浅谈汽车发动机新技术

浅谈汽车发动机新技术1汽车的发动机的发展状况1.1汽车发动机的原理发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。其功用是将液体或气体的化学能通过燃烧后转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。简单的说，发动机就是一个能量转换机构，即将汽油柴油或天然气的热能，通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀，推动活塞做功，转变为机械能，这是发动机最基本的原理。1.2汽车发动机的组成由于发动机的工作原理相似，基本结构也就大同小异。汽油发动机通常是两大机构五大系统组成，柴油发动机通常是由两大机构四大系统组成（无点火系）。发动机总成：曲柄连杆机构——实现热能转换的核心，也是发动机的装配基础。配气机构——保证气缸适时换气。燃料系——控制每循环投入气缸燃油的数量，以调节发动机的输出功率和转速。冷却系——控制发动机的正常工作温度。润滑系——减少摩擦力，延长发动机的使用寿命。点火系——适时地向汽油发动机提供电火花（柴油发动机无点火系）起动系——使曲轴旋转完成发动机起动过程。1.3汽车发动机技术的进展1.汽油机之前的摸索阶段，18世纪中叶，瓦特发明了蒸气机，此后人们开始设想把蒸汽机装到车子上载人。2.1858年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机，并于1860年申请了专利。发动机用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽，使用电池和感应线圈产生电火花，用电火花将混合气点燃爆发。3.四冲程发动机其实早就由德国人奥托研制出来了。但应用的汽车上不得不提戴姆勒，他由于协助奥托研制四冲程发动机的原因而成为了第一个将四冲程发动机装上汽车的人。4.化油器最早诞生于1892年，化油器已经分为五部分：主供油系统、起动系统、怠速系统、大负荷加浓系统（省油器）和加速系统。五部分的作用在于：根据发动机在不同情况下的需要，将汽油气化，并与空气按一定比例混合成可燃混合气，及时适量进入气缸。5.电喷提供最早出现于1967年，由德国保时捷公司研制的D型电子喷射装置，随后被用在大众等德系轿车上。这种装置是以进气管里面的压力做参数，但是它与化油器相比，仍然存在结构复杂，成本高，不稳定的缺点。针对这些缺点，波许公司又开发了一种称为L型电子控制汽油喷射装置，它以进气管内的空气流量做参数，可以直接按照进气流量与发动机转速的关系确定进气量，据此喷射出相应的汽油。6.缸内直喷发动机，当欧美厂商意识到电喷技术的研发已经进入瓶颈期，于是缸内直喷技术成为了各大厂商的主攻方向。目前市场上备受关注的缸内直喷发动机包括：奥迪FSI缸内直喷发动机、凯迪拉克SIDI双模直喷发动机。与电喷发动机相比，缸内直喷发动机的喷油嘴被移到了汽缸内部，因此缸内油气的量不会受气门开合的影响，而是直接由电脑自动决定喷油时机与份量，至于气门则仅掌管空气的进入时程，两者则是在进入到汽缸内才进行混合的动作。由于油、气的混合空间、时间都相当短暂，因此缸内直喷系统必须依靠高压将燃油从喷油嘴压入汽缸，以达到高度雾化的效果，从而更好的进行油气混合。7.CVVT：连续可变的气门正时系统、VVT-i：智能可变配气正时系统、FSI缸5内直喷分层燃烧引擎、MDS：可变排量发动机、发动机涡轮增压技术等现代技术的发展。2汽车发动机的新技术2.1汽车发动机缸内直喷技术汽车发动机缸内直喷技术就是现在大家耳熟能详的VTEC机构：一般发动机每缸气门组只由一组凸轮驱动，而VTEC系统的发动机却有中低速用和高速用两组不同的气门驱动凸轮，并可通过电子控制系统的自动操纵，进行自动转换。采用VTEC系统，保证了发动机中低速与高速不同的配气相位及进气量的要求，使发动机无论在何速率运转都达到动力性、经济性与低排放的统一和极佳状态。需要说明的是，发动机可采用可变配气定时技术获得上述好处的同时，没有任何负面影响，换句话说就是没有对发动机的工作强度提出更高的要求。VTEC的设计就好像采用了两根不同的凸轮轴似的，一根用于低转速，一根用于高转速，但是VTEC发动机的不同之处就在于将这样两种不同的凸轮轴设计在了一根凸轮轴上。