「观色」自主技术孤品:长城3.0T V6发动机有多大的舞台绽放光彩?

智电汽车 2022-05-12

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6515 字丨阅读本文需 30 分钟

作者:岸青&ben

编辑:小机灵鬼

发动机对汽车品牌的重要性不言而喻,其技术难度高,研发投入大,自主品牌也是近5-10年才逐步取得重大突破,在小型、中型发动机上逐渐缩小了与国外汽车品牌的差距。

但是大排量发动机技术,特别是像3.0T这样大扭矩、大功率的发动机始终还是只有奥迪、奔驰、宝马等少数一些豪华品牌大厂才了然于胸。一方面是车型定位及应用场景的限制,自主品牌一般不会动这个心思;另一方面研发投入及技术难度也让人望而却步。

自主大排量发动机研发情况

当然国内这方面也不是完全空白:一汽红旗依托合资伙伴的助力,推出过型号为CA6GV30TD的3.0T机械增压产品,搭载在旗下红旗HS7、红旗H9两款车型上,性能基本可以媲美奥迪在2008年推出的代号为EA837的3.0T发动机。据最新报道,红旗还研制了全新一代V6发动机,最大功率340 kW,峰值扭矩600N·m,但目前还没有看到确切的产品。

还有就是柳州五菱柳机动力有限公司控股的菱特动力在2019年推出过代号为6G30TQY的3.0T V6发动机,在北京BJ80车型上搭载过。量产较少,具体表现不详,对比账面数据,与一流的产品相比还有提升空间。

更早一点,北汽、吉利也涉及过大排量发动机的生产。北汽推出过代号为BN6V87 “3.0L V6”发动机,吉利借助沃尔沃的技术也做过3.5L V6的机型,不过生命周期都不长。

2021年12月,自主大排量发动机阵营再添新丁。长城汽车下线了代号为GW6Z30的3.0T V6发动机,从性能参数上看达到了业内一流水准。

本篇文章就聚焦于此,对该产品做一个深入分析。

长城GW6Z30 3.0T V6推出的背景

关于长城这款发动机推出的背景,有个问题首先要正面回答一下。

电动化大势所趋,世界主流车企普遍暂停了下一代大排量燃油发动机的研发。长城为什么不随波逐流,反而加大投入选择走一条不被人理解而且难走的路?

我们可以试着还原一下这里面的决策思维。思维起点在于需求,一是无论面向国内、国外市场,长城汽车品牌向上必定需要更高端的动力总成;二是包括哈弗、坦克、皮卡等品牌在内,旗下产品的定位决定了这必须是一套大功率、大扭矩,并且能在复杂环境保持稳定输出的动力系统。

按现在的情况,有三条技术路线可以选择。

首先就是纯电驱动,但存在几个致命的问题:比如当前的锂电池无法在温差较大的户外环境支撑稳定的续航,越野环境充电补电比较困难,上电驱动的成本将较大幅度的推高车价,大扭矩电机在复杂环境下的耐久稳定性有待考证等等。国外像路虎、Jeep等品牌在这条路上走的也很保守,处于品牌向上关键期的长城汽车更需要慎重。

其次就是混动了,这方面牧马人插混和路虎卫士新能源的步子都太拉胯了,基于车型需求、发动机性能、混动布局特点及难度,理性分析长城汽车想要有点追求的话,有以下多种选择。

1、2.0T+三电机(P0+P3+P4、P1+P3+P4)或是双电机(P0/P1+P3、P0/P1+P4),这条路的难点在于,2.0T混动发动机需要在长城现有的2.0T发动机上做较大改进,混动发动机、多电机、动力电池、以及纵置9AT变速箱多个大件会推高车价,而且将使得空间布置无比艰难,混动控制策略也很复杂。还有比如无论是三电机还是双电机,发动机直驱和电机直驱不懂随意切换,四驱体验的操控性和舒适性也会大打折扣等等。但这条路的优点也很突出,2019年专利保护期过后,不用缴纳专利费,研发成功后可上可下,可搭载在更多的中端车型上。

