汽車發(fā)動(dòng)機(jī)(二)

1、合肥星馳電子工作室汽車發(fā)動(dòng)機(jī)（二）袁經(jīng)璜本文內(nèi)容：本文內(nèi)容： 可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制 （CVVT、VVT-i、 VTEC）等 缸內(nèi)直噴分層燃燒引擎（ FSI ） 可變排量發(fā)動(dòng)機(jī)（ MDS ） 升功率 稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展 以日韓車為主導(dǎo)的VVT-i、VTEC、VVT等技術(shù)，基本原理都是通過改變進(jìn)氣量以及氣門的升程來優(yōu)化燃料的消耗與動(dòng)力的輸出； 而以大眾汽車為代表的德系車這兩年則一直在推廣FSI技術(shù)，他們將燃料按所需的濃度直接噴入汽缸，再經(jīng)過分層燃燒，以達(dá)到引擎最佳的工作效率 曾經(jīng)以大排量、高油耗為榮的美國車在能源日益緊張的今天也不得不做了些妥協(xié)，于是關(guān)閉部分汽缸成了他們的獨(dú)門秘籍。

2、 以克萊斯勒的8缸引擎為例，平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電腦可以自動(dòng)關(guān)閉4個(gè)汽缸以節(jié)省能耗，而急速超車時(shí)8個(gè)汽缸則共同工作提供更大動(dòng)力 。CVVT：連續(xù)可變的氣門正時(shí)系統(tǒng)：連續(xù)可變的氣門正時(shí)系統(tǒng)u韓國的汽車所用技術(shù)借鑒了德韓國的汽車所用技術(shù)借鑒了德 、日、日等國的經(jīng)驗(yàn)等國的經(jīng)驗(yàn) ，而，而CVVTCVVT正是在正是在VVT-iVVT-i和和i- i-VTECVTEC的基礎(chǔ)上研發(fā)而來的基礎(chǔ)上研發(fā)而來 。u 以現(xiàn)代汽車的以現(xiàn)代汽車的CVVTCVVT引擎為例引擎為例 ，它，它能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況隨時(shí)控制氣門能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況隨時(shí)控制氣門的開閉的開閉 ，使燃料燃燒更充分，使燃料燃燒更充分 ，從而達(dá)，從而達(dá)到提升動(dòng)力

3、到提升動(dòng)力 、降低油耗的目的、降低油耗的目的 。u 但是但是CVVTCVVT不會(huì)控制氣門的升程不會(huì)控制氣門的升程 ，也就是說這種引擎只是改變了吸也就是說這種引擎只是改變了吸 、排氣、排氣的時(shí)間的時(shí)間 。VVT-i：智能可變配氣正時(shí)系統(tǒng)：智能可變配氣正時(shí)系統(tǒng)VVT-i是豐田獨(dú)有的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù) ，已十分成熟 ，近年國產(chǎn)的豐田轎車 ，包括新款的威馳等大都裝配了VVT-i系統(tǒng) 。 與本田汽車的VTEC原理相似 ，該系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)控制進(jìn)氣凸輪軸 ，通過調(diào)整凸輪軸轉(zhuǎn)角對(duì)配氣時(shí)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化 ，以獲得最佳的配氣正時(shí) ，從而在所有速度范圍內(nèi)提高扭矩 ，并能改善燃油經(jīng)濟(jì)性 ，從而有效提高了汽車性能

4、 VTEC： 可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng) 由本田汽車開發(fā)的VTEC是世界上第一款能同時(shí)控制氣門開閉時(shí)間及升程兩種不同情況的氣門控制系統(tǒng) ，現(xiàn)在已演變成i-VTEC 。 i-VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)與普通發(fā)動(dòng)機(jī)最大的不同是 ，中低速和高速會(huì)用兩組不同的氣門驅(qū)動(dòng)凸輪 ，并可通過電子系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換 。此外 ，發(fā)動(dòng)機(jī)還可以根據(jù)行駛工況自動(dòng)改變氣門的開啟時(shí)間和提升程度 ，即改變進(jìn)氣量和排氣量 ，從而達(dá)到增大功率 、降低油耗的目的 。 FSI 缸內(nèi)直噴分層燃燒引擎缸內(nèi)直噴分層燃燒引擎 FSI是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的一項(xiàng)全新技術(shù)，配備了按需控制的燃油供給系統(tǒng)，然后通過一個(gè)活塞泵提供所需的壓力，最后噴油嘴將燃料在最

