由於全球排放法則以及税費對大排量自然吸氣引擎不太友好,性能車甚至部分超跑都在研究發動機小型化,用機械增壓或渦輪增壓技術彌補小排量發動機的動力不足。
機械增壓直接由曲軸驅動,用於和曲軸同步運行因此增壓幾乎沒有延遲,發動機動力特性接近自然吸氣,但由於其損耗了曲軸端的動能,因此高轉速下效率不高,對排放控制不利;渦輪增壓由於採用排氣歧管內的廢氣吹動,因此不會損耗發動機動能,效率高,但由於廢氣排出需要過程,因此渦輪增壓發動機有一定的動力遲滯現象。
目前,小排量發動機提升動力的主流做法是採用大直徑的廢氣渦輪增壓器,而渦輪直徑越大,轉動慣量也就越大,因此動力延遲非常嚴重。為了彌補這一先天缺陷,Ghibli 2.0T發動機採用了以下三個黑科技:
電動增壓+渦輪增壓
新Ghibli高性能發動機為了保證大動力輸出的前提下提供線性的動力輸出,在增壓形式上另闢蹊徑,採用電動增壓器+渦輪增壓兩種渦輪驅動形式,在輸出243kW的前提下,實現了毫秒級的動力響應。
全油門工況下(kick down),電動渦輪在0.23s的瞬間加速到72000rpm,在起步低轉速時提供0.45bar的瞬壓,在這個壓力下空氣能夠快速流入燃燒室,也就意味着排氣速度更快推動廢氣渦輪,讓它來接替電動渦輪繼續給發動機提供更好的正壓。在巡航模式下,電動渦輪不工作,通過廢氣渦輪提供穩定壓力,能夠減少電氣系統負載,確保燃油經濟性。
由於這個電動增壓器功率高達5kW,傳統12V電源無法滿足需求,新 Ghibli使用三元鋰電池組成的48V電氣系統為電動增壓器供電。
MultiAir電控液壓氣門控制系統
現代發動機為了提升氣缸燃燒效率,在高轉速下減少泵氣損失,會在氣門結構上動手腳,我們熟知的i-VTEC、VVT-i、VVEL、AVS、VarioCam等技術都是通過改變凸輪軸相位來提前或延遲進、排氣門開閉時間,稱為可變氣門正時系統。一般可變正時系統是控制凸輪軸相位來實現功能,而新Ghibli上採用的MultiAir電控液壓氣門控制技術則徹底改變了進氣門控制系統的機械結構。
MultiAir技術取消了進氣凸輪軸
首先它的進氣端取消了凸輪軸,使用液壓直接控制氣門開閉,在全速域工況下實時控制氣門開啓、關閉的時機,同時也根據進氣流速與温度改變氣門升程,有效控制進氣量以及進氣湍流。每個汽缸的進氣側都有單獨的控制系統,將信號直接傳遞給下方的液壓容器,壓縮機給容器內的油液一個推力,再通過電磁閥控制液體流量,從而推動進氣門。
可以看到有凸輪軸進氣系統與MultiAir系統的區別
這種控制機構與凸輪軸結構相比有很多優勢,比如液壓腔電磁閥執行器多維度可控,可以實現類似"無級驅動"的效果,更為關鍵的是,由於對每個進氣門進行單獨控制,因此發動機不再通過節氣門來控制空氣流速,只需要通過調節氣門開閉升程就能實現不同進氣量的需求,油門響應性敏感度相比傳統渦輪增壓發動機更好,駕駛者可以更精準地控制動力輸出。新發動機的進氣歧管更緊湊,進氣阻力更小,高轉速下有效減小泵氣損失。
由於可實現進氣門正時和升程的無級可調,發動機能夠實現進氣高滾流模式,提高燃燒效率,同時可以在一個進氣過程中兩次開啓進氣門,用氣門下沿促進湍流形成,提升燃料霧化效果,該機構能夠對不同工況匹配最佳的燃燒策略,同時滿足高性能和低油耗兩項需求。
雙循環獨立冷卻系統
新Ghibli發動機採用了石墨塗層活塞和漲斷工藝連桿蓋等技術,來應對高功率輸出工況下超高的氣缸壓力,為了保證發動機穩定運行,瑪莎拉蒂採用雙獨立冷卻系統來確保冷卻。
該冷卻系統分為兩種循環模式,一種是發動機冷卻循環,冷卻液在氣缸周邊的水套中循環,不經過前方的主散熱器,在冷啓動時對發動機相關零件冷卻和暖風設備進行加熱,温度高時又開啓大循環,通過主散熱器控制冷卻液温度。另一種獨立的冷卻系統主要對48V輕混的BSG電機、中冷器、電子增壓器和渦輪增壓器進行冷卻,確保散熱效率。這套系統較為複雜,能夠對各種工況進行監控,一般只有奢華品牌才會不計成本進行投入,這套系統也確保了冷卻效率,保證該發動機在高功率輸出工況下的穩定性。
車叔總結
通過這三大黑科技,新Ghibli上的2.0T發動機,最大功率達到了243kW(330hp),最大扭矩達到450N·m,還能夠在2250rpm-4500rpm實現廣域的峯值扭矩。
此外,48V輕混技術通過P0架構下BSG電機,在啓停功能和起步響應上進行強化,減少發動機額外負載。作為一款中大型車,搭載這款發動機的新Ghibli油耗只有7.8L/100km,非常優秀。