其实这方面长城是有积累的,继Pi4混动平台后,长城汽车在2018年启动了二代混动技术柠檬平台的研发(HEV+PHEV),走的是固定轴式机电耦合系统双电机三电机结构路子,发动机用的是混动专用1.5L和1.5T,量产的车型有WEY玛奇朵DHT-PHEV、WEY拿铁DHT。

2、3.0T+双电机(P0+P2/P1+P2)/单电机(P0、P1或P2),前面一种双电机模式中,P1+P2结构对发动机的调整更大一些,技术成本和布置、散热难度也相应提高;第二种单电机选择,发动机有足够的能力主导四驱,P0胜在经济、简单可选装;P1功率更大提升性能降低油耗效果更好;P2模式也相对简单,发动机和9AT变速箱之间加个小电机,不需要在现有燃油动力结构上做太大的改动,总的这条技术路线的前提是需要有一台强大的3.0T发动机。

最后一条技术路线就是3.0T纯燃油动力模式,这对长城而言是比较好的选择,长城有较好的发动机研发基础,之前就推出过4G15、4B15、4C20、4N20等自研型号,3.0T直列6缸双涡轮增压发动机虽然没有大规模量产,但是积累了丰富研发经验。

上述内容纯属笔者个人观点,不管长城汽车决策层是如何思考的,我们最终看到的是长城这台3.0T V6发动机的出炉,并且衍生出了3.0T V6+P2、3.0T V6+48V的混动版本。

那么长城3.0T V6发动机推出来会有用武之地吗?

笔者认为,答案是比较乐观的,燃油车在未来20年左右仍有较大的舞台,2021年10月,中国发布了《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,其中明确表示:至2035年,我国节能汽车与新能源汽车年销量将各占一半,简单理解就是20年以后,发动机才会逐步彻底退出历史舞台。

从世界主流汽车市场的发展态势、电动、混动、纯燃油技术路线渗透率看,全球性的燃油车全面禁售在15年内也不会发生,长城汽车3.0T V6发动机还有时间在国内外汽车市场上绽放光彩。

主要和哪些变速器配合?

搭载在哪些车型上?

长城这台代号GW6Z30 3.0T发动机为V型6缸发动机,匹配是自研的9AT纵置变速箱,两者一起构成了国内首套完全自研的3.0T+9AT高阶动力总成,于去年12月4日正式在重庆永川工厂量产下线,据报道该套动力系统的年产能达到25万。

由于推出的时间不长,目前3.0T发动机仅搭载于坦克500这一款车型上,同时也是该车的最大卖点。但后续随着产量的提升,这套动力系统将被搭载于更多车型。除了坦克品牌的越野车外,皮卡、轻客等车型也有望搭载。

3.0T发动机结构解读

长城这台3.0T发动机采用的是V6布局,夹角度数为60°,集成了双喷系统、米勒循环、双VGT增压器、集成水冷中冷器进气歧管等,从整体结构上不难看出,整个发动机是非常紧凑的。

V6布局和L6相比减少了尺寸长度,自然在空间上更具优势,也符合越野车更加复杂的发动机舱环境。

同样的,V型布局的通病就在于宽度会变大,过大的夹角度数使得缸盖等部件都需要匹配两套,但这也使得长城3.0T发动机拥有了更多可操作的空间。涡轮增压器、中冷器、节气门等与气缸配套的零部件都是双倍的,带来的好处就是更高效。

长城3.0T发动机在左右两侧各安置了一个涡轮增压器,双喷射系统紧密的布局在60°的V型夹角中,上方则连接着集成水冷中冷进气歧管。

为了实现紧凑的布局,这台3.0T发动机排气歧管离涡轮增压的距离非常近,在节约空间的同时还能提高性能反应。简单来说就是距离越小响应越快,不会出现涡轮迟滞的现象。同时紧凑的布局降低了增压空气的压力损失,更容易保证进气温度,提升加速响应性,车辆的加速性能和发动机的输出性能更好。

此外,不难看出这台3.0T V6发动机布局紧凑,体积很小。官方给出的重量数据为196KG,众所周知,在性能相当的情况下,发动机的体积越小、越紧凑越好,这样能够和更多车型的匹配,运用范围更广泛。