5、恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間直接注入燃燒室。 通過對(duì)燃燒室內(nèi)部形狀的設(shè)計(jì)，使火花塞周圍會(huì)有較濃的混合氣，而其他區(qū)域則是較稀的混合氣，保證了在順利點(diǎn)火的情況下盡可能地實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒，這也是分層燃燒的精髓所在。FSI比同級(jí)引擎動(dòng)力性顯著提高，油耗卻可降低15%左右。 MDS：（可變排量發(fā)動(dòng)機(jī)）：（可變排量發(fā)動(dòng)機(jī)）克萊斯勒研發(fā)的HEMI發(fā)動(dòng)機(jī)配備了MDS系統(tǒng) ，這套系統(tǒng)可在4缸和8缸模式間自動(dòng)轉(zhuǎn)換 。這種技術(shù)最適合多汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)使用 ，在不影響駕駛者追求大排量車型的加速刺激時(shí) ，又有效降低了堵車時(shí)的燃油消耗 。 例如一臺(tái)常規(guī)的8缸發(fā)動(dòng)機(jī)在采用了這種技術(shù)后 ，就等于裝了兩個(gè)獨(dú)立的4缸發(fā)動(dòng)機(jī) ，可以根據(jù)駕駛的需要讓一臺(tái)發(fā)動(dòng)

6、機(jī)運(yùn)行 ，而讓另一臺(tái)休息 。 本田本田VTEC VTEC是本田開發(fā)的先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，也是世界上第一個(gè)能同時(shí)控制氣門開閉時(shí)間及升程兩種不同情況的氣門控制系統(tǒng)。 VTEC（Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System）的意思“可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng)”。 與普通發(fā)動(dòng)機(jī)相比，VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)所不同的是凸輪與搖臂的數(shù)目及控制方法，它有中低速用和高速用兩組不同的氣門驅(qū)動(dòng)凸輪，并可通過電子控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換。 通過VTEC系統(tǒng)裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)可以根據(jù)行駛工況自動(dòng)改變氣門的開啟時(shí)間和提升程度，即改變進(jìn)氣量和排氣量

7、，從而達(dá)到增大功率、降低油耗及減少污染的目的。 目前本田車型都使用i-VTEC(智能可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng))，i-VTEC技術(shù)作為本田公司VTEC技術(shù)的升級(jí)技術(shù)，其不僅完全保留了VTEC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，而且加入了當(dāng)今世界流行的智能化控制理念。 在理論上VTEC和VVT-i是同出一轍，都是氣門可變正時(shí)系統(tǒng)，但同時(shí)VTEC可以控制電子升程，而其他廠家產(chǎn)品只是氣門可變正時(shí)。 本田以外的其他車 廠需完成可變氣門正時(shí)全部都采用頂置雙凸輪軸DOHC，而且VVT-i只能控制進(jìn)氣氣門的正時(shí)，本田的VTEC可以同時(shí)控制進(jìn)氣和排氣兩側(cè)的氣門正時(shí)與升程。 vtec發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪與搖臂的數(shù)目及控制方法 有中低

8、速用和高速用兩組不同的氣門驅(qū)動(dòng)凸輪，并可通過電子控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換。 通過VTEC系統(tǒng)裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)可以根據(jù)行駛工況自動(dòng)改變氣門的開啟時(shí)間和提升程度，即改變進(jìn)氣量和排氣量，從而達(dá)到增大功率、降低油耗及減少污染的目的。 整個(gè)VTEC系統(tǒng)由ECU控制，接收發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器（包括轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力、車速、水溫等）的參數(shù)并進(jìn)行處理，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速工況下由不同的凸輪控制，獲得所需的動(dòng)力。 豐田豐田VVT-i VVT-i是豐田獨(dú)有的領(lǐng)先發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，VVT-i （Variable Valve Timing and Lift with intelligence）的意思是“智能可變配

