發(fā)動機技術的發(fā)展

1、動力洶涌澎湃，回顧汽車發(fā)動機技術發(fā)展史來源：汽車中國 作者：老貓 發(fā)布時間：2009-02-13 汽車整體技術日新月異，而作為汽車的心臟發(fā)動機技術的進步顯得更受關注。如今介紹一輛汽車的發(fā)動機時：可變氣門正時技術，雙頂置凸輪軸技術，缸內直噴技術，VCM汽缸管理技術，渦輪增壓技術，等等都已經運用的相當廣泛；在用料上也是往輕量化的方向發(fā)展：全鋁發(fā)動機目前的應用已經非常廣泛；汽車的污染也是不可避免，于是新能源技術，包括柴油機的高壓共軌，燃料電池，混合動力，純電動，生物燃料技術也已經有普及的趨向，但回顧一下發(fā)動機的歷史或許更能理解這一百多年來汽車技術所發(fā)生的巨大變革。十佳發(fā)動機VQ35汽車技術的迅猛發(fā)展

2、從我國的汽車教材也能看出端倪：新技術的發(fā)展已經讓汽車教材難以跟上步伐！如今大部分汽車教材還是以東風汽車的發(fā)動機來作為范例，而東風發(fā)動機還是帶化油器的老式發(fā)動機，與如今全電子化的發(fā)動機簡直就隔了幾個世紀?；氐狡嚨钠鸩诫A段，那時的汽車被馬車嘲笑，污染嚴重，但起步的意義卻非同尋常。汽油機之前的摸索階段18世紀中葉，瓦特發(fā)明了蒸氣機，此后人們開始設想把蒸汽機裝到車子上載人。法國的居紐（N.J.Cugnot）是第一個將蒸汽機裝到車子上的人。1770年，居紐制作了一輛三輪蒸汽機車。這輛車全長7.23米，時速為3.5公里,是世界上第一輛蒸汽機車。1771年古諾改進了蒸汽汽車，時速可達9.5千米，牽引4-5

3、噸的貨物。蒸汽機汽車1858年，定居在法國巴黎的里諾發(fā)明了煤氣發(fā)動機，并于1860年申請了專利。發(fā)動機用煤氣和空氣的混合氣體取代往復式蒸汽機的蒸汽，使用電池和感應線圈產生電火花，用電火花將混合氣點燃爆發(fā)。這種發(fā)動機有氣缸、活塞、連桿、飛輪等。煤氣機是內燃機的初級產品，因為煤氣發(fā)動機的壓縮比為零。 1867年，德國人奧托（Nicolaus August Otto）受里諾研制煤氣發(fā)動機的啟發(fā)，對煤氣發(fā)動機進行了大量的研究，制作了一臺臥式氣壓煤氣發(fā)動機，后經過改進，于1878年在法國舉辦的國際展覽會上展出了他制作的樣品。由于該發(fā)動機工作效率高，引起了參觀者極大的興趣。在長期的研究過程中，奧

4、托提出了內燃機的四沖程理論，為內燃機的發(fā)明奠定了理論基礎。德國人奧姆勒和卡爾·本茨根據(jù)奧托發(fā)動機的原理，各自研制出具有現(xiàn)代意義的汽油發(fā)動機，為汽車的發(fā)展鋪平了道路。1892年，德國工程師狄塞爾根據(jù)定壓熱功循環(huán)原理，研制出壓燃式柴油機，并取得了制造這種發(fā)動機的專利權。奔馳的單缸二沖程汽油發(fā)動機 奔馳1號上用的是二沖程發(fā)動機1886年被視為汽車的誕生日，那輛奔馳一直為人所津津樂道。但是其動力單元卻實在“寒酸”：第一輛“三輪奔馳”搭載的臥式單缸二沖程汽油發(fā)動機，最高時速16KM每小時。這就是第一輛汽車的發(fā)動機，那時勇敢卡爾奔馳的夫人駕駛這輛奔馳1號上坡還需要兒子推車，當然沿途不停