3.0T发动机技术亮点

总的来说,长城这款3.0T V6发动机是一台兼顾了动力性、经济性和排放的大排量发动机,峰值功率260kW、峰值扭矩500N·m,跟欧洲同类型发动机相比的话,比EA839的功率数值还要大14马力,数据表现很出色。

我们下面稍微展开说一说。

1、双喷射系统

长城的这套双喷射系统采用了目前比较先进的350bar高压燃油喷射系统+PFI喷射系统,直喷+气道喷射的双喷射系统设计可以充分利用两种喷射方式的优势,发动机根据不同的工况选择不同的喷油模式,在降低油耗和排放的同时能最大程度减少积碳的产生。

2、双VGT涡轮增压器

目前来看,双VGT涡轮增压器应该是长城3.0T发动机中最为领先的技术方案了,同时这也是全球第一款采用双VGT涡轮增压器的V6发动机。

它的好处在于可以通过电控执行器来改变涡轮叶片的角度,即使在不同工况下也能使增压器一直保持高效率,和废气旁通阀式增压器相比,可提高30%的低速响应性及发动机的低速扭矩,大幅度的减少涡轮迟滞现象的产生。

举个例子,有了这个双VGT增压器,车辆起步时拥有更佳的动力响应性能,在驾驶过程中可以更加“跟脚”。

3、米勒循环

在米勒循环、阿特金森循环以及奥托循环这三种常见的循环中,长城采用了米勒循环。虽然在技术研究上比奥托循环要花费更多的精力,但对于长城坦克平台的高阶动力来说,米勒循环才更能满足大功率的需求。

米勒循环的原理其实和阿特金森循环差不多,都是膨胀比大于压缩比,实际工作过程就是通过可变气门正时系统控制进气门早关的方式,来实现膨胀比大于压缩比的燃烧,从而提高热效率,减少油耗。

但同样的,米勒循环虽然能提高燃油经济性,但缺点在于比较难控制,所以需要喷油方面来进行控制,也因此长城3.0T发动机采用了两种喷气方法,一种是进气歧管喷射,还有一种是直喷,能实现双喷射。

4、MAP机油泵

影响发动机油耗高低的关键环节,除了燃烧、做工之外,还包括发动机运转过程中由摩擦造成的能量损耗。全MAP机油泵可以弥补使用传统定排量机油泵无法在不同工况下准确供油的缺点。新油泵可助力发动机在不同转速和负荷段调整机油压力,摩擦会更小,发动机各转速段的机械损失能进一步降低,发动机燃油经济性可提升2%~3%。

5、热效率

或许有人认为双涡轮会增加燃油喷射,又如何实现节能性呢?但长城3.0T发动机在排气管的尾部有一根支管直接与涡轮机相连,没有燃烧充分的气体会被二次利用,使其燃烧更加彻底,从而达到节能的目的。

米勒循环+双喷射+双涡轮增压可以实现发动机的高压缩比,自然会有很好的燃烧效率。这台3.0T V6发动机的最高热效率达到了38%,燃油消耗率为250g/kWh的高效区域占比超过70%,在同类型发动机中表现名列前茅。

此外,气体的充分燃烧也进一步减少了碳排放量,使得这台3.0T发动机符合欧六d、国6b、还有SULEV30的标准,达到现行的最高标准。排放和排量从来不是一对矛盾关系,在减碳行动推行的当下,长城3.0T发动机无疑满足了高效与环保的双重响应。

6、可靠性

和其他车型不同,因为长期奔波在山地坑洼路段,所以越野车最看重的就是可靠性,长城也充分考虑到了这点。在GW6Z30发动机上通过全新的工艺设计来保证发动机的可靠性,比如曲轴外圆角淬火,轴颈镜面化加工,以及斜切口涨断连杆等工艺。

曲轴外圆角淬火提高了材料的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性,更适合坦克车型越野跋涉的工况;而轴颈镜面化加工是为了降低与连杆的接触面摩擦,提高耐久性,保证整车的质量。涨断连杆的精度高,抗横向剪切能力强,能够承受比普通连杆更强的负荷,更适合坦克平台车型旗下的大排量大马力发动机使用。