9、氣正時(shí)系統(tǒng)”。 該系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)控制進(jìn)氣凸輪軸，通過調(diào)整凸輪軸轉(zhuǎn)角對(duì)配氣時(shí)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最佳的配氣正時(shí)，從而在所有速度范圍內(nèi)提高扭矩，并能大大改善燃油經(jīng)濟(jì)性，有效提高汽車的功率與性能，減少油耗和廢氣排放。 VVTi系統(tǒng)由傳感器、電控單元、液壓控制閥和控制器等部分組成，按控制器的安裝部位不同而分成兩種： 一種是安裝在排氣凸輪軸上的，稱為葉片式VVTi，比如說豐田大霸王； 另一種是安裝在進(jìn)氣凸輪軸上的，稱為螺旋槽式VVTi，凌志400、430等高級(jí)轎車就是采用的此種型式 CVVT發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) CVVT（連續(xù)可變氣門正時(shí)系統(tǒng)）只有控制氣門正時(shí)沒有控制氣門升程的功能。因此引擎只

10、會(huì)改變吸、排氣的時(shí)間差，無法改變進(jìn)氣量 簡單來說它的工作原理就是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)由低速向高速轉(zhuǎn)換時(shí)，電子計(jì)算機(jī)就自動(dòng)地將機(jī)油壓向進(jìn)氣凸輪軸驅(qū)動(dòng)齒輪內(nèi)的小渦輪，這樣，在壓力的作用下，小渦輪就相對(duì)于齒輪殼旋轉(zhuǎn)一定的角度，從而使凸輪軸在60度的范圍內(nèi)向前或向后旋轉(zhuǎn)，從而改變進(jìn)氣門開啟的時(shí)刻，達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時(shí)的目的。 所以在上述結(jié)構(gòu)的作用下，可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)按照不同的路況改變氣門開啟、關(guān)閉時(shí)間，在保證輸出足夠牽引力的同時(shí)提高燃油經(jīng)濟(jì)性。 進(jìn)氣凸輪齒盤包含： 由時(shí)規(guī)皮帶所帶動(dòng)的外齒輪、連接進(jìn)氣凸輪的內(nèi)齒輪與一個(gè)能在內(nèi)外齒輪間移動(dòng)的控制活塞。 當(dāng)活塞移動(dòng)時(shí)在活塞上的螺旋齒輪會(huì)改變外齒輪的位置，進(jìn)而改變正時(shí)的效果

11、。而活塞的移動(dòng)量由油壓控制閥所決定的，油壓控制閥是一電子控制閥其機(jī)油壓力由油泵所控制 當(dāng)電腦（ECU）接受到輸入信號(hào)時(shí)，例如引擎轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣空氣量、節(jié)氣門位置、引擎溫度等以決定油壓控制閥的操作。電腦也會(huì)利用凸輪位置感應(yīng)器及曲軸位置感應(yīng)器，來決定實(shí)際的進(jìn)氣凸輪的氣門正時(shí)。大眾大眾FSI、VVT “Variable Valve Timing” 中文叫做“可變進(jìn)氣相位（正時(shí)）”。其原理與本田的VTEC 相似，不過相對(duì)較簡單，少了升程控制系統(tǒng)，對(duì)氣門的控制沒有VTEC精確。 FSI，直譯為燃油分層噴射，也叫“汽油直噴技術(shù)”，代表著汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的最新發(fā)展方向。 FSI發(fā)動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)有：動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、功率和扭

12、矩可以同時(shí)提升、燃油消耗降低，在提供更大的輸出功率和扭矩的同時(shí)，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性并且減少了排放。 一般發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是將汽油和空氣混合后噴入燃燒室，而汽油直噴技術(shù)則是將汽油直接注入燃燒室，通過均勻燃燒和分層燃燒，降低了燃油消耗，動(dòng)力也有很大提升。FSI發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖 為了實(shí)現(xiàn)汽油直接噴射，噴油嘴的位置由原來的進(jìn)氣歧管處直接安在了燃燒室的上方，高壓電磁噴油嘴將燃油噴射時(shí)間控制在幾千分之一秒內(nèi)。 理論上，F(xiàn)SI發(fā)動(dòng)機(jī)有至少兩種燃燒模式：分層燃燒和均質(zhì)燃燒，有人還把均質(zhì)燃燒模式細(xì)分為均質(zhì)稀燃模式和均質(zhì)燃燒模式。 分層燃燒的好處在于熱效率高、節(jié)流損失少、有限的燃料盡可能多地轉(zhuǎn)化成工作能量。 分層燃燒模式下

