最新发动机的发展技术

最新发动机的发展技术1.柴油机新技术笨重、噪音大、喷黑烟，令许多人对柴油机的直观印象不佳，加上柴油机的构造比较复杂，不少人对柴油机缺乏了解，尤其对现代先进的柴油机缺乏了解，因此柴油机汽车在一些城市成了“被限制的对象”，受到种种歧视。其实经过多年的研究和新技术应用，现代柴油机的现状已与往日不可同喻。现代先进的汽车柴油机一般采用电控喷射、共轨、涡轮增压中冷等技术，在重量、噪音、烟度等方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。目前国外轻型汽车用柴油机日益普遍，奔驰、大众、宝马、雷诺、沃尔沃等欧洲名牌车都有采用柴油发动机的车型。在电控喷射方面柴油机与汽油机的主要差别是，汽油机的电控喷射系统只是控制空燃比（汽油与空气的比例），柴油机的电控喷射系统则是通过控制喷油时间来调节输出的大小，而柴油机喷油控制是由发动机的转速和加速踏板位置（油门拉杆位置）来决定的。因此，基本工作原理是计算机根据转速传感器和油门位置传感器的输入信号，首先计算出基本喷油量，然后根据水温、进气温度、进气压力等传感器的信号进行修正，再与来自控制套位置传感器的信号进行反馈修正，确定最佳喷油量的。电控柴油喷射系统由传感器、ECU（计算机）和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、温度、压力等传感器，将实时检测的参数同步输入计算机，与巳储存的参数值进行比较，经过处理计算按照最佳值对喷油泵、废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，驱动喷油系统，使柴油机运作状态达到最佳。什么是共轨技术,为什么要采用共轨技术呢?在汽车柴油机中，高速运转使柴油喷射过程的时间只有千分之几秒，实验证明，在喷射过程中高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的。由于柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动，使实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在主喷射之后，使高压油管内的压力再次上升，达到令喷油器的针阀开启的压力，将已经关闭的针阀又重新打开产生二次喷油现象，由于二次喷油不可能完全燃烧，于是增加了烟度和碳氢化合物（HC）的排放量，油耗增加。此外，每次喷射循环后高压油管内的残压都会发生变化，随之引起不稳定的喷射，尤其在低转速区域容易产生上述现象，严重时不仅喷油不均匀，而且会发生间歇性不喷射现象。为了解决柴油机这个燃油压力变化的缺陷，现代柴油机采用了一种称为“共轨”的技术。共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。柴油机的涡轮增压器已作过介绍。至于增压中冷技术就是当涡轮增压器将新鲜空气压缩经中段冷却器冷却，然后经进气歧管、进气门流至汽缸燃烧室。有效的中冷技术可使增压温度下降到50℃以下，有助于减少废气的排放和提高燃油经济性。(2000.8.31)2.涡轮增压器参加竞赛的跑车或方程式赛车一般在发动机上装有涡轮增压器，以使汽车迸发出更大的功率。发动机是靠燃料在气缸内燃烧作功来产生功率的，输入的燃料量受到吸入气缸内空气量的限制，所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入气缸来增加燃料量，提高燃烧作功能力。在目前的技术条件下，涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。构造涡轮增压器是由涡轮室和增压器组成的机器，涡轮室进气口与排气歧管相连，排气口接在排气管上；增压器进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上。涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。原理涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。技术涡轮增压器安装在发动机的进排气歧管上，处在高温，高压和高速运转的工作状况下，其工作环境非常恶劣，工作要求又比较苛刻，因此对制造的材料和加工技术都要求很高。其中制造难度最高的是支承涡轮轴运转的“浮式轴承”，它工作转速可达10万转／分以上，加上环境温度可达六、七百度以上，决非一般轴承所能承受，由于轴承与机体内壁间有油液做冷却，又称“全浮式轴承”。缺点另外涡轮增压器虽然有协助发动机增力的作用，但也有它的缺点，其中最明显的是，“滞后响应”，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，即使经过改良后的反应时间也要1.7秒，使发动机延迟增加或减少输出功率。这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉。改进但是涡轮增压器毕竟是无本生利的事情，它是利用发动机的废气工作的，这些废气的能量如果不加以利用也会白白地浪费掉。因此，自从涡轮增压器面世以来，人们就经常对它进行技术改造，例如提高加工精度，尽量减少涡轮与涡轮室内壁的间隙，以便提高废气能量利用率；采用新型材料陶瓷，利用陶瓷的耐热高，刚度强，重量轻的优点，可以将涡轮增压器做得更加紧凑，体积更少，而且能减少涡轮的“滞后响应”时间。在最近30年时间里，涡轮增压器已经普及到许多类型的汽车上，它弥补了一些自然吸气式发动机的先天不足，会发动机在不改变气缸工作容积的情况下可以提高输出功率10%以上，因此许多汽车制造公司都采用这种增压技术来改进发动机的输出功率，藉以实现轿车的高性能化。(99.7.29)3.增压中冷技术柴油机轿车在欧洲比较普遍。经过多年的研究和应用，现代汽车柴油机通过采用电控喷射、共轨、增压中冷等技术手段，在重量、噪音、烟度等方面已取得重大成果，达到了汽油机的水平。“涡轮增压器”和“柴油机新技术”两文已经分别介绍了柴油机的涡轮增压器、电控喷射和共轨技术，这里再介绍柴油机的增压中冷的知识。增压可使柴油机在排量不变，重量增加不大的情况下达到增加输出功率的目的。与相同功率的非增压柴油机相比，增压柴油机不仅体积小，重量轻，功率大，而且还降低了单位功率的成本。因此，增压技术不仅广泛应用在柴油机上，而且还推广到汽油机，是改善内燃发动机的重要技术手段。但是事物总有矛盾性，空气压力的提高就是空气密度的提高，空气密度的提高必然会使空气温度也同时增高，这如同给轮胎打气时泵会发热一样。发动机涡轮增压器的出风口温度也会随着压力增大而升高，温度提高反过来会限制空气密度的提高，要进一步提高空气密度就要降低增压空气的温度。据实验显示，在相同的空燃比条件下，增压空气温度每下降10摄氏度，柴油机功率能提高3%－5%，还能降低排放中的氮氧化合物（NOx），改善发动机的低速性能。因此，也就产生了中间冷却技术。柴油机中间冷却技术的类型分两种，一种是利用柴油机的循环冷却水对中冷器进行冷却，另一种是利用散热器冷却，也就是用外界空气冷却。当利用冷却水冷却时，需要添置一个独立循环水的辅助系统才能达到较好的冷却效果，这种方式成本较高而且机构复杂。因此，汽车柴油机大都采用空气冷却式中冷器。空气冷却式中冷器利用管道将压缩空气通到一个散热器中，利用风扇提供的冷却空气强行冷却。空气冷却式中冷器可以安装在发动机水箱的前面、旁边或者另外安装在一个独立的位置上，它的波形铝制散热片和管道与发动机水箱结构相似，热传导效率高，可将增压空气的温度冷却到50至60摄氏度。中间冷却技术不是一项简单的技术，过热无效果白费工夫，过冷在进气管中形成冷凝水会弄巧成拙。因此要将中冷器和涡轮增压器进行精确的匹配，使得压缩空气达到要求的冷却温度。4.关于涡轮增压技术：奥迪三种发动机您选谁缘起：涡轮增压发动机备受青睐最近，涡轮增压这个原本多用于柴油发动机的技术忽然在国产中高档轿车中热了起来。