本田发动机进气凸轮轴中，除了原有控制两个气门的一对凸轮（主凸轮和次凸轮）和一对摇臂（主摇臂和次摇臂）外，还增加了一个较高的中间凸轮和相应的摇臂（中间摇臂），三根摇臂内部装有由液压控制移动的小活塞。2.2汽车可变配气正时技术在发动机低速时，小活塞在原位置上，三根摇臂分离，主凸轮和次凸轮分别推动主摇臂和次摇臂，控制两个进气门的开闭，气门升量较少，情形好像普通的发动机。虽然中间凸轮也推动中间摇臂，但由于摇臂之间已分离，其它两根摇臂不受它的控制，所以不会影响气门的开闭状态。发动机达到某一个设定的高转速时，电脑即会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞，使三根摇臂锁成一体，一起由中间凸轮c驱动，由于中间凸轮比其它凸轮都高，升程大，所以进气门开启时间延长，升程也增大了。当发动机转速降低到某一个设定的低转速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂分开。整个VTEC系统由发动机电子控制单元（ECU）控制，ECU接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、水温等）的参数并进行处理，输出相应的控制信号，通6过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间，这就是汽车可变配气正时技术。2.3稀燃发动机技术稀燃发动机技术的发展，采用立式吸气口方式，从气缸盖的上方吸气的独特方式产生强大的下沉气流。这种下沉气流在弯曲顶面活塞附近得到加强并在气缸内形成纵向涡旋转流。在高压旋转喷注器的作用下，压缩过程后期被直接喷注进气缸内的燃料形成浓密的喷雾，喷雾在弯曲顶面活塞的顶面空间中不是扩散而是气化。（1）提高压缩比，采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进使缸内形成较强的空气运动旋流，提高气流速度；将火花塞置于燃烧室中央，缩短点火距离；提高压缩比至13：1左右，促使燃烧速度加快。（2）分层燃烧，如果稀燃技术的混合比达到25：1以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到12：1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。为了提高燃烧的稳定性，降低氮氧化物，现在采用燃油喷射定时与分段喷射技术，即将喷油分成两个阶段，进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部随后在缸内均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四周被点燃，实现分层燃烧。（3）高能点火，高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的。3汽车发动机新技术的综合应用3.1汽车发动机缸内直喷技术的应用大众汽车FSI汽油直喷技术是直喷式汽油发动机领域的一项创新的革命性技术。想要了解大众的造车理念，我们首先来了解一下它杰出的FSI汽油直喷技术。FSI技术与普通发机供油最大的不同是：一个做功循环内，两次供6CB9。第一7次喷油在吸气冲程开始喷入部分的油，让汽油跟空气充分混合，另一次是在压缩冲程的末尾活塞接近上止点时再喷入部份汽油，让火花塞周围形成较浓混合气，利于点火。而活塞顶部的凹陷，则让进气在整个时间内一直成为强烈的涡流，利于混合气的充分混合及气化。由于第二次注油时接近压缩冲程结束，气缸内压力很高。此时，普通的喷油压力对付不了。直喷式汽油发动机需要采用类似于直喷式涡轮柴油发动机的技术，通过一个活塞泵提供所需的100巴以上的压力，将燃料准确提供给位于汽缸内的电磁喷射器。为了实现汽油直接喷射，喷油嘴的位置由原来的进气歧管处直接安在了燃烧室的上方，同时，高压电磁喷油嘴将燃油喷射时间要控制在几千分之一秒内。不要小瞧这一点小小的变动，这种技术在输出更大的功率和扭矩的同时，提高了燃油经济性并且减少了排放。这点小小改动的同时，是对工艺和材料更高的要求。