面向2030年2.0T汽油机技术发展趋势研究

2020年9月，中国发布双碳战略目标——力争2030年前CO2排放达到峰值，并努力争取2060年前实现碳中和目标。为实现上述目标，中国汽车产业必须实现绿色转型，必须实现能源结构转型与全生命周期降碳。其中能源结构转型驱使动力系统向低碳化、零碳化、高效化方向发展，“低碳”是未来汽车动力系统发展的核心，其中混动化PHEV、HEV动力组合是汽车企业实现低碳目标的一条关键路径。

为适应低碳化和混动化的发展，作为传统动力的汽油机需要进一步技术升级，以满足PHEV、HEV等车型的使用需要。2.0L汽油发动机作为混动B、C级车型的主要动力，是各车企核心的动力产品，其产品和技术仍需进一步升级完善和充分挖掘。

本文将“扫描”国内外汽车厂商的2.0T发动机，包括国内各个主流车厂，以及国外丰田、大众、奔驰、宝马等公司现有和待上市的2.0T汽油机产品，并展望2.0T汽油机的进一步发展方向和技术趋势。

现有2.0T发动机主要技术路线分析

2.1 广汽2.0T发动机

广汽第三代2.0TGDI发动机2020年投产，目前主要搭载GA8车型，该发动机采用了GCCS（高滚流）燃烧室，低温冷却EGR、智能热管理系统、双流道涡轮增压器及可变排量机油泵等技术，发动机最大功率185kW、最大扭矩390 N·m，最高热效率40.23%。

广汽第四代2.0TGDI发动机——2.0ATK为混动专用发动机，匹配广汽第二代G-MC机电耦合系统。该发动机2022年投产，主要搭载影豹混动版车型。该发动机在其三代机的基础上依旧采用了高滚流燃烧室、低温冷却EGR（外置式EGR，（废气再循环技术））、智能热管理系统并采用阿特金森循环，15.6超高压缩比和350bar高压直喷系统，整机低摩擦与轻量化设计，采用全可变排量机油泵、低张力活塞环、凸轮轴滚动轴承、DLC涂层等技术，从而实现了42.10%有效热效率，发动机最大功率105kW、最大扭矩180N·m。

2.0ATK发动机在机械结构与燃烧方案对混动车型针对性的开发，通过燃烧系统与结构设计优化，进而获得更高的热效率与整车综合效率，其热效率达到42.10%（2020年9月21日，中汽中心认证），在保持动力指标不变的情况下，可实现更低的油耗。

2.2 奇瑞2.0T发动机

奇瑞2.0T发动机2021年投产，主要搭载星途揽月2022款车型。该发动机采用了米勒循环、第二代智效燃烧系统、350bar直喷系统、双流道+电控泄压阀涡轮增压器、可变排量机油泵、双平衡轴以及缸盖集成排气管、CVVT气门正时调节等技术。其“鱼肚型”进气道、mask燃烧室以及滚流保持型活塞能让缸内充气效率更高，在结合350bar直喷系统后，油气混合更加充分，燃烧更加彻底，发动机最大输出扭矩400N·m，最大功率192kW，发动机热效率为38.0%。

2.3长安4N20 2.0T发动机

长安第二代蓝鲸2.0T发动机2021年投产，主要搭载CS75PLUS 2022款车型。该发动机采用了进排气连续可变气门正时系统、高压缩比、米勒循环、350bar直喷系统、可变排量油泵、水冷中冷器、正时链条、双流道涡轮增压器、排气歧管集成到了缸盖内部等主要技术路线，发动机动力性指标为171kW/390N·m，发动机热效率为40.2%。

依托第二代蓝鲸2.0T发动机，长安正在开发蓝鲸iDD2.0T混动专用发动机，采用350bar直喷系统、米勒循环、EGR等技术，进一步提高S/B和CR（压缩比），减少机械摩擦及热损失；采用稀薄燃烧、先进点火等技术，进一步降低热损失，发动机热效率计划达成45%；配合WHRS（废热回收系统）等技术应用，发动机具备达成50%热效率的潜力。

2.4长城2.0T发动机

长城4N20A发动机2020年投产，主要搭载H6等车型。该发动机采用了350bar直喷系统、米勒循环、高压缩比、双流道涡壳、电控废气阀、电子水泵、缸盖集成排气歧管、两段式VVL、静音链正时链条等先进技术，采用低张力+DLC涂层低摩擦技术，发动机动力性指标为180kW/385N·m，发动机热效率高达38.3%。

长城汽车正在开发2.0T高效率混动专用发动机，采用米勒循环、350bar直喷系统、被动预燃烧室、VGT增压器、水冷中冷器、低压EGR、低摩擦、轻量化等技术，发动机动力性指标为160kW/340N·m，发动机热效率高达43%，搭载长城柠檬混动平台，预计2023年发动机实现量产。

