解密凱迪拉克全新設計V8發動機
SAE International - 國際自動機工程師學會
凱迪拉克推出全新4.2 升 V8 發動機，專為2019 款 CT6 系列設計。為了滿足運動版CT6 對性能的高要求，這款雙渦輪增壓 DOHC V8 發動機的功率輸出高達 550 hp，扭矩輸出則達 627 lb·ft。（圖片來源：通用汽車）
從最近的情況來看，汽車製造商似乎並未叫停對內燃發動機的投資。舉個例子，通用汽車 (General Motors) 旗下豪車品牌凱迪拉克 (Cadillac) 即耗時 4 年時間，隆重推出了一款全新 V8 發動機。按照計劃，凱迪拉克旗艦車型運動版 CT6 將自 2019 年上半年起，獨家使用該款 4.2 升 DOHC V8 雙渦輪增壓發動機。然而，我們不難想像，未來通用汽車將勢必還有至少一款關鍵車型也採用這款 V8 發動機。
凱迪拉克 V8 發動機首席工程師 Jordan Lee 向少數媒體展示了公司最新 V8 發動機的架構。Lee 表示，這款發動機繼承了凱迪拉克品牌對與眾不同和卓越性能的一貫追求，完美地將精緻與性能融為一體。升級後的 2019 款 CT6 產品線將為客戶帶來兩種搭配不同配置 V8 發動機的版本，其中一款專為運動車型設計，5,700 轉時可輸出 550 hp 馬力，3200 到 4000 轉時可取得 627 lb·ft（850 N·m）的峰值扭矩。
這款全新鋁製 V8 的標準版本預計可在 5,000 到 5,200 轉時輸出 500 hp 馬力，並在 2,600 到 4,600 轉時輸出 553 lb·ft (700 N·m) 扭矩。這款發動機的副總工程師 John Rydzewski 表示，發動機達到這些數據的前提是使用優質的無鉛汽油。這款發動機採用了高壓 (5,076-psi) 直噴系統，壓縮比為 9.8:1。對此，通用工程師告訴《汽車工程》，直噴系統的壓力相對較高，這意味著不必採用目前非常流行的「直噴+進氣口噴射」的組合設計。
別具一格的 V 型設計
這款全新 4.2 L V8 發動機的標誌性特徵也許就是「逆向」開口設計：排氣口位於發動機 90 度 V形結構的內側，而進氣口則將從 V形結構的外側將空氣輸送進入氣缸。
事實上，這並非通用汽車的首款量產 V8 發動機，但卻是凱迪拉克發動機首次將這一概念發展到新的極致：公司不僅將雙渦管渦輪增壓器安裝至發動機的 V 形結構中（作為排氣歧管的整體組成部分之一），而且還將定容催化轉換器也安裝在此處，重新定義了催化過程中的「緊耦合(close-couple)」概念。車輛的催化轉化器為了方便氧氣感測器的安裝而鑽了孔，名副其實地「坐」在發動機之上。這意味著，尾氣一旦離開轉化器，則將在此後通往後保杠雙排氣管路的道路上暢通無阻，不受任何組件的限制。
Rydzewski 表示，「Hot V」設計是「最有效的優化系統渦輪響應速度的方法」。
緊湊型雙渦管渦輪增壓器由三菱重工 (MHI) 提供，且具有電子廢氣門控制功能；通用汽車表示，這款渦輪增壓器採用了鋁鈦合金材料，重量只有鉻鎳鐵合金同類設計的一半，最高轉速可達 170,000 轉。渦輪增壓器的最大增壓範圍為 20 psi，液化中冷器的設計則最多可以協助每個氣缸組抑制 20 kW 的散發熱量，據稱最高可使進氣溫度降低 130 華氏度（54 攝氏度）。