先是奥迪A61.8T热销，而后又传出上海帕萨特B5也将采用1.8T涡轮增压发动机的消息。增压技术就是一种提高发动机的进气能力的方法。从原理上讲，增压并无神秘之处。它就是采用专门的压气机将气体在进入气缸前预先进行压缩，提高进入气缸的气体密度，减小气体的体积，这样，在单位体积里，气体的质量就大大增加了，进气量即可满足燃料的燃烧需要，从而达到提高发动机功率的目的。增压过程中采用的压气机又叫做增压器。废气涡轮增压是进气增压的一种方式。发动机的增压方法根据驱动增压器所用能量来源的不同，基本上可以分为三类：第一类是机械增压系统，增压器由发动机曲轴通过齿轮（或链条等）直接驱动。第二类是废气涡轮增压系统，增压器是由发动机工作时排出的废气带动的。第三类是复合增压系统，即在发动机上，既采用废气涡轮增压器，又同时应用机械驱动式增压器。此外还有惯性增压、气波增压等其他增压方式。应用在汽车发动机上的主要是废气涡轮增压系统。奥迪A61.8T采用的就是这种系统，“T”即代表涡轮增压（Turbocharged）。辨析：涡轮增压的优缺点涡轮增压的最大优点是可提高发动机的功率和扭矩。涡轮增压的优点是显而易见的，它可在不增加发动机排量的基础上，大幅度提高功率和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器的相比，可增加大约40%甚至更多。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的功率，或者说，一台小排量的发动机经增压后，可以产生较大排量发动机相同的功率。另外，发动机在采用了增压技术后，还能提高燃油经济性和降低尾气排放。汽油机采用涡轮增压技术有一定难度。凡事有利就有弊，涡轮增压也不例外。发动机在采用废气涡轮增压技术后，工作中产生的最高爆发压力和平均温度将大幅度提高，从而使发动机的机械性能、润滑性能都会受到影响。为了保证增压发动机在较高的机械负荷和热负荷条件下，能可靠耐久地工作，必须在发动机主要热力参数的选取、结构设计、材料、工艺等方面作必要的改变，而不是简单地在发动机上装一个增压器就行了。由于这个改变过程在实行中难度颇大，而且还要考虑增压器与发动机的匹配问题，因此在一定程度上也限制了废气涡轮增压技术在发动机上的应用。相对来说，废气涡轮增压器与柴油机配合运行时，涡轮机允许工作的范围较广，高效率范围也较宽，在配合运行中产生的问题较少，所以废气涡轮增压技术在柴油机应用的比较多。而对于汽油机在增压后，提高了缸内混合气压缩和燃烧气体的温度和压力，提高了燃烧室受热零件的热负荷，很容易产生爆震。这也就是至今为止，增压技术在汽油机上得不到广泛应用的主要原因。比较：奥迪A61.8T比1.8功率大，但比2.4起步慢奥迪A61.8T的发动机在其动力输出上就充分体现了废气涡轮增压技术的优势。由其功率——扭矩曲线图可以看出，随着发动机转速的提高，其功率逐渐增大，在5700转/分钟时达到最大值110千瓦。这与未装增压器的1.8升发动机相比，最大功率提高了大约20%。观察其扭矩变化，在低转速时（1750转/分钟以下）发动机具有良好的扭矩特性。在1750转/分钟时，发动机输出最大扭矩210N.m，并在1750~5700转/分钟之间一直保持这个最大扭矩，这一点与未装增压器的发动机有所不同。与奥迪A61.8相比，安装增压器后，其最大扭矩增加了25%。奥迪A62.4的发动机排量比1.8T的要大许多，而其最大功率和最大扭矩却相差不多。但是从曲线图中不难看出，在低转速时，1.8T的扭矩和功率要比2.4的小。这是因为涡轮增压在中、高转速时作用更明显。因此表现为，奥迪A61.8T的起步就要比2.4略慢，若匹配自动变速器，这点更为明显。不过，仅以发动机来论，1.8T满足车辆一般性需要，已是绰绰有余了。总之，涡轮增压是一项很有前途的技术，其发展前景一片光明。5.无触点电子点火装置汽车汽油发动机起动时以及整个工作过程中，为了持续运转作