13、節(jié)氣門不完全打開，保證進(jìn)氣管內(nèi)有一定真空度（可以控制廢氣再循環(huán)和碳罐等裝置）。這時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩大小取決于噴油量，與進(jìn)氣量和點(diǎn)火提前角關(guān)系不大。 分層燃燒模式在進(jìn)氣過程中節(jié)氣門開度相對(duì)較大，減少了一部分節(jié)流損失。進(jìn)氣過程中的關(guān)鍵是進(jìn)氣歧管中安置一翻版，翻版向上開啟（原理性質(zhì)，實(shí)際機(jī)型可能有所不同）封住下進(jìn)氣歧管，讓進(jìn)氣加速通過，與形活塞頂配合，相成進(jìn)氣渦旋。 分層燃燒時(shí)噴油時(shí)間在上止點(diǎn)前60至上止點(diǎn)前45，噴射時(shí)刻對(duì)混合氣的形成有很大影響，燃油被噴射在活塞頂?shù)陌伎觾?nèi)，噴出的燃油與渦旋進(jìn)氣結(jié)合形成混合氣。 混合氣形成發(fā)生在曲軸轉(zhuǎn)角40至50范圍內(nèi)，如果小于這個(gè)范圍，混合氣無法點(diǎn)燃，若大于，就變成

14、均質(zhì)狀態(tài)了。分層燃燒的空燃比一般在 1.6-3之間 。 點(diǎn)火時(shí)，只有火花塞周圍混合狀態(tài)較好的氣體被點(diǎn)燃，這時(shí)周圍的新鮮空氣以及來自廢氣再循環(huán)的氣體形成了很好的隔熱保護(hù)，減少了缸臂散熱，提升了熱效率。 點(diǎn)火時(shí)刻的控制也很重要，它只在壓縮過程終了的一個(gè)很窄的范圍內(nèi) 均質(zhì)稀燃模式混合氣形成時(shí)間長，燃燒均勻，通過精確控制噴油，可以達(dá)到較低的混合氣濃度。均質(zhì)稀燃的點(diǎn)火時(shí)間選擇范圍寬泛，有很好的燃油經(jīng)濟(jì)性。 均質(zhì)稀燃與分層燃燒的進(jìn)氣過程相同，油氣混合時(shí)間加長，形成均質(zhì)混合氣。燃燒發(fā)生在整個(gè)燃燒室內(nèi)，對(duì)點(diǎn)火時(shí)間的要求沒分層燃燒那么嚴(yán)格。均質(zhì)稀燃的空燃比大于1。 均質(zhì)燃燒則能充分發(fā)揮動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，扭矩和功率高的

15、特點(diǎn)。均質(zhì)燃燒進(jìn)氣過程中節(jié)氣門位置由油門踏板決定，進(jìn)氣歧管中的翻版位置視不同情況而定。 當(dāng)中等負(fù)荷時(shí)，翻版依然是關(guān)閉的，有利于形成強(qiáng)烈的進(jìn)氣旋流，利于混合氣的形成與霧化。 當(dāng)高速大負(fù)荷時(shí)，翻版打開，增大進(jìn)氣量，讓更多的空氣參與燃燒。均質(zhì)燃燒的噴油、混合氣形成與燃燒和均質(zhì)稀燃模式基本一樣。均質(zhì)燃燒情況下空燃比小于或等于1。 以上三種燃燒狀態(tài)是FSI發(fā)動(dòng)機(jī)特有的燃燒控制模式，但其中有些方面還停留在理論優(yōu)勢(shì)方面。 現(xiàn)在奧迪在全球發(fā)布的FSI發(fā)動(dòng)機(jī)還都采用均質(zhì)燃燒模式，這不是說分層燃燒不可實(shí)現(xiàn)，而只是說分層燃燒實(shí)施的成本或時(shí)機(jī)還不成熟。 主要表現(xiàn)在分層燃燒用稀混合氣，提高了缸內(nèi)溫度也提高了氮氧化物這樣

