汽车电子报告

先进制造工程学院汽车电子报告专业机械设计制造及其自动化班级学生姓名学号指导教师郑太雄完成时间2015年12月简介D-4ST2.0T+发动机在新能源技术越来越广泛的应用在汽车之上，我们更多的关注到清洁能源的使用，诸如电动汽车、氢能源汽车等等都成了大家关注的热点。但是对于我们当下对于汽车性能更好、动力充足、油耗更低的要求来说，要将氢动力或是电动车大规模的应用到我们普通人的生活中，显然还有一段很长的路要走。所以我们希望能够在传统发动机的基础上做一些突破，让这些创新的技术应用在已经十分成熟的发动机技术上，让传统发动机更加适应我们随着时代发展所对于汽车越来越高的要求。这就是我想介绍D-4ST2.0T发动机的原因。D-4ST2.0T+（科技+、动力+、舒适+、可靠+）双涡管涡轮增压发动机，为了实现四“+”它采用了诸多先进技术，其中就包括“四双”即双喷射、双涡管、双循环、双VVT-i(W)等系统。双喷射技术全新皇冠首次采用D-4ST双喷射系统，顾名思义其采用的是缸内直喷和歧管喷射两种模式相结合的设计。其目的就是要压榨每一滴燃油来提升效率，将节油与动力均发挥到极致。现行发动机采用的喷油系统无非就是进气歧管喷油和缸内直喷两种。其中缸内直喷被“公认”为是很拽的技术，为什么呢？因为缸内直喷将汽油喷至气缸内，可以令喷油量得到更为精确的控制，有效增大升功率。举个例子，就像一个人生病了，如果选择静脉注射的话，药物将直达病理，病情好转的会非常快，这就相当于缸内直喷的精确性；若选择口服药物，那就是进气歧管喷射，药物吸收会耗时长一些。不过大家都知道一个常理，能吃药就不打针，同理这缸内直喷也并非是无敌的，在冷启动时它的油气混合效率比进气歧管喷油低，热机速度慢，而且没有了进气道的燃油润洗，复杂工况下也更容易产生积炭。至于这么拽的技术怎么就出现了这样的BUG，我们就不去操心了，因为自有工程师们去解决。丰田的工程师们在其旗舰产品全新第14代皇冠身上可谓下尽功夫，结果也不负众望，成功推出了双喷射系统，是目前很少一部分高端机采用的喷油方式。那么这套D-4ST双喷射系统是怎么工作的呢？它并不是简单的相互切换，而是根据发动机运行状况、油门踏板变化等让两种喷射形式更复杂的配合工作。比如在冷启动、怠速或者低负荷状态下，这套系统会使用单歧管喷射；跑起来后，在高负荷急加速的情况下，则由缸内喷射完全接管。而在复杂用车环境中或中等负荷时，两套喷射系统将协同工作，实现分层燃烧、均质燃烧的效果，令发动机的最大热效率可达36%（一般发动机热效率在30%～35%左右），体现在全新皇冠身上，百公里油耗仅7.4L的表现足可以令很多人惊呆了。有了D-4ST，全新皇冠D-4ST2.0T+发动机在各个转速下动力输出与响应都非常优秀，其最大功率达到了173Kw，峰值扭矩则为350Nm，超越大多数同型车。不仅如此，丰田的工程师们经过努力，还同时避免了直喷发动机的积炭、产生过多氮氧化合物等问题，这对于发动机的耐久性、维修保养，环保排放等也是最大的福音。双涡管技术单涡轮双涡管技术也是丰田首次采用，相比于单涡管增加了一条废气通道，此举看似简单，却让排气更加顺畅、泵气损失更少，从而发挥更强的增压效果。相信很多人选择涡轮增压发动机，都是看中它强劲的动力，踩下油门后带来的推背感。不过，涡轮启动需要排气量达到一定水平，这也就是常说的涡轮迟滞效应，可惜的是单涡管产生的排气干涉会加重这种涡轮迟滞。单涡轮单涡管，它推动涡轮的方式非常简单，就是将所有气缸的排气管集合到一起，来汇集废气。众所周知，四缸发动机的点火、排气顺序一般为1-3-4-2缸，点火间隔相邻的两个气缸（1、3缸），如果排气管相通极易产生排气干扰。而排气干扰后很容易减弱涡轮增压器的效果，这也是为什么说它会加重涡轮迟滞。鉴于点火间隔相邻的两个气缸易产生排气干扰，双涡管技术则是将4个气缸的排气歧管分成了1、4和2、3两组。当4个气缸轮流排气时，两条涡管轮流排出废气，有效隔绝了废气之间的干扰，从而使排气更顺畅，涡轮介入更灵敏，增压效果更好。在采用双涡管技术的同时，全新皇冠D-4ST2.0T+发动机还将涡轮叶片进行了轻量化设计，既减少了轴承的机械摩擦又提升了响应性能。此外，电控废气旁通阀（WGV）的应用，可以减少泵气损失，实现更好的燃油经济性；采用的电控进气旁通阀（ABV）则大幅降低了噪音的产生。