5、的熄火，轉向也不靈，回娘家100公里的路程硬是走了一整天。四沖程發(fā)動機的應用 四沖程發(fā)動機工作圖四沖程發(fā)動機其實早就由德國人奧托研制出來了。但應用的汽車上不得不提戴姆勒，他由于協(xié)助奧托研制四沖程發(fā)動機的原因而成為了第一個將四沖程發(fā)動機裝上汽車的人。顯然，從四沖程到二沖程是個巨大的進步。四沖程發(fā)動機的平衡性與燃燒效率都更加好。如今的汽車發(fā)動機技術已經基本全部用的是四沖程技術。而在發(fā)動機的基本運行方式確定后，卻有人又向傳統(tǒng)發(fā)出了挑戰(zhàn)。轉子式發(fā)動機 馬自達堅持的轉子發(fā)動機1957年，德國人汪克爾發(fā)明了轉子活塞發(fā)動機，這是汽油發(fā)動機發(fā)展的一個重要分支。轉子發(fā)動機的特點是利用內轉子圓

6、外旋輪線和外轉子圓內旋輪線相結合的機構，無曲軸連桿和配氣機構，可將三角活塞運動直接轉換為旋轉運動。它的零件數(shù)比往復活塞式汽油少40%，質量輕、體積小、轉速高、功率大。1958年汪克爾將外轉子改為固定轉子為行星運動，制成功率為22.79千瓦、轉速為5500轉/分的新型旋轉活塞發(fā)動機。該機具有重要的開發(fā)價值，因而引起各國的重視。日本東洋公司（馬自達公司）買下了轉子發(fā)動機的樣機，并把轉子發(fā)動機裝在汽車上，可以說，轉子發(fā)動機生在德國，長在日本。如今轉子發(fā)動機依然只是馬自達一家公司在用，不知道馬自達這門獨門技術何時能全面開花。如系本站原創(chuàng)文章，轉載請注明出處：發(fā)動機的工作形式確定后，就是發(fā)動機技術的完善

7、了，隨著時間的推移，好多發(fā)動機的經典設計都已經不能滿足人們的需求了?；推魇桨l(fā)動機化油器最早誕生于1892年，由美國人杜里埃發(fā)明。隨著技術的演進，化油器功能愈加完備，直到上個世紀中后期，化油器已經分為五部分：主供油系統(tǒng)、起動系統(tǒng)、怠速系統(tǒng)、大負荷加濃系統(tǒng)（省油器）和加速系統(tǒng)。五部分的作用在于：根據(jù)發(fā)動機在不同情況下的需要，將汽油氣化，并與空氣按一定比例混合成可燃混合氣，及時適量進入氣缸。 即將淘汰的化油器化油器的優(yōu)點有：能夠將內燃機的油氣比控制在理想的水平上，不論天候、溫度，永遠進行著一成不變的工作。而且化油器的成本低、可靠度高，維修、保養(yǎng)容易。當然化油器也存在許多弱點：比如，在冷車

8、啟動、怠速運轉、急加速或低氣壓環(huán)境等，這樣固定的供油方式實際上并無法全面滿足引擎的運轉需求，甚至可能因而產生黑煙、燃燒不全與馬力不足等狀況。因此，2002年起，中國已經明令禁止銷售化油器轎車，此后所有車型都改用電噴發(fā)動機。當然目前在馬路上跑的還有化油器式的發(fā)動機，隨著時間的推移，化油器式發(fā)動機將徹底退出歷史的舞臺。電噴發(fā)動機電噴提供最早出現(xiàn)于1967年，由德國保時捷公司研制的D型電子噴射裝置，隨后被用在大眾等德系轎車上。這種裝置是以進氣管里面的壓力做參數(shù)，但是它與化油器相比，仍然存在結構復雜，成本高，不穩(wěn)定的缺點。針對這些缺點，波許公司又開發(fā)了一種稱為L型電子控制汽油噴射裝置，它以進氣管內的空