16、的有害排放物。 對(duì)于稀混合氣，普通的三元催化器很難把氮氧化物轉(zhuǎn)換干凈，那么需要額外的降低氮氧化物的催化轉(zhuǎn)換器，無疑加重了空間和成本的負(fù)擔(dān)。 另外，現(xiàn)階段高硫含量的汽油對(duì)此催化器損害很大，因此還有改造煉油設(shè)備，提升燃油品質(zhì)的成本。國內(nèi)生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)取消了分層燃燒，僅剩直噴 沒有了分層燃燒會(huì)不會(huì)讓FSI發(fā)動(dòng)機(jī)的原有優(yōu)勢(shì)蕩然無存？答案是否定的。即使沒有應(yīng)用分層燃燒，F(xiàn)SI發(fā)動(dòng)機(jī)還有能提升壓縮比，降低燃燒殘油量的特點(diǎn)。 FSI發(fā)動(dòng)機(jī)采用缸內(nèi)直噴，汽油在缸內(nèi)蒸發(fā)產(chǎn)生內(nèi)部冷卻效果，這樣就降低了爆震的可能性，可適當(dāng)提升壓縮比。而進(jìn)氣渦旋與氣門正時(shí)的配合能使沒燃燒的殘油得到良好的再利用。這樣，F(xiàn)SI發(fā)動(dòng)機(jī)仍能在

17、提高動(dòng)力，降低油耗方面有較大的作為。 FSI發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的效果可以從奧迪公司公布的發(fā)動(dòng)機(jī)指標(biāo)看出來。以3.2升FSI和4.2升FSI為例，對(duì)比的機(jī)型分別是以前的3.0升和4.2升汽油機(jī)。 功率上，3.2升FSI發(fā)動(dòng)機(jī)是257馬力，比原機(jī)型的218馬力提升了39馬力，4.2升FSI發(fā)動(dòng)機(jī)的350馬力比原機(jī)型的335馬力提升了15馬力；在最大扭矩上，是3.2升FSI的330牛米對(duì)原機(jī)型的290牛米，4.2升FSI的440對(duì)原機(jī)型的420牛米。奔馳的CGI發(fā)動(dòng)機(jī)也采用了直噴技術(shù) 寶馬寶馬Valvetronic 電子氣門電子氣門 寶馬的Valvetronic無級(jí)可變電子氣門控制系統(tǒng)，少了節(jié)流閥（一般所說

18、的節(jié)氣門）設(shè)計(jì),直接利用精確控制的氣門升程來控制進(jìn)入汽缸的空氣量，就如同我們的肺在作呼吸動(dòng)作時(shí)一樣地跟空氣直接接觸。 省略掉節(jié)氣門后,引擎在吸進(jìn)新鮮空氣時(shí),將更順暢,少掉因?yàn)榭諝饬鲃?dòng)的一些粘滯力與磨擦力,而使引擎在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)省去不必要的無用功。 而一般的車,當(dāng)我們用腳踏油門時(shí),是驅(qū)動(dòng)著鋼絲而驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門,而踏油門的深淺正控制著節(jié)氣門的開關(guān)的程度，而引進(jìn)的就是將進(jìn)入引擎燃燒室燃燒的新鮮空氣。所以,節(jié)氣門控制著燃燒室的空氣量與流動(dòng)速率 寶馬Valvetronic技術(shù)則是在原有的進(jìn)氣氣門正時(shí)及排氣氣門正時(shí)無級(jí)可變的double -VANOS（雙凸輪軸可變氣門正時(shí)控制系統(tǒng)）技術(shù)基礎(chǔ)之上，增加了進(jìn)氣氣門升程可

19、變功能。 在功能上，寶馬的Valvetronic技術(shù)與本田的i-VTEC技術(shù)非常接近，但是寶馬的Valvetronic技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方法卻完全不同，可調(diào)節(jié)的氣門升程也更加廣泛。 Valvetronic技術(shù)在提高燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，還能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率及扭矩輸出和降低排放。 衡量發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要指標(biāo)升功率 體現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)品質(zhì)高低主要是看動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，也就是說發(fā)動(dòng)機(jī)要具有較好的功率、良好的加速性和較低的燃料消耗量。 影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率和燃料消耗量的因素有很多，其中影響最大的因素有排量、壓縮比、配氣機(jī)構(gòu)。 發(fā)動(dòng)機(jī)以曲軸輸出功率為基礎(chǔ)的指標(biāo)稱有效指標(biāo)，這種指標(biāo)表示整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的高低。 有效指標(biāo)包括有效功率、有效

