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摩擦和附件优化
[汽车之家 发动机拆解] 随着国六排放标准在全国范围内的广泛实施，对于许多汽车厂商而言面临着不小的难题：在新的排放标准中车辆排放的主要污染物指标几乎都要降低一半之多，以原有动力总成的技术很难达到新标准的要求，“破旧立新”可能就是唯一的出路。而对于那些未雨绸缪的厂家来说，由于提前布局了新一代动力系统的研发，如今正是收获的季节。面对严苛的政策压力，一套更清洁、更省油的动力系统很可能就能够帮助旗下产品获得先机。今天我们就来拆解一台来自一汽集团代号为CA4GA12TD的新一代小排量涡轮增压直喷发动机，来看看发动机界的“新生代”都有哪些新的特点。
30秒读懂全文：
1、CA4GA12TD发动机是一汽自主研发的新一代小排量涡轮增压直喷发动机；
2、该发动机采用了诸多时下先进技术，诸如350Bar高压直喷系统、高滚流燃烧、气缸盖集成排气歧管、可变排量机油泵、DLC涂层等，简而言之，就是既省油又有劲；
3、它的电控系统同样为自主研发制造，可以说是一颗地地道道的“中国心”。
3款1.2T发动机主要技术参数对比
一汽CA4GA12TD大众EA211-DJN丰田9NR-FTS
排量（mL）119911971197
气缸数（个）444
最大马力（Ps）143116116
最大功率（kW）1058585
最大扭矩（N·m）204200185
从技术参数来看，一汽的这台1.2T发动机较来自合资品牌的主流产品有着一定的优势，105kW最大功率和204N·m的最大扭矩已经同一台2.0L自然吸气发动机接近。那么较大的输出功率是否意味着油耗也会随之提升呢？这也不尽然，接下来我们就看看，这台发动机有哪些特点。
在发动机内部有许多高速运转的零件（诸如活塞和气门），而这些零件同发动机本体或者其他零件之间存在着接触用以保持气缸的密封性或者驱动零件运动，这样一来，相互接触的零件表面之间就会产生摩擦力，摩擦产生热量，就会无谓地消耗汽油燃烧产生的能量，这对于提升发动机效率而言就不是好消息。如果能够降低接触表面之间的摩擦力，就能减少额外的能量消耗——把接触表面做得尽可能坚硬而光滑（降低摩擦系数），是最为行之有效的方法。
当然如今也有一些先进的发动机在凸轮轴与气门之间增加一套滚子传动机构，通过将滑动摩擦转化为滚动摩擦来降低摩擦损耗，但是考虑到这台发动机的定位，一汽这样的设计很好地平衡了体积和成本，同样也达到了不错的效果。
降低摩擦是目前主流的汽车厂商都在研究的前沿课题，例如日产的“镜面缸孔熔射技术”以及奔驰的“Nanoslide”纳米镀膜技术，都旨在降低发动机运转零件之间的摩擦来提升效率，可谓异曲同工。此外，这台发动机还采用了低弹力活塞环组、低摩擦静音链条、低刚度气门弹簧，都是为了最大程度地降低摩擦损失。
由于发动机靠的是汽油燃烧产生的能量来驱动活塞运动，在这个过程中就会释放出大量的热量。如果热量散发不出去，会提升整个系统的温度，从而影响发动机的正常运转。因此需要为发动机设计一套冷却系统来让发动机保持健康的工作温度。但发动机同时又是一个非常“娇气”的部件：由于工况不一样，发动机各个部分所需要的冷却条件也不一样，这就需要为其“量身打造”冷却系统来进一步降低热损耗，提升效率。
通过新的冷却系统，可以降低油耗1-2%，看似不起眼，但发动机优化设计做的就是最大程度地挖掘潜力，将细节做到极致。2:提升燃烧效率
除了驱动车辆前进之外，发动机还背负着许多额外的工作：例如驱动发电机发电、带动凸轮轴、水泵等众多保证发动机正常运转的附件。而在这个过程中，同样会消耗额外的能量，那么将这些附件系统消耗的能量最小化，也是提升发动机效率的一个有效手段。
通过这套可变机油泵，实现了发动机按需供油，也一定程度上为发动机进行了“减负”，最终可以降低整车油耗约1.8%左右。
对于发动机的“挖潜”，最有效也是最难的部分，在于对气缸内部汽油燃烧的控制：如果缸内汽油得到充分的燃烧，并且将燃烧的能量最大程度转化为驱动活塞运动的机械能，那么发动机的效率就能够得到显著提升。从这台发动机上，我们也能看出一些未来的发展趋势。
通过控制气门的正时，可以提升在不同工况下的充气效率，减少泵气损失，为充分燃烧做好准备。
由于发动机的燃烧发生在封闭的气缸内，因而研究人员很难观察到内部究竟发生了什么，所以优化工作通常只是“盲人摸象”。而一汽在研发的过程中，采用了“光学单缸机”的试验设备，简而言之，就是一个透明的发动机气缸，可以通过它来观察内部燃烧的状况，从而通过优化喷油嘴位置、角度、流量，来实现更好的燃烧状态。就CA4GA12TD发动机来说，通过对燃烧室内部的优化，它实现了高速滚流燃烧，提升了燃烧效率。
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最终这台发动机在各种优化设计下，最高热效率超过了36%，这个数据已经在同级别中处于世界先进水平。
另外值得一提的是，在众多优化设计和新技术的加持下，这款发动机仅仅通过调整直喷系统喷油压力就达到了国六排放标准，无需其他一些发动机采用的颗粒捕捉装置，这也从侧面体现出了这台发动机的技术先进性。
最后还需要补充一点：这台发动机的电控系统是由一汽花费10年时间自主研发的成果，从“芯片”层面实现了完全自主的知识产权，这一点对于中国品牌的汽车厂商来说难能可贵。
全文小结：
正如文章开头所讲，发动机设计是一项复杂的系统工程，如何平衡矛盾，优化设计，做好细节，这背后都是无数细小进步的积累。而发动机同变速器、整车之间如何匹配，做到出色的用户体验，则又是另一层面上的挑战。通过这台发动机，我们看到了中国品牌在基础技术方面的积累和进步，造车无易事，正是这些基础的技术进步，才能打造出能够同国际品牌抗衡的产品力。（文/图 汽车之家 王兴宇）
