2018年09月22日 | 通用第八代Ecotec 2.0T发动机技术：四缸如何变两缸？

凯迪拉克全新的紧凑型SUV XT4上最引人关注的莫过于它全系标配的2.0T可变缸涡轮增压发动机，这台发动机是通用第八代Ecotec系列发动机的首款产品，它最特别的地方在于应用了Tripower可变气门管理技术，在特定的工况下，可以由四缸做功切换到两缸做功，以获得更好的燃油经济性。

拥有可变缸技术的四缸发动机目前是比较少见的，正是因为如此，很多人都想知道这台发动机的变缸技术是如何实现的？什么工况下会变成两缸运行？这项技术又是否成熟可靠？所以，这篇技术解析文章，我们先来回答大家关注的这几个问题。

变缸技术如何实现？

通用这台全新的2.0T发动机实现变缸的方式和奥迪的AVS、本田的VTEC技术类似，都是通过切换使用不同大小的凸轮，从而改变气门的升程实现变缸，只不过它不仅可以调节气门开度的大小，还能完全不打开中间两个缸的气门，当2、3缸的进气门和排气门的升程同时为零时，这两个缸就停止了做功。原理其实非常简单，但实现起来并不简单。

在进气侧的凸轮轴上，我们可以看到在1、4缸位置有高、低两个不同升程的凸轮，用于改变进气门开启的大小。而在2、3缸位置除了高、低升程凸轮外，还有一个无升程的凸轮，当切换到这个无升程的凸轮时，气门就不会被顶开，即实现了进气门的关闭。这个三段式的滑动凸轮轴也是这台发动机首创的结构，此前在其他发动机上是没有的。

由于排气侧不需要控制排气门开启的大小，只需要在2、3缸进气门关闭时配合关闭这两个缸的排气门即可，所以在排气侧的凸轮轴上，只有2、3缸位置有两个不同升程的凸轮，分别是有升程的凸轮和无升程的凸轮，同样的，切换到无升程凸轮时即实现了排气门的关闭。

这台发动机切换凸轮的原理和奥迪的AVS是基本一致的，都是通过电磁执行器顶部的顶针插入螺旋沟槽中，利用螺旋结构旋转时产生的侧向推力推动凸轮组左右滑动，从而实现用不同升程的凸轮去推动气门。在电磁执行器安装位置的下方（图中整个缸盖为倒置）有一个位置传感器，它用于检测螺旋沟槽的位置，当检测到位置满足顶针顶出条件时，ECU才会向电磁执行器发送执行命令，防止顶针与螺旋沟槽发生碰撞。

（图为奥迪AVS的弹簧限位结构）

由于凸轮组与凸轮轴为花键连接，为了保证滑动时每个凸轮都能够精准地对上气门滚子摇臂的位置，和奥迪的AVS类似，这台发动机也在凸轮轴内设置了弹簧限位结构。

通过应用Tripower可变气门管理技术，这台发动机可以实现四缸高性能模式（进气侧四个缸全部使用高升程凸轮时）、四缸经济模式（进气侧四个缸全部使用低升程凸轮时）和两缸超经济模式（1、4缸进气侧使用低升程凸轮，2、3缸的进、排气都使用无升程凸轮时）。当切换到四缸经济模式时，这台发动机的燃油经济性可以提升5%，而切换到两缸超经济模式时，燃油经济性可以提升15%。

看到这里可能有人会有疑问，为什么四缸变两缸，少了一半的气缸做功，燃油经济性只是提升了15%呢？那是因为即使2、3缸气门关闭了，也不喷油不做功了，但是2、3缸的活塞还是会被曲轴带动，不断地在缸内运动，产生能量的损失。同时曲轴、凸轮轴、飞轮等零件运动所需的能耗也并没有减少，所以能提升15%的燃油经济性已经是很不容易了。

什么工况下变缸？

这台发动机到底什么时候会用上两缸？这问题其实很难回答，因为发动机的标定是一个非常复杂的系统工程，是否切换成两缸运转与发动机的转速、扭矩和车辆的车速、挡位、油门的开度等因素都有关系，不能简单地概括为多少时速下就会切换成两缸，或者油门踩多少就会切换成两缸。从上面这张官方提供的图中，我们可以看到只有当发动机的转速处于大约1200-2500rpm（没有提供准确数据），并且发动机输出的扭矩处于0-60牛米（没有提供准确数据）区间时，才有可能切换成两缸运转模式。注意，只是有可能，不是一定，1200-2500rpm和0-60牛米属于切换两缸模式的必要不充分条件。