20、扭矩、升功率等等。 不是功率和扭矩越大的發(fā)動(dòng)機(jī)就越好，真正能夠反映發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的指標(biāo)是每升氣缸工作容積所發(fā)出的功率，即“升功率”。 升功率表示了單位氣缸工作容積的利用率，升功率越大表示單位氣缸工作容積所發(fā)出的功率越大 升功率的高低反映出發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造的質(zhì)量。 因?yàn)樯β剩∟）大小主要決定于氣缸平均有效壓力（P）和轉(zhuǎn)速（n）的乘積， 即N=（P）（n） 提高升功率就要從提高氣缸壓力和轉(zhuǎn)速入手，因此提高升功率的具體措施也就有： （1）提高充氣量。這是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)增加熱量的首要條件，因?yàn)槿剂先紵枰諝猓剂吓c空氣比較，后者更難以充入氣缸，所以就要改善換氣條件，減少進(jìn)氣阻力增大氣門通道截面積，有些發(fā)

21、動(dòng)機(jī)就采用4氣門形式。 當(dāng)多氣門結(jié)構(gòu)布置困難時(shí)，首先要滿足進(jìn)氣門的需要，不管氣門布置形式怎么樣，都是進(jìn)氣門數(shù)量等于或者大于排氣門數(shù)量。 （2）提高轉(zhuǎn)速以增加單位時(shí)間內(nèi)的充氣量。現(xiàn)在轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)一般都是高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)，每分鐘轉(zhuǎn)速在5千轉(zhuǎn)以上。 （3）改善混合氣質(zhì)量和燃燒過程。采用電控燃油噴射系統(tǒng)，在所有工況下混合氣的質(zhì)量盡可能達(dá)到最佳，空氣與燃油的混合地點(diǎn)從節(jié)氣門處移至噴油嘴處，燃油直接與吸入的空氣混合，從本質(zhì)上改善了混合氣的均勻性。 （4）提高發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率增加有效功的輸出，減少機(jī)械損失主要是減少零件之間的摩擦，涉及到零件加工的精度、表面加工質(zhì)量、潤滑質(zhì)量、溫度控制及減少附件等。 這里指出的是，

22、多氣門與2氣門設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)上最大差異，就是多氣門的配氣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加氣門、導(dǎo)管、凸輪軸搖臂等，有些還要專門增加一支凸輪軸，即雙頂置凸輪軸（DOHC），這些增加的裝置必然會(huì)增加機(jī)械損失。因此，一些講究實(shí)際的廠家仍然在中小型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上采用2氣門設(shè)計(jì)。 以上四點(diǎn)是相互關(guān)聯(lián)的，例如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高引起的每次循環(huán)充氣量減少問題也越突出，這就要采用增大氣門通道截面積的措施，加大進(jìn)氣門頭直徑或者采用多進(jìn)氣門形式。 但采用多氣門形式又會(huì)涉及到發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率的問題。世界上的事物總是矛盾并存的，廠家工程師怎樣調(diào)整平衡點(diǎn)，盡量完善地處理各種矛盾，就體現(xiàn)在各種發(fā)動(dòng)機(jī)的性能表現(xiàn)上了。 發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣管發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣管 提

23、升發(fā)動(dòng)機(jī)功率最簡單的方法就是增大氣缸工作容積，也就是提高排量。 一般而言，增大工作容積就會(huì)增大發(fā)動(dòng)機(jī)體積，重量也會(huì)隨之增加，這種方法對(duì)于追求結(jié)構(gòu)緊湊，追求行駛經(jīng)濟(jì)性的現(xiàn)代乘用車設(shè)計(jì)者來說是難以接受的。 因此，在同體積或者更小體積的前提下，通過改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和采用新材料來追求更高的輸出功率，是當(dāng)前廠商的追求目標(biāo)。 提高發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率，也就是每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率，是實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的方法。要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率，加大進(jìn)氣量是一種解決方案。 有些發(fā)動(dòng)機(jī)采用強(qiáng)制吸氣法的方式，用增大氣體密度來提高進(jìn)氣量，例如采用渦輪增壓（Turbo）。 但是，在日益嚴(yán)格的廢氣排放法例的管制及制造成本的限制下，多數(shù)

