2.0的发动机「歼20as隐形战机」

时间：2023-06-11 14:16:05来源：

好久没有写关于汽车的相关内容了，搞得像是发展副业，放弃主业的错觉。

这次，纵观汽车行业的新闻，一个神秘而又强大的发动机频繁抢走头条，它就是“2.0T”发动机。

不了解的朋友，是不是觉得很奇怪，因为2.0T的发动随处可见；为何说2.0T“神秘”而又“强大”呢？我们慢慢分析~~

传说中人见人爱、花见花开的大G，那装配的3.0T V6双涡轮增压可是被男女通吃，那4.0T的V8 G600可是被标榜“男人”的必备。

但是，面对今年的国际行情，都发生了改变，全新四缸2.0T的G350闪亮登场。这样很MAN的车型搭载四缸发动机就算了，但就这个2.0T的四缸版本大G，居然还要加价才能提车……真实让人忍俊不禁，即使奔驰的品牌形象给人很高端的印象，但是4缸车定价在100万以上，加上加价的情况，实在是有收割智商税的嫌疑。

这次，和大家一起谈谈为何15万-200万的车都在使用2.0T的发动机。

纵观目前全球2.0T发动机的输出功率，从150匹马力开始起步，随后可以一路狂飙到421匹马力，甚至还有科尼塞克这样使用2.0T引擎压榨到600匹的......那各个厂商和车型究竟是如何从“2.0T”上搞出不同马力的呢？

调整马力最简单的操作方法就是改变涡轮压力了。我们只需通过调整涡轮的进气压力，便可以改变发动机的进气量，最终实现对发动机峰值动力的调节。所以，要想制造小马力的2.0T发动机，其实只要减小涡轮压力就可以轻松达成。而要制造大马力的2.0T发动机，也可以直接通过提高涡轮压力的方式实现。通常来说，普通家用车的涡轮增压值都会控制在1Bar以内，从而减小涡轮迟滞的现象。

虽然通过调整涡轮压力就可以达到改变动力的目的。但对于150匹到421匹这样接近三倍的动力跨度来说，只调整涡轮压力显然是不够的，这时就需要在涡轮尺寸方面下手了。首先我们要明白的是，在同等的涡轮压力情况下，涡轮尺寸越大，能给发动机提供的“压缩”空气也就越多。同理，在增压空气量一定的情况下，更大的涡轮只需要更低的压力就可以达到小涡轮高增压值相等的空气量。

不过需要注意的，虽然大尺寸的涡轮可以带来更多的压缩空气，但由于大涡轮拥有更重的旋转惯量，所以大涡轮往往会出现十分明显的涡轮迟滞现象。如此一来，当厂家要研发一台功率较小的2.0T发动机时，其实选择小涡轮高增压值反倒比大涡轮低增压值要更合理且实惠。因为小涡轮高增压值的组合既可以有效降低涡轮迟滞现象，同时在马力上也不会吃亏。

举些例子，在国内市场，以合资品牌为数据论点，第三代EA888的2.0T，162KW，350N.m。在第三代EA888的开发阶段中，在涡轮侧和增压器侧都进行了全方位的CAE优化。在涡轮侧，对整个系统（包括气缸盖中的集成废气冷却气管）、涡轮壳体（包括转子）、废气旁通阀、涡轮前氧传感器和排气系统）进行了CFD模拟。

如图下面所示，直到气体进入三元催化器载体截面之后。其目的是优化集成式废气冷却回路与涡轮进口、至氧传感器的气流、和进行废气旁通阀布局的设计，从而实现均一、稳定、有序的气体流动。在增压器侧，CFD模型包括进气、增压器包括所有气体入口域（例如来自曲轴箱通风的入口域）、旁通阀和增压回路，其目的首先是保证增压器性能的情况下，查看气流流向，从而找到各气体入口域的最佳位置布局。通过案例，得出CAE分析在研究气体压力损失和增压器效率方面的具有巨大潜力。