9、氣流量做參數(shù)，可以直接按照進氣流量與發(fā)動機轉速的關系確定進氣量，據(jù)此噴射出相應的汽油。這種裝置由于設計合理，工作可靠，廣泛為歐洲和日本等汽車制造公司所采用，并奠定了今天電子控制燃油噴射裝置的雛形。 大眾1.8T電噴發(fā)動機目前為止，電噴系統(tǒng)的行車電腦會隨時偵測引擎溫度、進氣流量、轉速變化、震動狀況，并依照實際需求調整供油量與點火時間，因此在動力輸出、燃油經濟與排污表現(xiàn)上可以取得相當不錯的平衡。同時為了增加發(fā)動機進氣量，提高燃油效率，發(fā)動機從早期的單點噴射，演化至多點噴射，氣門數(shù)量從兩個增加至五個。目前最先進的當屬搭載VVT可變氣門技術的電噴發(fā)動機?？傮w而言，電噴供油系統(tǒng)的最大優(yōu)點就是燃

10、油供給之控制十分精確，讓引擎在任何狀態(tài)下都能有正確的空燃比，不僅讓引擎保持運轉順暢，其廢氣也能合乎環(huán)保法規(guī)的規(guī)范。然而，電噴供油系統(tǒng)并不是最科學的。由于內燃機構造的先天限制，電噴噴嘴安裝在氣門旁，只有在氣門打開時才能完成油氣噴射，因此噴射會受到開合周期的影響，產生延遲，因而影響電腦對噴射時間的控制。不過好在這一問題已經被缸內直噴技術解決了。缸內直噴發(fā)動機近兩年，當歐美廠商意識到電噴技術的研發(fā)已經進入瓶頸期，于是缸內直噴技術成為了各大廠商的主攻方向。目前市場上備受關注的缸內直噴發(fā)動機包括：奧迪FSI缸內直噴發(fā)動機、凱迪拉克SIDI雙模直噴發(fā)動機。與電噴發(fā)動機相比，缸內直噴發(fā)動機的噴油嘴被移到了汽

11、缸內部，因此缸內油氣的量不會受氣門開合的影響，而是直接由電腦自動決定噴油時機與份量，至于氣門則僅掌管空氣的進入時程，兩者則是在進入到汽缸內才進行混合的動作。由于油、氣的混合空間、時間都相當短暫，因此缸內直噴系統(tǒng)必須依靠高壓將燃油從噴油嘴壓入汽缸，以達到高度霧化的效果，從而更好的進行油氣混合。其中混合油氣的壓縮比越高的發(fā)動機，它的動力表現(xiàn)越強大，相應的節(jié)能效果越明顯。奧迪3.2升FSI缸內直噴發(fā)動機的壓縮比達到了10.3：1；凱迪拉克3.6升SIDI 雙模缸內直噴發(fā)動機的壓縮比達到了11.3：1。此外，缸內直噴系統(tǒng)的燃燒室、活塞也大多具有特殊的導流槽，以供油氣在進入燃燒室后能夠產生氣旋渦流，來提

12、高混合油氣的霧化效果與燃燒效率。一般而言，應用了缸內直噴技術的發(fā)動機要比同排量的多點噴射發(fā)動機的峰值功率提升10%至15%，而峰值扭矩能提升5%至10%。這樣的提升，可謂是一種質變，而單靠增加氣門數(shù)量是難以達到這一效果的。發(fā)動機新技術的不斷涌現(xiàn)：在發(fā)動機的工作方式和噴油方式確定后，發(fā)動機的進化之路并沒有終止，在發(fā)動機技術的完善上一代一代的汽車人在做著不懈的努力。有些完善甚至都沒辦法記錄。很顯然現(xiàn)在的發(fā)動機運轉更加平順了，抖動也不是那么激烈了。燃油經濟性也更好了，馬力更足了。而這些都是依賴于新技術的運用。為了改善進氣就有了：本田的ECVT,豐田的VVT-I,現(xiàn)代的CVVT，通用的DVVT等可變氣

