發動機技術巡禮(3) ECOTEC LDK發動機解析

　　【太平洋汽車網 技術頻道】君威/君越2.0T使用的是代號為LDK（歐洲代號為：A20NHT）的ECOTEC GEN II發動機，此發動機是國內市面上少數能與福特GTDi 2.0T/大眾TSI 2.0T抗衡的產品。這款發動機源自于2007年在首次用在龐蒂克Solstice GXP上的那款SIDI（Spark Ignition Direct Injection）渦輪增壓ECOTEC發動機（代號為LNF）。本文將以代號為LDK的ECOTEC GEN II發動機為例，說明此系列發動機的特點。

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● 發動機基本參數：

● ECOTEC GEN II發動機的前世今生：

　　ECOTEC GEN II的第一款產品，代號為LNF的縱置發動機。

　　在2007年，一款渦輪增壓缸內直噴ECOTEC發動機被引進到當年的龐蒂克Solstice GXP以及Saturn（土星）Sky RedLine，其代號為LNF。這款ECOTEC LNF發動機采用縱向布置的形式，排氣量為1998cc。

　　由于采用了形成缸徑相同（86mmX 86mm）的方形氣缸結構，因而能兼顧低轉扭矩和高轉速爆發力。在1980年代末誕生的豐田3S-FE/3S-GE/3G-GTE發動機以及近年的本田K20A和三菱4B11T均采用了這種方形氣缸結構。LNF發動機的壓縮比為9.2:1，最大增壓壓力為1.4bar，最大功率190kW/5300rpm，最大扭矩350Nm/2500~5250rpm。

　　LNF發動機作為LDK/LHU發動機的始祖具有如下特點：

　　性能版本的LNF發動機——LDK和LHU

　　LDK和LHU這兩個版本的ECOTEC GEN II發動機在LNF發動機的基礎上提高壓縮比至9.3：1。LHU則在LDK基礎上增加了對E85生物燃料的支持。國內君威/君越2.0T上的發動機就是代號為LDK的版本。而君威GS國內版采用的是LDK版本。君威GS國外版則是采用LHU版本。

　　君威/君越上的ECOTEC 2.0T曾被傳來自于薩博LK9有誤

　　薩博LK9也被稱作B207，擁有低功率版本（B207L:129kW/5500rpm；265Nm/2500~4000rpm）以及高功率版本（B207R:154kW/5300rpm；300Nm/2500~4000rpm），屬于第一代ECOTEC發動機。君威/君越上的ECOTEC 2.0T是屬于第二代ECOTEC發動機。LK9和LDK在缸體結構上有很多相似之處。但作為上一代ECOTEC產品的分支，LK9并沒有使用雙VVT氣門正時技術。所以從先進性上，LDK要比LK9要高一個等級。

● LDK發動機技術解析：

　　獨特的雙對旋平衡軸結構

　　作為一款標準的四沖程發動機，必然擺脫不了發動機平順性比直六或者V6發動機遜色的特點。所以在發動機內部設置平衡軸則是理所當然的事情。平衡軸消振的原理是使用偏心軸旋轉產生與發動機振動相反的振動從而實現消振的效果。發動機平衡軸一般有兩種設置方式：1.設置在曲軸下方，由曲軸通過相應的齒輪帶動，結構較為緊湊。2.設置在氣缸兩側，由曲軸通過鏈條帶動，消振效果比較好。

　　當平衡軸的轉速和曲軸同速時，能消除發動機運轉過程中產生的一階振動；當平衡軸的轉速是曲軸的兩倍時，能消除發動機運轉過程中產生的二階振動。階數越高，振幅越小，對發動機的影響越少。

　　LDK發動機的雙平衡軸中，其中一根轉速和曲軸等速，消除發動機的一階振動；另一根轉速為曲軸兩倍，消除發動機的二階振動。LDK發動機的雙對旋平衡軸機構使得其有相當不錯的運轉平順性。

　　而作為競爭對手，福特EcoBoost GTDi 2.0T發動機的平衡軸位于曲軸底部；大眾2.0TSI的平衡軸與LDK發動機類似，位于氣缸兩側。而小排量低功率的大眾EA111 1.4TSI發動機則沒有設計平衡軸。

　　鈉冷氣門技術

　　中空鈉冷氣門技術多用于柴油發動機。由于渦輪直噴發動機內部工作溫度較高，使得排氣門工作環境比較嚴酷，因而就引進了鈉冷氣門技術。通用Ecotec LDK發動機的排氣門使用的就是鈉冷氣門。鈉冷氣門是空心的，在氣門中央的空腔中會填滿金屬鈉。當氣門工作時，頭部溫度非常高，鈉吸熱氣化上升至氣門桿頂部經冷卻水散熱，從而提高是氣門散熱能力得到提升。

　　單渦輪雙渦管，增壓壓力為1.25bar

　　LDK發動機采用了單渦輪雙渦管的輕質渦輪，最大增壓壓力為1.25bar。最大增壓值比福特EcoBoost GTDi發動機的1.2bar要稍高一些。渦輪的渦管1與1、4缸排氣門連接；渦輪的渦管2與2、3缸排氣門連接。雙渦管的好處在于降低了渦輪的遲滯效應，同時也減小了各個氣缸在排氣時的互相干擾（LDK發動機的點火順序為：1-3-4-2）。

　　通用Ecotec LDK與大眾TSI、福特EcoBoost一樣，都采用了單渦輪雙渦管的廢氣渦輪，來減輕渦輪遲滯效應，使發動機擁有更好的響應性。而類似寶馬N54這樣的使用一大一小雙輕質渦輪來減輕渦輪遲滯效應的發動機系統則越來越少。即使是寶馬自身也意識到雙渦輪系統的復雜性，在改進版的N55發動機上還是改用了單渦輪雙渦管的設計并大幅精簡外圍進排氣系統來獲得性能的提升。

　　外置式中冷器，能降低溫度200℃

　　通用Ecotec LDK發動機采用了外置式中冷器。有數據稱，該中冷器能把壓縮空氣的溫度降低200攝氏度左右，這對提高進氣效率有很大的幫助。

　　缸內直噴，油軌壓力50-150bar

　　通用Ecotec LDK發動機使用了博世生產的高壓油泵。此高壓油泵帶有電控燃油計量閥，可以精確控制噴油量。通用Ecotec LDK發動機的高壓油軌內的燃油壓力為50-150bar。其最高噴射壓力與福特EcoBoost GTDi以及大眾EA888 TSI發動機一致。估計通用、福特、大眾都采用的是博世的汽油直噴技術，因而在參數上都大同小異。

　　雙可變氣門正時技術

　　通用Ecotec LDK發動機使用了雙可變氣門正時技術，可對進排氣門的正時進行調節。通用Ecotec LDK發動機采用的凸輪軸調節機構采用的是葉片式（Vane Type）的，因而更為精確。通用Ecotec LDK發動機的進排氣凸輪調節機構最大可以使相應的凸輪實現25度的最大轉角。

　　總結：通用Ecotec LDK發動機的渦輪增壓技術、缸內直噴技術以及可變氣門正時技術都可匹敵業內頂尖的福特EcoBoost GTDi發動機。而其特有的雙對旋平衡軸以及鈉冷排氣門則使通用Ecotec LDK發動機的性能及平順性進一步得到優化。通用Ecotec 2.0T發動機獲得“Ward’s Auto World”2011年度全球十佳發動機的稱號可謂是實至名歸。