解码广汽传祺2.0ATK发动机 如何在技术上实现超高效率？

　　自从内燃机发明以来，提升热效率一致是内燃机最核心的技术追求，尤其在进入混动化时代以后，高热效率发动机和电动机相结合将带来极佳的动力表现和油耗水平。

　　之前高效发动机一直是日系的天下，以丰田、本田为代表的日系高效混合动力发动机在市场上获得了巨大的成功，成为行业的标杆。

　　时间进入2020年以来，国内自主品牌的发动机技术经过多年的积累，进入了爆发期，高热效率的发动机不断涌现，其中广汽传祺2.0ATK发动机以42.10%的最高热效率成为自主品牌热效率的巅峰之作。其热效率水平即使和丰田、本田最新的混动专用发动机相比也是相当领先的。

　　今天我们就一起来看一下广汽传祺这台2.0ATK发动机是如何在技术上实现超高效率的：

一、提升发动机效率的关键因素

　　在分析广汽2.0ATK发动机发动机之前，我们先简单了解一下提升发动机热效率的关键因素，下面借用马自达和日产公布的信息来简单说明一下。

　　1.压缩比

　　首先我们看一下日产提供的信息（下图）：发动机的热效率公式中我们可以看出提升热效率的最直接因素就是提升压缩比ε，随着压缩比的升高。

　　2.比热比

　　如果想进一步提升效率，仅仅提高压缩比是不够的，因此另外一个因素会被考虑，那就是比热比K。

　　下图以马自达提供的报告举例说明（下图），在提升压缩比的第一步1st Step措施实施以后，提高比热比K作为2nd Step措施可以进一步提升发动机热效率。提高比热比的典型方案有两个：一个是稀薄燃烧，一个是降低燃烧温度。

　　3.降低发动机阻力

　　虽然燃烧系统通过增加压缩比和比热比可以提高热效率，但是对于实际车辆使用情况来说，还要考虑这些好不容易通过燃烧系统优化得到的效率提升不会被发动机自身的阻力（包括摩擦阻力和泵气损失）给浪费掉，这就是有效热效率的概念。因此，降低发动机阻力可以提升有效热效率。

　　广汽2.0ATK发动机能够达到如此高的有效热效率基本也是从上面三个方面出发进行的技术方案设定，下面我们一起来看一下：

二、 先进燃烧系统带来热效率的提升

　　1、阿特金森循环

　　广汽2.0ATK发动机采用了广汽自主研发的GCCS燃烧系统GAC Gasoline Combustion System（广汽汽油机燃烧系统），在2.0ATK发动机上该燃烧系统的核心是阿特金森循环（Atkinson Cycle），这也是ATK三个字母的来历。

　　说到阿特金森循环，大家最熟悉的是日系丰田的混合动力发动机和马自达的SKYACITVE创驰蓝天发动机，他们都以阿特金森循环发动机和高效率著称。广汽2.0ATK发动机的阿特金森循环技术方案和丰田、马自达的方案也是类似的，都是通过对气门正时的控制来实现的。

　　简单的说就是利用特殊设计的凸轮型线和气门正时控制VVT技术结合，采用进气门晚关的策略，在活塞到达进气下止点开始进入压缩冲程的时候保持进气门开启一段时间，使得部分已经进入气缸的空气重新被压回到进气管中，从而降低部分负荷下的泵气损失。

　　同时，这样也允许发动机使用比较高的压缩比，从而在膨胀做功冲程的时候能够利用高压缩比来进一步提高热效率。

　　对照前面热效率提升的关键因素，我们可以看出阿特金森循环在热效率提升上的两个贡献：一个是可以提升压缩比，第二个是可以降低泵气损失。下面是通过控制气门正时实现阿特金森循环的示意图：

　　为了实现阿特金森循环中要求的凸轮正时控制，广汽2.0ATK发动机选择了和丰田、本田、马自达相同的VVT可变气门正时控制方案，也就是，进气采用电动VVT以实现超大的调节角度和快速的响应，排气采用中置式液压驱动VVT来平衡性能和成本。

