6的再生 Gard解释说：这款跑车符合空气动力学，重量极轻（开发目标是整车净重3000lb/1361kg），所以使用了主动燃油管理，“使其能源和重量几乎成正比，”他说：“所以如果将V8发动机安装在一个更大、更重的汽车（比如皮卡）上，就会以主动燃油管理模式运行，可以清楚地知道路载马力有多少，3.1L的排量可支撑多长距离。” 配载了6.2~5.3L V8s和4.3L V6发动机、只用一半汽缸运行的全尺寸皮卡，怎样才能实现这样的性能呢？ Lee回忆起他曾经驾驶过一辆2014 Silverado车型，用配载了V8发动机四缸模式的5000lb拖车，“爬上了一些路很长、海拔很高的山峰，印象非常深刻。” 据副总工程师Cheryl Balsley透露：将主动燃油管理模式下的发动机排量与汽车大小进行恰当匹配，是Gen5系列研发的关键。 “关于制动燃油消耗率（BSFC），我们最好将四缸模式与小型/增压模式的发动机对比一下，”她说，这主要针对福特F-150 Ecoboost发动机这样的竞争对手。Balsley和Lee表示，自然吸气式4.3L V6发动机(通用汽车公司的卡车发动机系列的重要产品），与同系列的V8发动机进行了彻底重组，成功地通过了五周全天24小时的WOT台架测试。 其90°OHV发动机，具有单独的平衡轴、以精密铝合金砂铸而成。其11.1压缩比，在5.3L V8发动机上也能达到。Ecotec36.2L卡车V8发动机与LT1发动机一样，压缩比都是11.5:1。 Gen5发动机，将在美国纽约州Tonawanda市制造，采用2Q13标准作业程序（SOP）。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (8/14/2013)