3.2汽车发动机可变配气正时技术的应用可变配气技术，从大类上分，包括可变气门正时和可变气门行程两大类，有些发动机只匹配可变气门正时，如丰田的VVT-i发动机；有些发动机只匹配了可变气门行程，如本田的VTEC；有些发动机既匹配的可变气门正时又匹配的可变气门行程，如丰田的VVTL-i，本田的i-VTEC。VTEC的设计就好像采用了两根不同的凸轮轴似的，一根用于低转速，一根用于高转速，但是VTEC发动机的不同之处就在于将这样两种不同的凸轮轴设计在了一根凸轮轴上。本田发动机进气凸轮轴中，除了原有控制两个气门的一对凸轮（主凸轮和次凸轮）和一对摇臂（主摇臂和次摇臂）外，还增加了一个较高的中间凸轮和相应的摇臂（中间摇臂），三根摇臂内部装有由液压控制移动的小活塞。发动机低速时，小活塞在原位置上，三根摇臂分离，主凸轮和次凸轮分别推动主摇臂和次摇臂，控制两个进气门的开闭，气门升量较少，情形好像普通的发动机。中间凸轮也推动中间摇臂，但由于摇臂之间已分离，其它两根摇臂不受它的控制，所以不会影响气门的开闭状态。发动机达到某一个设定的高转速时，电脑即会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞，使三根摇臂锁成一体，一起由中间凸轮c驱动，由于中间凸轮比其它凸轮都高，升程大，所以进气门开启时间延长，8升程也增大了。当发动机转速降低到某一个设定的低转速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂分开。整个VTEC系统由发动机电子控制单元（ECU）控制，ECU接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、水温等）的参数并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间。3.3汽车稀燃发动机的技术的应用系统根据车辆所处的不同行驶状况，利用DBW电子线控系统对节流阀进行控制，对两个进气门其中一个的关闭时机进行管理，当车辆处于巡航行驶等低负荷状态时，控制减少泵气损失，当车辆处于起步、加速等需要高输出功率和大扭矩时，通过控制使进气效率最大化。这样，当车辆在低负荷行驶时，由于泵气损失导致能效恶化的情况得到大幅度改善，由此实现了高扭矩的强劲行驶，同时达到了1.8升汽油发动机全球最低的油耗水平。特别是在定速巡航行驶时，其燃油经济性能与1.5升汽油发动机基本相同。通过延缓进气门的关闭时机，降低泵气损失，降低定速巡航行驶时的油耗。延缓进气门的关闭时机，使其在压缩行程开始一段时间之后关闭，让吸入气缸内的一部分混合气体重新返回进气管中。这样，即使不关小节流阀，也可以限制进气量。进气阻力的降低，最高可以减少16的泵气损耗，从而提高了能源效率，通过节流阀开放程度大小、车速、发动机转速以及齿轮状态等检测车辆的行驶状况，对气门的开关时机进行智能化控制。对气门开关时机控制是通过同步活塞对位于进气一侧的怠速/加速摇臂和定位巡航行驶摇臂进行连接和分离操作实现的。同步活塞的连接/分离操作中使用了可以在低转速区进行切换的油压回路。这就是发动机的稀燃控制方案。4汽车发动机新技术对发动机综合性能的影响和作用4.1汽车发动机新技术对发动机综合性能的影响和作用由于石油是化工燃料，总有被采尽的一天，那么未来的发动机供求矛盾会随着石油燃料的枯竭而退出历史舞台吗这是人们普遍关心的大问题。应该说，这种担心是合理的。但根据目前的资料显示，全球的石油资源至少在未来的40～50年内还不会出现完全枯竭的情况。但是50年后，情况就不好说了。当然，随着人类对全球资源的进一步调查，还会发现一些过去没有勘探到的资源。不过目前仍以石油作为汽车发动机主要燃料。在对能源和环保要求日趋严格的今天，即使是多点燃油喷射这样的技术也不能满足人们的要求了，于是更为精确的燃油喷射技术诞生，那就是缸内直喷技术。与那些把汽油喷入进气歧管的发动机相比，FSI发动机的主要优势有：动态响应好，功率和扭矩可以同时提升，燃油消耗降低。发动机可变气门正时技术VVTVariableValveTiming是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种，发动机采用可变气门正时技术可以提高进气充量，使充量系数增加，发动机的扭矩和功率可以得到进一步的提高。整个VTEC系统由发动机电脑