由于设计、成本等原因，单涡轮双涡管增压系统应用的并不广泛，而全新皇冠D-4ST2.0T+发动机还在世界上首次采用了4→2缸盖一体式排气歧管和双涡流增压技术的组合方式。将排气歧管集成在缸盖内，可令发动机布局更紧凑，另外在排气歧管周围套上水套，还可以优化发动机热管理。因为，冷启动时完全可以“近水楼台先得月”地充分利用废气热量，减少热机时间；另外，水道在重负荷下可以帮助废气降温，从而降低涡轮的热负荷，起到水冷式中冷器的效果，进一步提高涡轮低速的反应。当D-4ST2.0T+发动机几乎在你踩下油门的同时，涡轮便开始介入，有效缓解低速时的迟滞性，平顺度可以和自然吸气发动机相媲美。另外发动机峰值扭矩的爆发更早。一个非常直观的数据：全新皇冠百公里加速仅需7.7秒，要知道，以“运动、暴力”著称的一汽丰田锐志3.0L、V6的百公里加速遇到全新皇冠D-4ST2.0T+双涡管涡轮增压发动机也要退避三舍，自愧不如。D-4ST2.0T+发动机的最高功率为173kW，最大扭矩为350Nm，这是大概相当于3.5L自然吸气发动机的数据表现。同时在1600转左右就可爆发，至4500转左右仍可保持恒定的最大扭矩输出，所以这款发动机拥有更宽幅的高扭矩区间，这样无论在起步加速，还是在高速行驶中，车辆都可获得源源不断的澎湃动力。双循环技术+双VVT-i（W）技术丰田首次搭载VVT-iW智能广角可变气门正时进气系统，这也是这款“四双”发动机中双VVT-i（W）很值得称道的地方。因为它可使全新皇冠D-4ST2.0T+发动机实现超高的进排气效率，使车辆动力更强劲，油耗达到同级领先。不仅如此，其中这个相当于VVT-i可变气门正时技术升级版的VVT-iW，其可变气门正时从油压控制改为更加精确的电控，正时角度的可变范围扩大，能够更好地控制进气时机与进气量，保证了各个转速范围内的大扭矩输出。也正是因为它的使用，实现了奥托循环和阿特金森循环两种工作模式的自由切换，十分智能。四冲程发动机采用的就是奥托循环，在工作过程中经历吸气、压缩、膨胀做功和排气四个行程的循环。目前市场上99.9％以上车型配备的发动机均采用这个技术。而阿特金森循环，是基于奥托循环而来。只不过相比奥托循环，阿特金森循环以往通过一系列特殊的连杆结构，使得发动机的膨胀比大于压缩比，从而改善了发动机的进气效率和工作效率。从阿特金森循环的工作原理可以知道，其最直接的正面效果就是提高发动机的工作效率，从而使得发动机的燃油经济性更好。当然采用阿特金森循环的发动机也有一定的劣势，那就是同等排量下，相比采用奥托循环的发动机，其动力性能方面会稍逊一点。同时在低速和加速的时候，动力表现也比较差。但也正因为阿特金森循环的油耗更低，所以不少厂家都在混合动力车型上使用阿特金森循环发动机。至于阿特金森循环发动机低扭和加速性能差的缺点，在混合动力车型上就无需担心，因为有电动机的辅助则被弱化了，反正厂家最根本的目的就是要省油。形象点说吧，如果把一名田径运动员比作发动机，那么运动员参加马拉松比赛的呼吸节奏就像是阿特金森循环，保存体力，跑得更远；如果参加的是短途冲刺比赛，那运动员的呼吸节奏就是奥托循环，更讲求power。其实大家可以发现这两种不同比赛，运动员的呼吸节奏是很不同的，这是他们根据比赛需求来调整的。其实人是可以很轻易来调整呼吸节奏的变化，可要是发动机像人那般也能轻易调整进排气的时机和节奏，将阿特金森和奥托循环结合在一起，那就完美地兼顾到动力和油耗。这其中的奥秘就在发动机的可变正时气门机构当中。一汽丰田皇冠的D-4ST2.0T发动机采用的是丰田最新研发的VVT-iW可变正时气门技术，相比以往的VVT-i可变正时气门技术，丰田通过在原有的机构上增加了一组活动组件，使得气门角度的可调节范围从原来的54°增加到80°，从而实现了对气门更大范围和更加精准的控制。这就成功让2.0T发动机可以根据不同工况选择两种循环方式，确保发动机工作效率和燃油经济性都达到很好得水准。直白点说，皇冠的D-4ST2.0T发动机使用双循环技术之后，就好比是一名全能的田径选手，既能参加短途冲刺赛，又能参加马拉松比赛。通过对全新皇冠D-4ST2.0T+发动机的了解，我们可以发现在传统成熟技术上寻求突破，同样可以解决一些我们所面临的现实问题。同时，这种不算颠覆的技术创新更加容易的应用到我们日常的生活中来。用这些技术创新改善我们的生活。