24、汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)還是傾向采用自然吸氣法方式。 采用自然吸氣法，又要提高進(jìn)氣量，設(shè)計(jì)者就把注意力放在了進(jìn)排氣的速度方面，也就是千方百計(jì)提高氣體的流動(dòng)速度來提高單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)排氣量，在提高換氣效率上做文章。 換氣是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)最基本的功能。通過換氣，排出廢舊氣體，發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)回復(fù)到循環(huán)初始狀態(tài)，吸納新鮮氣體來提供燃料所需的氧氣。用一句成語形容，就是“吐故納新”，只有“吐故納新”暢順，發(fā)動(dòng)機(jī)才能正常工作。 良好的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣通道設(shè)計(jì)是提高進(jìn)氣量的重要保證。一些汽車運(yùn)動(dòng)者在傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)改裝上，采用了大通量的空氣濾清器，大口徑或多支排氣管，目的就是改善氣體的流速以提升發(fā)動(dòng)機(jī)功率。 更進(jìn)一步，改裝深入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部及

25、材料的選用，例如打磨進(jìn)氣歧管內(nèi)壁，使用不銹鋼排氣管等，以增高管壁的光滑程度來減少與氣體之間的摩擦，提高氣體的流動(dòng)速度。 傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣管多安裝在氣缸的同一側(cè)，進(jìn)氣管依賴排氣管加熱。它們用鑄鐵鑄成一體或者分別鑄成，再用螺栓連接在一起。 現(xiàn)在高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)杌由于結(jié)構(gòu)上的需要，進(jìn)排氣管多分置在氣缸的兩側(cè)，進(jìn)氣管的加熱靠冷卻水或電熱裝置。 因受廢氣溫度的影響，排氣管的冷熱溫度是急劇變化的，巨大的熱應(yīng)力可使排氣管產(chǎn)生裂紋，為保證一定的熱脹冷縮，排氣歧管的安裝形式與進(jìn)氣管有所不同，一般發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管是一缸一歧管，以減少排氣管的熱負(fù)荷。 按照空氣動(dòng)力學(xué)原理，氣管的流通性應(yīng)以最小截面處的流動(dòng)情況為依據(jù)，而發(fā)動(dòng)機(jī)整

26、個(gè)進(jìn)排氣道系統(tǒng)中最小截面處位于氣門閥隙處，這也就是現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)采用多氣門或者盡量增大氣門頭直徑的原因。 同時(shí)，也要考慮到進(jìn)排氣管尺寸、形狀、材料、彎曲半徑、安裝位置等因素對(duì)氣流速度的影響，只有各種因素配合良好，發(fā)動(dòng)機(jī)才能發(fā)揮最佳性能。 稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展 目前，各大公司都擁有自己的稀燃技術(shù)，目前，各大公司都擁有自己的稀燃技術(shù)，其共同點(diǎn)都是利用缸內(nèi)渦流運(yùn)動(dòng)，使聚其共同點(diǎn)都是利用缸內(nèi)渦流運(yùn)動(dòng)，使聚集在火花塞附近的混合氣最濃，先被點(diǎn)集在火花塞附近的混合氣最濃，先被點(diǎn)燃后迅速向外層推進(jìn)燃燒，并有較高的燃后迅速向外層推進(jìn)燃燒，并有較高的壓縮比。壓縮比。 三菱缸內(nèi)噴注汽油機(jī)（GDI）