结合CAE分析，显著提高了涡轮的热力学性能和耐久性。根据计算出的温度图和螺栓拧紧力等附加力云图，确定了部件的载荷，并在早期的设计阶段进行了优化，如下图所示。通过下图可以看出，经过流体动力学和热力学的CAE分析，对氧传感器的气体流量、温度分布和负载进行了详细的模拟。一方面，进行了广泛的瞬态CFD模拟，以检查零件在极限负荷（右）下的功能性；另一方面，对嵌入涡轮壳体中的氧传感器进行热力学计算，进行材料的最佳材料配对和最佳输入来确保零件的耐久性。决定布局位置（右）。

但如果要打造超大马力2.0T车型的话，那就需要对涡轮压力以及涡轮尺寸双管齐下了。毕竟在某种程度上，巨大的涡轮迟滞反而会带来更高的动力输出极限！

现在我们已经知道如何利用涡轮压力和涡轮大小来改变一台2.0T发动机的输出功率了，可市面上那些只有150匹的超低功率2.0T发动机，又是怎么造出来的呢？毕竟以目前的自然吸气发动机水平来看，2.0L的发动机其实已经可以轻松突破150匹大关了，那为啥加上涡轮后不仅动力没有提升，反倒还出现了“涡轮减压”的现象了呢？

在这里就不得不提“削峰”处理了。所谓的“削峰”处理实际上就是通过ECU来限制发动机的峰值扭矩，以此来达到限制功率的目的。众所周知，虽然2.0L的自然吸气发动机可以轻松达到150匹以上的最大马力输出，但自吸发动机达到最大马力的转速区间往往都会在5000转以上了。

此时，如果安装了涡轮增压器的话，那便可以让150匹的马力出现在更低的转速区间。这样一来，即使这台2.0T发动机和2.0L自吸发动机的最大马力都是150匹，但经过“削峰”的2.0T在日常驾驶时由于动力来的更早，所以日常驾驶也会更加轻松。不过，由于动力受到了ECU的限制，发动机只能在最大150匹的范围内进行工作，所以这台车的实际动力表现便会如上图中的红线所示，不会带给驾驶者越踩越有的感受。

除了上述一些软、硬件手段外，2.0T之所以能够有夸张的动力输出范围，其实也离不开汽车赛事的功劳。大家都知道，为了保证赛车公平竞争，所以在比赛时都会根据排量大小将各个组别的赛车区分开来，而其中最常见的就是2000cc排量组别了。

为了拥有更大的马力，参赛厂家也都会不约而同地给发动机安装涡轮增压器。对于赛车来说，一台2.0T发动机早在上世纪90年代就可以轻松爆发出将近300匹马力了。而现如今采用V型4缸2.0T排量的保时捷919，单独一个发动机就拥有接近500匹左右的马力。

所以那些经常参加比赛的主机厂，例如90年代的三菱、斯巴鲁、丰田，以及现如今的现代、大众和保时捷，都会有很多关于2.0T发动机的积累，所以在它们研发量产发动机时，只需要挑适合的技术适配并下放就可以了。

举例说明，我们以本田为例子，思域type R上面的2.0T发动机，就下放到了家用车上面，比如国内市场的冠道和URV上面使用的2.0T K20C3就是最典型的技术下放。

这个基本概念来看看，就先开始大概讲一下VTEC TURBO这套系统。

从图上我们可以看到，VTEC TURBO在技术上共享形似的技术，比如说进排气双VTC技术、缸内直喷技术、缸盖冷却系统等。

K20C3最大的核心有两点：

DHOC VTEC和双VTC带惯性涡轮和高功率涡轮

我们先从最重要的VTEC和VTC这个说起，2.0T发动机是拥有完整的VTEC TURBO。其中就包含“早期的VTEC（DOHC VTEC）”和双VTC系统。并且这个VTEC设计并不在进气一侧，而是在排气一侧。这样是为了让发动机尽快排除废气（官方称为扫气），这样可以为燃烧室提供更多的空间，抑制爆震的出现。所以这样可以使VTC更好的作用在气缸内，通过电子调节的方式来进行压缩比的调节。

使用了轻量化的设计，也有气缸盖的排气歧管和相同的活塞内环状冷却道的设计。以及一个更倾向于高效的小型涡轮和电动泄压阀，通过控制增压压力，兼顾了动力和燃油经济性。这里面还有双冷水道和高滚流的活塞设计。