13、門正時技術；為了獲得更好的空燃比，就有了大眾的TFSI分層噴射技術，VIS可變進氣道技術，渦輪增壓中冷技術等等；為了使環(huán)境污染最小在排氣管里又增加了氧傳感器，三元催化轉化器，以及廢棄在循環(huán)技術。目前，由于環(huán)境污染的惡劣影響，對汽車尾氣排放的要求也越來越高，老氣的發(fā)動機技術淘汰已經成了必然，更多充分利用能源的技術也在不停的研發(fā)當中。同時由于全球能源危機的巨大影響，更加節(jié)能的新能源技術必將在發(fā)動機技術的發(fā)展上書寫重重的一筆。附：發(fā)動機相關知識發(fā)動機就是一個能量轉換機構，即將汽油(柴油)的熱能，通過在密封汽缸內燃燒氣體膨脹時，推動活塞作功，轉變?yōu)闄C械能，這是發(fā)動機最基本原理。發(fā)動機所有結構都是為能量

14、轉換服務的，雖然發(fā)動機伴隨著汽車走過了100多年的歷史，無論是在設計上、制造上、工藝上還是在性能上、控制上都有很大的提高，其基本原理仍然未變，這是一個富于創(chuàng)造的時代，那些發(fā)動機設計者們，不斷地將最新科技與發(fā)動機融為一體，把發(fā)動機變成一個復雜的機電一體化產品，使發(fā)動機性能達到近乎完善的程度，各世界著名汽車廠商也將發(fā)動機的性能作為競爭亮點，那么什么是發(fā)動機性能呢？發(fā)動機的分類現(xiàn)代高科技在發(fā)動機上得到完美的體現(xiàn)，一些新技術、新結構廣泛應用在發(fā)動機上。如V12、V8、V6發(fā)動機：它們均指氣缸排列成V型，這種發(fā)動機充分利用動力學原理，具有良好的平穩(wěn)性，增大發(fā)動機排量，降低發(fā)動機高度。如：AudiA860

15、使用W12-12缸V型排列發(fā)動機，BENZS600使用V12-12缸IV型排列發(fā)動機等。一般情況下，按照排量大小的不同發(fā)動機分為三缸、四缸、六缸、八缸幾種類型。目前1.3L-2.3L排量的車大多采用直列四缸發(fā)動機，其特點是體積小、結構簡單、維修方便；2.5L以上的排量一般采用多缸設計，其中有直列六缸，如寶馬；也有呈一定角度分兩邊排列的V型六缸發(fā)動機，可有效果降低震動和噪音，如別克車系；一般來說排量越大，發(fā)動機的功率就越高。但現(xiàn)在也有些小排量的車通過渦輪增壓、多氣門、可變正時器等技術來提高功率。發(fā)動機的性能發(fā)動機性能參數(shù)也就是最能體現(xiàn)發(fā)動機工作能力的參數(shù)，主要包括：排量、最大功率、最大扭矩。關于排量：排量往往與發(fā)動機功率聯(lián)系在一起，排量的大小影響著發(fā)動機功率的高低，通常也把它作為劃分高、中、低檔車的標準。什么是排量呢？大家都清楚，活塞在氣缸內作往復上下運動，這樣往復運動必然有一個最高點和最低點，活塞從最低點到最高點所掃過的氣缸容積，稱為單缸排量，所有氣缸排量總和稱為發(fā)動機排量，很顯然3.0的排量對你來說應該心滿意足了。關于最大功率與最大扭矩：這往往是大家最容易混淆的兩個概念，有人認為車的功率越大，力就越大，其實不然。同樣300匹馬力，在跑車上可以讓車跑到250公里小時以上的速度，但在一部貨柜車上，可能最多只有150公里小時的速度，但它能拖動30-40噸重的