Lee 補充說，在全新 V8 的研發中，協助發動機渦輪排出所產生的巨大熱量是最具挑戰性的任務之一。Lee 表示，「從一張白紙完全開始新的設計」可以讓我們採用新的熱量管理解決方案，讓 V8 一直維持在可接受的溫度範圍之內，特別是在發動機已經關閉但渦輪增壓器和催化器中仍存在大量熱量的一段時間內。Lee 表示，當發動機停止後，車輛的前冷卻風機將繼續循環發動機周圍的空氣，而可變流量水泵也將繼續泵送冷卻液，直至車輛的冷卻需求完全得到滿足。
緊湊安裝
Lee 表示，凱迪拉克新款 V8 發動機各氣缸之間的間距僅為 10 毫米（0.4 英寸），因此儘管排量達 4.2 L，但安裝尺寸卻比之前版本短 50 毫米（2 英寸）。各氣缸的內徑為 86 毫米，衝程為 90.2 毫米；Lee 表示，各氣缸間相對狹窄的安裝位置並不會限制氣缸本身的內徑。
這款 V8 的六螺栓主軸承氣缸體採用了 A319 鋁材料搭配壓入式鐵質內襯的設計，氣缸蓋採用了 Rotocast 的 356 鋁材，帶有 36 毫米進氣閥和 29 毫米的鈉填充排氣閥，曲軸和連桿均採用了鍛鋼材料。
重新設計的2019款凱迪拉克CT6 V-Sport 採用了Escala概念車的設計理念，並將採用全新設計的4.2L V8高性能版發動機。
節油措施
儘管 4.2 L V8 發動機項目的主要目標時優化性能，但這款發動機也採用了多種節能技術。
其中，最重要的是首次採用了一款專為通用 DOHC V8 發動機設計的主動燃料管理系統。在合適的條件下，該系統可以實現氣缸鈍化功能，即關閉發動機一側氣缸靠外的 2 個汽缸和另一側氣缸靠內的 2 個汽缸。在可變氣門正時系統中，排氣門最大張合角度為 55 度，進氣門的最大張合角度則為 70 度。此外，新型V8 還採用了一款新型 E86 發動機管理控制器，對各種發動機運行參數進行管理。
這款新發動機還採用了啟停裝置以提高節油效果，但 Lee 表示現在公布發動機的燃油經濟性數據還為時過早。
對於 2019 款 CT6 而言，無論採用何種版本的 V8 發動機，車輛均將配備通用汽車的 Hydra-Matic 10 速自動變速器、性能先決換擋/加速系統 (PAS / PAL) 及方向盤換檔控制系統。車輛採用了電子中控台選擇器設計，不再使用傳統的物理連接，因此可以騰出更大車內空間。
此外，這款 CT6 還會標配全輪驅動系統 (AWD)，更好地發揮 V8 發動機的強勁性能。AWD 分動箱將與發動機的鑄鋁油底殼進行整體安裝。
肯塔基州手工打造
凱迪拉克的最新 4.2 L V8 發動機將在通用汽車位於肯塔基州 Bowling Green 市的高性能生產中心 (Performance Build Center) 手工裝配而成。值得一提的是，這裡也是雪佛蘭 Corvette 及其搭配的多款手工打造發動機的組裝場地。
事實上，業內一直有傳言稱新一代 Corvette 可能會轉而採用全新的 V8 發動機，而非該車型長期使用的小型 OHV V8 發動機，甚至還有可能增加或直接轉向一種新的先進中型發動機車輛架構。新款凱迪拉克 V8 發動機的動力和扭矩「潛力」顯而易見，且對生產場地的安排也讓人充滿遐想——這款新型發動機是否會最終登陸雪佛蘭 Corvette 或其他凱迪拉克車型？
正如大家所料，通用汽車的動力總成工程師並未直接回應這種猜測，但的確表示新的凱迪拉克V8「可能是未來公司多個其他項目的基礎」，這意味著通用總工程師並未一口否認這種可能性。
作者：Bill Visnic
來源：SAE《汽車工程》雜誌
翻譯：SAE 中國辦公室
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