基于发动机热效率的进一步提升，在上述新技术基础上，长城还进行进排气道优化、超高效率增压系统、高效率冷却EGR等技术开发应用，同步开展主动预燃室、稀薄燃烧等技术预研开发，发动机热效率达45%，该发动机预计2025年实现量产。

2.5吉利2.0T发动机

吉利4G20TDB 2.0T发动机2019年投产，主要搭载星越等车型。吉利全新SUV星越L全系搭载沃尔沃Drive-E 2.0TD发动机，Drive-E 2.0TD中置直喷涡轮增压发动机提供2.0TD-T4 EVO和2.0TD-T5两款，最大功率分别为160kW和175kW，峰值扭矩分别为325N·m和350N·m，该发动机采用全铝材质，在轻量化、低油耗、NVH等方面有着显著优势，均配备了小惯量涡轮增压器，并有超增压模式，缸内直喷，连续可变气门正时等技术，可在1800r/min达到最大扭矩平台。

T6双增压方案：Drive E全部采用相同的全铝缸体设计，气缸规格、气缸间距以及冷却水道等均保持一致，但外围的配气增压模块、供油模块、冷却润滑模块等会根据版本不同有所差异。其中最具代表的就是采用“机械+涡轮”双增压的T6版本，其最大功率达到了225 kW，峰值扭矩400N·m。

2.6红旗2.0T发动机

红旗CA4GC20TD涡轮增压直喷发动机2020年投产，主要搭载红旗H9等车型。该发动机采用博世最新一代350bar直喷系统、全MAP智能热管理技术、高压缩比米勒循环技术、双流道涡轮增压器、两阶可变排量智能控制机油泵、智能可变气门正时技术、集成式双平衡轴等先进设计，采用超低摩擦节能技术，采用低弹力环、低刚度气门弹簧、类金刚石碳膜涂层超低摩擦技术、二阶可变机油泵等创新工艺与前瞻设计，降低了整机机械摩擦损失。发动机动力性指标为180kW/380N·m，发动机热效率达39%。

2.7奥迪EA888 2.0T发动机

奥迪第三代EA888 2.0T发动机2021年投产，主要搭载奥迪Q5L等车型。该发动机采用了双喷射系统、米勒循环，即SRE进气歧管燃油喷射和TSI缸内直接喷射，进气可变气门正时和AVS气门升程可调技术，水冷涡轮增压技术、进气歧管翻板、可变排量机油泵、双对旋平衡轴、高集成度气缸盖、智能热管理系统等技术。2.0T低功率发动机最大功率140kW、最大扭矩320N·m，2.0T高功率发动机最大功率185kW，最大扭矩370N·m，发动机热效率为38%。

大众集团同步规划将EA211及EA888发动机进行模块化生产。对于第五代EA888发动机，将采用集成VTG涡轮+米勒循环等技术，并将燃油喷射压力提升到500bar，能够达到燃油雾化效果更佳。对于在第四代发动机上增加的电子温控管理系统，第五代产品通过升级后会更恒温。

2.8宝马B48B20G 2.0T发动机

宝马B48B20G 2.0T发动机2021年投产，主要搭载X5等车型。该发动 机采用6孔中置直喷的喷油方案，喷油压力350bar，同时还将点火系统升级为42kV，采用重新设计的Valvetronic连续可变气门正时和升程装置、Double Vanos进排气门可变正时系统、双涡管增压器、缸盖集成排气管、LDS（高耐磨高导热性）涂层气缸壁、双平衡轴减震、采用了传统的机械水泵的冷却系统、并入了热管理模块增加旋转滑阀式电子节温器等。发动机动力性指标为180kW/400N·m，发动机热效率为38%。

2.9奔驰M264 2.0T发动机

奔驰M264 2.0T发动机采用了48V微混系统，发动机2018年投产。主要搭载E350L等车型。采用NANOSLIDE气缸涂层技术和CONICSHAPE气缸珩磨工艺，压电式喷油器、350bar喷油压力及CAMTRONIC可变气门升程、电动涡轮增压器、内置涡轮中冷器等技术，通过气门正时调整可以在阿特金森循环和奥托循环之间快速转换，发动机最大功率190kW，最大扭矩370N·m，发动机热效率为38%。

奔驰全新M254发动机是在M264发动机基础上的升级，M254最大的特点仍然是48V轻混系统，采用P2布局结构，即电机系统布局在发动机和变速箱之间；M254发动机取消了发动机的曲轴皮带轮以及皮带部件，发动机系统接近插电式混合动力系统。

2.10 丰田D-4ST 2.0T发动机

丰田D-4ST 2.0T发动机2020年投产，主要搭载汉兰达等车型。D-4ST 2.0T发动机采用双喷射（缸内直喷+进气歧管喷射）、双循环（奥拓循环和阿特金循环）、双涡管（排气歧管侧设计双涡管）技术及可变气门正时-智能加宽（VVT-iW）控制系统、水冷式中冷器、缸盖集成排气歧管等技术。发动机最大功率162kW，最大扭矩350N·m，发动机热效率为38%。