同时这台3.0T发动机还使用了高强度曲柄连杆系统,疲劳安全系数较设计标准提升30%以上,而且涉水零件全部采用IPX9K标准,整车超过135万公里的耐久试验,进一步保证发动机在全地形、全环境实际使用场景的更高可靠性。

7、动力特性

评价一款发动机的好坏优劣不能仅仅从功率上判断,还要看他的转速区间。众所周知,发动机转速最高扭矩到达的越早就越实用。涡轮增压机有着明显的动力曲线,一般来说最大扭矩在1500rpm左右就能介入,并且可以一直持续到4000rpm以上。

长城6Z30 3.0T发动机1000rpm即可爆发出340N·m的强劲扭矩,1500rpm时可以迸发出500N·m的最大扭矩并持续到4500rpm,更加宽泛的扭矩平台可以带来更为顺畅的加速体验以及更低的油耗。

8、混动化

8.1、48V轻混系统

大功率发动机配合48V轻混系统似乎是近年来的热门趋势,奔驰、路虎等3.0T发动机均有搭载。

长城也为这台发动机上了48V系统,采用的是P0结构,动力总成综合峰值扭矩可提升至550N.M。48V轻混技术对降低油耗、提升平顺性有不错的效果,一般在大型豪华车轿车上使用,长城应用在皮卡和越野车上应该也是业内比较领先的。

8.2、P2混动系统

长城还为这台3.0T V6研发了曲轴 P2混合动力系统(P2模块:150kW、425Nm),大功率P2混动电机,用C0离合器与发动机断开和连接,并推出了专门用于混动的9HAT变速箱,可实现整车的纯电或混合驱动模式。

9HAT变速箱在兼顾尺寸可控及高动力传输能力的基础上,3.0T+P2电机峰值功率可达380KW、峰值扭矩750N.m,应该能称得上是地表汽车最强动力总之一了。

受空间布置、散热、成本等制约,P2混动系统的主流趋势是取消液力变矩器,用离合器滑摩传递扭矩。长城这套P2混动系统具体结构如何不详,有知道朋友可以补充一下。

主流3.0T发动机对比

目前常见的3.0T发动机主要搭载在高端车型中,其中涡轮增压形式最为常见,包括奔驰的M256 3.0T L6双涡轮增压发动机、宝马B58TU 3.0TL6涡轮增压发动机、奥迪EA839系列3.0T涡轮增压发动机等。

1、数据对比

为了更客观的对比评价,我们将通过表格的形式直观呈现数据分析。

从下述表格不难发现,长城自研的这台3.0T V6发动机在动力输出峰值功率、扭矩上都表现不错,能够达到顶尖竞品同级水准,如果算上P2混动模块会更领先。

2、展开评价

2.1、奔驰M256

奔驰M276采用的是V型布局,随后而来的M256 3.0T发动机却跟随着宝马的选择,改成了直6。这台M256 3.0T发动机最大的特点就是深度集成48V轻混动系统,把混动和发动机作为一个整体来考虑。

和长城的轻混系统不同的是,深度集成的48V轻混动系统(P1)可以采用电动控制更多部件,比如涡轮增压器,奔驰M256采用了48V电压驱动的电动增压器加涡轮增压的双增压系统,电动增压器的加速响应几乎没有延迟,完全解决了涡轮迟滞的问题。

此外,水泵和空调压缩机这些大功率系统也可以全部采用电驱动,发动机前端不再需要附件驱动皮带,可以进一步降低发动机的阻力,实现更大的驱动功率,从而显著的提升性能降低油耗,在目前所有的48V轻混技术中,都是十分成熟、先进的。

2.2、宝马B58TU

B58TU是指B58发动机升级版本,宝马是直6布局的坚实拥护者,这个技术路线最大的好处就是和与旗下4缸发动机更容易实现模块化布局,可以大幅度减少发动机核心系统的开发工作,类似汽车厂家喜欢推出的车型平台,实现多款发动机共线生产。B58TU有高低两个功率版本,高功率版本的最大功率374马力(274Kw),峰值扭矩500Nm。