　　阿特金森循环由于其高压缩比特性在高速大负荷时由于高压缩比引起的爆震会限制发动机的性能输出，广汽在这台发动机上采用了进气可变升程技术来解决这一问题，在中低负荷下采用阿特金森循环来实现高效率，而在大负荷情况下可以通过可变气门升程技术切换回奥托循环来获得性能。

　　我们可以看到这台2.0ATK自然吸气发动机在如此高的热效率下还能保持105Kw的额定功率和180Nm的峰值扭矩，性能指标和丰田、本田的混动专用自吸发动机相比也不落下风。

　　2、超高压缩比

　　广汽2.0ATK发动机采用了15.6：1的超高压缩比，超过了马自达第一代创驰蓝天和丰田、本田混动自吸发动机13:1左右的压缩比水平，和马自达第二代创驰蓝天压燃发动机的压缩比接近。超高的压缩比会带来效率上显著的提升。

　　为了实现超高的压缩比，发动机的结构参数必须做出重大改变，广汽2.0ATK发动机采用了超长冲程设计，冲程缸径比达到1.3，这也是高效混合动力自吸发动机设计的一种趋势（传统发动机一般认为冲程缸径比的上限在1.2）。

　　3、冷却EGR技术

　　废气再循环系统(Exhaust Gas Recirculation)简称EGR，是将发动机产生废气的一小部分导入进气侧再度燃烧。再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧速度，这样可以降低燃烧的压力和温度。这样不仅有利于降低NOX排放的产生，还可以提高比热比，降低泵气损失，从而提升发动机的效率。

　　虽然VVT气门可变正时技术理论上可以通过控制进排气门的叠开角度和时刻从而控制部分废气从排气门回流到气缸中实现内部EGR，但是对于广汽这台高效率发动机来讲，只有内部EGR是远远不够的，必须增加带有单独冷却系统和外部EGR系统。

　　4、 高滚流气道设计

　　阿特金森循环和外部EGR系统的引入一般需要伴随高滚流气道来保证燃烧的稳定性。广汽GCCS燃烧系统通过高滚流气道和活塞顶的优化设计，燃烧速度提升22%，确保了燃烧系统的稳定性。

　　5、350bar直喷系统

　　广汽2.0ATK发动机采用了侧置喷油器布置的直喷系统，虽然在混动专用高效发动机上先进直喷系统并非是最关键的技术方案，但是广汽仍然为这台2.0ATK选择了最新的350bar喷射压力的直喷系统，理论上更高的喷射压力可以带来更低的排放。

三、低摩擦设计

　　降低摩擦阻力可以显著的提升发动机的有效热效率，因此降低摩擦阻力成为广汽2.0ATK发动机的核心技术手段。

　　1、 电子水泵

　　采用电子水泵技术不但可以降低发动机的阻力，还可以和发动机的冷却系统一起实现灵活的发动机热管理，让发动机启动后能够尽快的热机，进入最佳工作状态，从而降低实际使用过程中的油耗。

　　2、 可变机油泵

　　2.0ATK发动机采用了基于MAP控制的连续可变排量机油泵，这种设计可以在低速低负荷采用低油压来降低机油泵驱动阻力，提高效率，在高速高负荷采用好油压来保证润滑。

　　3、 无前端附件驱动皮带设计

　　2.0ATK发动机是专为混合动力设计的，因此采用的电动空调压缩机的设计，同时由于水泵已经采用了电动水泵，混动发动机也不需要传统发动机上的12V发电机，因此这个发动机完全不需要前端驱动任何机械附件，这也大大的降低了发动机的阻力。

　　4、 其他降低摩擦阻力的措施

　　广汽2.0ATK发动机还采用了其他众多降低摩擦阻力的技术措施，比如：低张力活塞环、活塞裙部低摩擦涂层、凸轮轴滚针轴承等等。

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