丰田全新S20A 2.0T发动机采用中置喷油嘴技术和350 bar高压喷射技术，发动机的活塞环采用DLC类金刚石涂层，降低摩擦、提升效率，S20A发动机最大功率为182kW，预计搭载第四代汉兰达车型。

2.11 本田K20C3 2.0T发动机

本田K20C3 2.0T发动机2020年投产，主要搭载冠道等车型。采用了高滚流气道，利用VTEC两级气门升程可变系统和进排气正时可变的系统来实现汽缸内部EGR，并通过进气门晚关燃烧策略让发动机工况更贴近阿特金森循环，从而优化油耗。K20C3采用单流道大涡轮的设计思路，发动机采用传统的侧置喷油器直喷系统；配备双平衡轴，发动机运转更平顺、更安静；采用小惯量涡轮增压器，有效抑制涡轮迟滞，低转速下也能保证积极的动力响应；发动机进气管上配备了进气谐振腔，进一步降低进气时所产生的噪音；结合高滚流气道设计与特殊的活塞头部设计，实现更好的油气混合和低排放。发动机最大功率200kW，最大扭矩370N·m，发动机热效率为36.6%。

从上述分析中可以看出，目前已经量产的汽油机主要采用了缸内直喷增压、350bar燃油喷射系统、米勒循环、可变气门正时、可变排量机油泵、智能热管理系统及双平衡轴等关键技术路线，发动机升功率为90-95kW/L、升扭矩为185-195N·m/L，发动机热效率为38%左右。

2030年2.0T汽油机技术发展趋势

国内主机厂正在开发的混动专用发动机，主要采取了米勒循环或阿特金森循环、350bar燃油喷射系统、高滚流气道、超高压缩比、涡轮增压、VVL（可变气门升程）、低温冷却EGR、智能热管理、低摩擦等技术路线，发动机升功率为55-70kW/L、升扭矩为90-130N·m/L，发动机热效率为40%-42%。广汽第四代2.0TGDI发动机—2.0ATK混动专用发动机已经量产，匹配影酷车型即将上市。

以宝马、奔驰和奥迪为代表的欧洲厂商主导推进了48V轻混系统的应用和推广。目前已量产的奔驰C级和E级、宝马3系和5系、奥迪A6L和A8L等相关车型均有搭载48V轻混系统的配置。同时，奔驰、宝马、大众的PHEV插电混动系统，都是P2架构的经典代表，奔驰E350 PHEV车型搭载M274/920 2.0T发动机最大功率155kW、最大扭矩350N·m，宝马5系535Le PHEV车型搭载B48B20C 2.0T发动机最大功率135kW、最大扭矩270N·m，奥迪A6L PHEV车型搭载EA888 2.0T发动机最大功率185kW、最大扭矩370N·m。PHEV插电式混合动力的优势较多，不仅具有电动汽车的平顺性和便利性，还具备燃油汽车的续航和补能优势。

根据节能减排的要求，传统动力总成向高效化、混动化方向发展，在动力性不变或略微下降的情况下，汽油机热效率将进一步提升。

2025年为达到45%的热效率，未来主要围绕高效新型燃烧相关的技术路线进行发展。通过优化结构设计，采用深度米勒循环、稀薄燃烧、高压缩比、VGT、EGR等技术，进一步降低热损失，达成45%热效率；在45%热效率技术路线基础上，采用超稀薄燃烧、超高压缩比、超高压喷射系统、WHRS（废热回收系统）等技术，2030年发动机热效率预计达成50%。

（1）加快燃烧速度、提高等容度、减少散热损失，同时抑制爆震，是提高汽油机热功转化效率的有效手段。预燃室射流点火能提高燃烧速度、抑制爆震、扩展稀燃极限，是未来超高热效率发动机有希望应用的技术之一。

（2）基于高滚流比燃烧室和高能点火系统，实现高比例EGR燃烧，绝热和热量进一步回收，是发展趋势之一。

（3）为实现发动机指示热效率提升至51%，吉利汽车提出了一种先进的精准射流点火系统概念， GAPJIS (Geely Advanced Precise Jet Ignition System)，通过先进的点火技术配合超高压缩比、长冲程技术，实现发动机的超稀薄燃烧。

（4）通过采用直道式进气口、气门重叠角扩大、阿特金森循环扩大等技术方案降低泵气损失。

参考文献

[1] 乘用车动力总成专业委员会成立大会资料.中国内燃机工业协会, 2020, 宁波.

[2] 第九届中国国际汽车动力总成峰会资料.2021,上海.

[3] 刘耀东,宫艳峰,李金成,陈海娥.汽油机45%-50%热效率的技术发展研究[J].汽车文摘,2019(7):22-26.

[4] 吉利发动机前瞻技术开发实现51%热效率[EB/OL].盖世汽车网,2021-05-10.

来源：《产品安全与召回》杂志2023年第4期，转载请标明来源。