公开信息显示,基于B58TU 3.0T拓展的48V和插混系统已经逐步在宝马5系、X5等核心产品上使用了。

宝马B58TU 3.0T发动机曾经荣获过2019年沃德十佳发动机的称号,作为“十佳发动机”排行榜上的常客,宝马发动机一直以来有口皆碑,常常被很多车企所采购,来提高高端产品的实力。但近年来故障问题较多,容易出现烧机油的情况,车质网上相关投诉多达几百条,涉及5系、X3等多款车型,产品质量水平忽高忽低,表现参差不齐。

总的来说,宝马发动机搭载的直喷系统、可变气门正时和升程技术、进气管集成水冷中冷器等技术都是一大优势。而长城3.0T发动机同样应用了这些优点技术,不过两者的区别在于一个是直列布局,一个是V型布局。

2.3奥迪EA839

奥迪EA839 3.0T V6涡轮增压发动机有两个排量,一个是3.0T版本,一个是2.9T版本,由奥迪和保时捷联合研发,这款发动机优点很多也十分经典,保时捷卡宴、奥迪Q8、奥迪A8L、保时捷Macan均采用的是这台发动机,几乎涵盖了大众旗下的所有高端车型,包括了MLB、MSB、MNB、MMB等平台。

奥迪研发EA839系列的初心就是觉得EA837不能满足更高需求,所以这台发动机在性能上做到了极致(2.9T版本动力输出更强,3.0T次之),使用了奥迪最新的独家B循环,和长城3.0T发动机所采用的米勒循环相比,B循环将进气阀门关闭时间提前了,能够加快进气气流的速度,让燃料与空气混合的效率提升,有着更好的热效率表现,在燃油经济性上很出色。

混动方面,奥迪EA839也有拓展,例如48V轻混(奥迪A6L、A8L等)及插电强混(非中国专供版的保时捷卡宴E-Hybrid)。

总的来说,作为高端品牌打造的3.0T发动机,上述产品都有着不错的动力表现以及燃油经济性,也能看到不少技术亮点,而长城3.0T发动机的优势在前文已经说过,不再复述,下面我们看一下这款发动机的实际使用表现。

用户口碑评价如何?

目前长城的3.0T发动机只搭载在于坦克500一款车型上,而因为疫情、产能等原因导致这款车交付延迟,目前我们只能从试驾感受中来判断这款发动机的具体表现。

由于搭载了一台3.0T发动机,所以坦克500自然不会有动力不足的情况,再加上低转速时就能释放峰值扭矩,所以无论是市区路段还是高速道路,它的动力表现都不错,整体操作下来只会感受到充沛的动力输出,确实能达到官方给出的参数表现,这一点是没有虚标的。

此外,为了提高燃油经济性,坦克500是加入了一套48V轻混系统的,所以发动机的启停也会变得比较柔和,在起步和提速时都会感受到轻盈感,再加上四种驱动模式,能够满足越野、山地、市区等多种工况环境,切合了越野爱好者的需求。

写在最后

节能环保、电动化大势所趋,节能汽车还有20年左右市场潜力可挖,从国内外主流大排量发动机技术趋势看,混动化是大排量发动机未来持续发光、发热的必经之路。

总的来看,长城3.0T V6搭载了众多当下先进的技术和设计,是一台兼顾了动力性、经济性和排放的大排量发动机。其性能参数与国际一线豪华大厂竞品处于同一水平线上,甚至在个别指标和混动拓展上(P2)还有领先之势。当然,具体质量耐久性表现则需要时间来考验。

与红旗、北汽、吉利、五菱等车企的产品不同,长城的3.0T V6发动机是纯自主研发并生产,拥有自主可控的知识产权,性能一流的作品,代表了国产发动机研发能力的天花板,堪称自主技术孤品。

明知山有虎,偏向虎山行!

长城3.0T V6发动机是自主品牌车企勇气+实力的结晶,也是长城这么多年来造车之路的缩影。

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