K20C3使用在普通的家用车型中，所以在涡轮使用上偏向于小涡轮，这样可以提升涡轮的介入点。在低转数就可以达到最好的涡轮效率区间。

用于思域Type R的K20C1发动机具有带电动废气旁通阀的低惯性单（单）涡旋MHI TD04涡轮增压器。它产生22.8 PSI（1.57 bar）的增压压力。K20C4和K20C3（仅中国市场）配备了较小的MHI TD03涡轮增压器，可提供20.8 PSI（1.43 bar）的增压。每辆装有本田2.0升涡轮发动机的车辆都配备有高容量的空对空中冷器，以冷却涡轮增压器之后的增压空气。还有一个线控油门，代替了加速踏板和节气门之间的物理连接。

平衡轴设计；K20C3要比“红头”K20C1多了一套平衡轴组件在发动机上。实际是为了抵消发动机的往复惯性力，这样进一步提升发动机的运转平顺性。这一套系统设计在发动机底部，拥有两根旋转方向相反且转速为曲轴两倍的平衡轴。

所以，从中可以看出2.0T从技术层面上看，可以省去很多成本，又可以顺其自然。

2.0T发动机成本低主要体现在三个方面，其一就是模块化制造。一台四缸2.0T发动机的单缸排量是0.5L，所以研发出一个0.5L单缸以及适配的硬件周边后，就能通过复制打造出1.5L的三缸机、3.0L的六缸机、4.0L的八缸机甚至是6.0L的十二缸机。

其中1.5L三缸机可以看作是2.0L四缸砍掉一个气缸的产物。3.0L六缸机则可以看作是2.0L四缸基础上增加两个气缸（直列六缸）或者两个1.5L三缸共用一套曲轴的产物（V6）。而两台2.0L四缸共用一套曲轴则可以生产出4.0L的V8引擎，更多缸数的排列继续以此类推就行了。这样一来，对于一家主机厂来说，只要你研发出了一台出众的2.0L四缸发动机，基本就等于拥有了所有主流排量的发动机。

全世界不少国家，都会根据汽车排量的不同制定出不同的税率，也就是我们常说的“排量税”。而2.0L这个排量，在不少国家的税率划分上都是一个分水岭。

在我国标准下以宝马3系为例，代号E90的325i车型采用一台218匹马力的2.5L直列六缸发动机，按照国内的消费税率来计算，它需要支付9%的消费税。而换代之后搭载2.0T的328i，不仅马力达到了更高的245匹，并且消费税率也降低到了5%。这还是仅仅是2.5L到2.0T之间的区别，如果是3.0L变2.0T，更是可以直接少交7%的消费税！

要注意的是，汽车厂家所标称的指导价中是包含了消费税和增值税的，也就是说如果指导价没变，排量从2.5降低到2.0的话，那么少交4%的消费税将会成为厂家的利润，当然，通常来看，这个4%也会在新车指导价以及后期优惠上反映出来。

我们已经知道了2.0T可以爆发出150匹到421匹的超广功率区间，同时这个动力也可以满足从紧凑型车到大型车，甚至是性能车等多级别车型。所以当如此多的车型来分摊一台2.0T发动机的研发、制造成本的话，那对于以盈利为目的的汽车厂家来说何乐而不为呢！

“四缸发动机，重量相对较轻，油耗相对较低“

除了动力和利润以外，2.0T四缸发动机还拥有更轻的发动机重量。毕竟相比于以往的大排量六缸自吸引擎来说，就算多了涡轮增压器和中冷器这两个必备元器件，其实四缸涡轮机的重量和体积依旧是有优势的。

此外，在车辆巡航状态下，四缸机运转的摩擦力理论上也是要小于六缸机的，所以在合适的工况下也会更省油。

四缸机的问题

这么来看，似乎四缸2.0T已经无懈可击了，但事实真的如此吗？非也，首先就是涡轮迟滞的问题。相比起自然吸气发动机来说，涡轮增压发动机哪怕使用再小惯量的涡轮或者VTE可变截面涡轮这样的高新技术，最终也不可能完全避免涡轮迟滞的问题。根本不可能达到自吸发动机200毫秒的当前转速下的最大扭矩响应速度。