27、混合比達(dá)到40:1。它采用立式吸氣口方式，從氣缸蓋的上方吸氣的獨(dú)特方式產(chǎn)生強(qiáng)大的下沉氣流。 這種下沉氣流在彎曲頂面活塞附近得到加強(qiáng)并在氣缸內(nèi)形成縱向渦旋轉(zhuǎn)流。 在高壓旋轉(zhuǎn)噴注器的作用下，壓縮過程后期被直接噴注進(jìn)氣缸內(nèi)的燃料形成濃密的噴霧，噴霧在彎曲頂面活塞的頂面空間中不是擴(kuò)散而是氣化。 這種混和氣被縱向渦旋轉(zhuǎn)流帶到火花塞附近，在火花塞四周形成較濃的層狀混和狀態(tài)。 這種混合狀態(tài)雖從燃燒室整體來看十分稀薄，但由于呈現(xiàn)從濃厚到稀薄的層狀分布，因此能保證點(diǎn)火并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。 大眾的直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)（FSI），則是采用了一個(gè)高壓泵，汽油通過一個(gè)分流軌道（共軌）到達(dá)電磁控制的高壓噴射氣門。 它的特點(diǎn)是在進(jìn)氣

28、道中已經(jīng)產(chǎn)生可變渦流，使進(jìn)氣流形成最佳的渦流形態(tài)進(jìn)入燃燒室內(nèi)，以分層填充的方式推動(dòng)，使混合氣體集中在位于燃燒室中央的火花塞周圍。 本田最新的VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)也將采用稀燃技術(shù)。 這款取名為VTECi 2.0升發(fā)動(dòng)機(jī)將比一般本田發(fā)動(dòng)機(jī)省油20%，其特點(diǎn)是將VTEC技術(shù)與稀燃技術(shù)相結(jié)合，也是當(dāng)?shù)娃D(zhuǎn)速時(shí)令其中一組進(jìn)氣門關(guān)閉，在燃燒室內(nèi)形成一道稀薄的混合氣體渦流，層狀分布集結(jié)在火花塞周圍作點(diǎn)燃引爆，從而起到稀薄燃燒作用。 汽車汽油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)稀燃的關(guān)鍵技術(shù)主要有三個(gè)方面： 一、提高壓縮比采用緊湊型燃燒室，通過進(jìn)氣口位置改進(jìn)使缸內(nèi)形成較強(qiáng)的空氣運(yùn)動(dòng)旋流，提高氣流速度；將火花塞置于燃燒室中央，縮短點(diǎn)火距離；提高

29、壓縮比至13：1左右，促使燃燒速度加快。 二、分層燃燒二、分層燃燒如果稀燃技術(shù)的混合比達(dá)到25：1以上，按照常規(guī)是無法點(diǎn)燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內(nèi)空氣的運(yùn)動(dòng)在火花塞周圍形成易于點(diǎn)火的濃混合氣，混合比達(dá)到12：1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點(diǎn)燃后，燃燒迅速波及外層。 為了提高燃燒的穩(wěn)定性，降低氮氧化物（NOx），現(xiàn)在采用燃油噴射定時(shí)與分段噴射技術(shù)，即將噴油分成兩個(gè)階段，進(jìn)氣初期噴油，燃油首先進(jìn)入缸內(nèi)下部隨后在缸內(nèi)均勻分布，進(jìn)氣后期噴油，濃混合氣在缸內(nèi)上部聚集在火花塞四周被點(diǎn)燃，實(shí)現(xiàn)分層燃燒。 三、高能點(diǎn)火高能點(diǎn)火和寬間隙火花塞有利于火核形成，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短，燃燒速度增快，稀燃極限大。 有些稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙火花塞或者多極火花塞裝置來達(dá)到上述目的。 以上三點(diǎn)只是對(duì)整體汽油發(fā)動(dòng)機(jī)稀燃技術(shù)而言，具體到某種機(jī)型會(huì)有所偏重。 因?yàn)楦鞣N汽油發(fā)動(dòng)機(jī)稀燃方式的技術(shù)措施不完全一樣，甚至同一部發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的工況下稀燃方式也會(huì)不完全一樣。 有些著重缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)及燃油分布的配合，重點(diǎn)在分層燃燒。有些著重加大點(diǎn)火能量、增快火焰?zhèn)鞑ニ俣群涂s短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，重點(diǎn)在高能點(diǎn)火。 多氣門發(fā)動(dòng)機(jī) 現(xiàn)代轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一般可達(dá)每分鐘5500轉(zhuǎn)以上，