不过，虽然要实现变缸的条件非常复杂，但是并不代表它很难或很少实现变缸。据工程师透露，这台车在30km/h以上、挡位处于3挡及以上并且油门开度较小的情况下就能切换两缸运转（同样为必要不充分条件），在实际用车的过程中，比如平路中低速匀速行驶、下坡缓慢加速行驶、或平时看到前方有红灯缓慢减速行驶时，发动机都有可能会切换成两缸运转，并且切换速度很快，不会有顿挫、抖动或者动力输出突然减弱，驾驶员不会有任何的感觉。总而言之，ECU判断发动机是否可以切换成两缸需要综合考虑很多的因素，以保证两缸状态下输出的动力足够满足驾驶员的需求。值得注意的是，如果油门完全松开了，发动机是不会切换成两缸模式的，工程师表示油门松开时会有不同的节油策略，但具体是什么策略并没有细说。

技术可靠性如何？

在高速运转发动机内增加这么一套复杂的运动结构，肯定会让人担心可靠性的问题。不过，拥有类似螺旋沟槽和滑动凸轮组结构的奥迪AVS技术已经经历了十几年的市场考验，结构的可靠性是比较强的。同时，凯迪拉克1980年就已经在第二代赛威的V8发动机上应用了闭缸技术，所以在变缸的策略调校上，通用是非常有经验的。再加上通用在中国拥有独立的、设施完善的试验部门，这台全新的2.0T可变缸发动机在上市之前，就已在中国进行了共计9种、累计465万公里的系统耐久性测试，包括专为Tripower可变气门系统新增的耐久性测试，所以对于这台全新发动机的可靠性，大可不必过于担心。

其他发动机技术

在这台发动机设计之初，燃油经济性的重要性就是被放到首位的，因此才会有可变缸技术的应用。但是单有可变缸技术肯定还达不到日渐严苛的油耗法规的要求，所以在这台新发动机上，我们还看到了缸盖集成排气歧管技术，保证冷车启动时发动机可以快速进入最高效的工作温度；35MPa燃油直喷系统，相比上一代的20Mpa直喷系统喷油压力更高，燃油雾化效果更好，燃烧更充分；全可变排量机油泵，可根据发动机负荷调节机油泵的功率消耗，减少能量损失；智能主动电控碳罐泵，可以主动回收混有燃油的废气，使其快速重新参与燃烧；复合材料油底壳，进一步降低发动机自重。

需要注意的是，这台新发动机并没有延续上一代Ecotec发动机的中置直喷结构，而是用回了侧置的直喷结构，喷油嘴位于进气门侧面，这是因为发动机顶部增加了可变缸结构后，如果再将喷油嘴置于进、排气门顶部中间位置，整个发动机长度就会很长，并且顶部的结构会过于复杂。不过，第八代的Ecotec发动机后续还会推出不带变缸技术的机型，目前仍然不清楚它们是不是都会用回侧置喷油嘴结构。

除此以外，因为有了变缸技术，在2、3缸不做功时，1、4缸的温度会明显高于2、3缸，使得发动机内部的热量分别不平均，这就需要更精确的发动机温度控制系统。为此，这台发动机使用了一套电子水泵与电控球阀模块组成的ATM主动热管理系统，通过各式温度传感器来了解各个部位对温度的实际需求，智能精确控制冷却系统各环路的流量，使发动机和变速箱可以在稳定和高效的温度范围内运行。

通过这一系列的节油技术，这台发动机搭载到凯迪拉克XT4上，官方公布的百公里综合油耗为7.2升，并可以提前满足国六B排放标准。

在动力提升方面，这台发动机并没有投入多少新技术，毕竟上一代的Ecotec发动机动力就已经足够强了，通用的工程师也坦言，新一代的发动机并没有打算再提高动力参数，而是将主要精力放在改善排放上。所以在这台全新的2.0T发动机上，我们只看到双涡管、双蜗壳的涡轮增压器这一项较新的动力提升技术，这项技术有助于减少排气干涉，降低涡轮迟滞，使得发动机能够在更低的转速达到峰值扭矩，再加上电控泄压阀的应用，有效地改善发动机低速时的动力响应。

最终，这台发动机的最大功率为177千瓦，最大扭矩为350牛米，最大扭矩输出平台为1500-4000rpm，搭载到XT4上，官方公布0-100km/h加速成绩为7.6秒。动力参数和加速表现虽不如ATS-L上的那台2.0T，但是在有效降低排放的前提下还能保持这样的动力，实属不易。

可以看到，在各国各地越来越严的油耗法规的逼迫下，现在新推出的发动机都不得不将燃油经济性放到了首位，甚至动力都得为之妥协，各个厂家研究的已经不再是如何造出一台更高性能的发动机，而是努力在节油和性能之间寻求平衡。在这样的大环境下，通用的这台第八代Ecotec 2.0T发动机的表现算是相当不错的，从官方公布的油耗数据来看，可变缸等节油技术的应用较大幅度地降低了排放，而从XT4的实际试驾体验来看，其动力表现也没有受到特别大的影响，依然是同级中动力较强的。

不过，厂家公布的油耗数据和加速成绩往往都是在比较理想的工况下获得的，这台新发动机到底能不能如厂家说的那样节油，我们只能争取尽快拿到试驾车进行性能测试才能知道。