此外，相比起世界上最平顺的直列六缸发动机形式，四缸发动机结构上的缺陷也根本无法与之在平顺性上抗衡。所以对于真正讲究豪华驾乘体验的车型来说，即使2.0T发动机的动力足够，但为了更好的动力输出质感也是不会用的。

最后就是声浪方面的问题，四缸机就算再怎么优化排气，声线也不可能达到多缸发动机的诱人程度。而面对这个问题，无论你是不是性能控，都将是一大遗憾！

其实，2.0T四缸发动机就像是一个自身素质不错的中层员工。如果高层领导没有因为法律原因被带走，他可能一辈子也不会成为挑大梁的那个角色。

如今，2.0T混的风生水起，政策的扶持、公司的栽培也让它的自身实力大步跃进着，甚至还为它配了48V的贴身秘书。

到这里，就2.0T的话题，顺带谈谈合资品牌和自主品牌的2.0T发动机（随便举个例子）

丰田8AR-FTS D4ST

在2015年上市的新款汉兰达上首次使用了D-4ST 8AR-FTS 2.0T涡轮增压发动机，作为丰田在中国首款量产车上使用的涡轮增压发动机。之后分别在换代皇冠和雷克萨斯RX上也使用了同款发动机。之后的时间也证明了丰田玩涡轮的功底，8AR-FTS发动机的稳定性，性能都给出了非常好的表现。

在涡轮的直喷技术横行的今天8AR-FTS发动机162kW最大功率和350Nm峰值扭矩的参数在同级里面表现却很平庸，但及其强大的稳定性和可靠性，加上在中国市场最先使用拥有“双循环”、“双喷射”和“双涡管”系统。

传统发动机的供油系统，要么是进气管喷射，要么是缸内直喷，D-4ST发动机则兼备这两种喷射模式，即进气管喷射和缸内直喷结合，根据发动机工况智能调整。在冷启动或低转速时，启用进气管喷射，好处是改善冷启动效果，快速让发动机达到最佳工作温度，减少积碳产生，降低烧机油的概率，保证发动机低故障率。而在急加速或大负荷需要强大动力时，发动机采用缸内直喷，这一技术应用，既兼顾动力又降低油耗。

8AR-FTS的“可切换双循环技术”，在需要强大动力的时候，系统采用奥托循环的模式，以保证足够的动力性。在低负荷的情况下，则切换为阿特金森循环，以最大化的提高效率。阿特金森循环的本质其实是改变发动机膨胀比的一种循环。压缩后的混合气点火做工以后膨胀到最后的体积与膨胀前的体积之比。

普通发动机的压缩比和膨胀比是一样的。目前的阿特金森循环发动机，其实都是在普通奥托循环发动机的基础上，通过对气门的控制，让进气门在压缩行程开始一段时间以后再关闭。也就是将吸入气缸的混合气再反压回进气歧管一部分，然后再关闭进气门开始压缩行程。可以这样来理解：相当于一台2.0L的发动机，把吸入的气体又排出去0.2L，也就是混合气是按照1.8L发动机配的，然后做功的时候，它又可以按照2.0L的发动机来膨胀。

这样一来，相当于膨胀比大于于实际的压缩比。从对阿特金森循环工作原理的介绍可以看出，它不仅等效于降低发动机的（实际工作）排量，而且由于膨胀比大，节油效果更好。

丰田在传统VVT-i技术基础，通过凸轮轴机构的调整，实现VVT-iW超广角可变气门正时系统，使得这台发动机能在奥托循环与阿特金森循环两种模式间无缝切换。这也是世界首款以两种循环模式工作的内燃机，双循环无缝切换，兼顾了最佳动力和最低油耗。D-4ST发动机在排气侧使用双涡管单涡轮技术，即把传统排气歧管4合1排气通道，编排成4合2排气通道，连接到涡轮增压器。

这台2.0T发动机完全做到了从低转速到高转速整个区间内，具有最为平顺和流畅的动力输出，它解决了传统涡轮发动机迟滞问题，为实现最顺畅的行驶表现提供了最保证。