提高內(nèi)燃機的動力性和經(jīng)濟性的途徑

1、提高內(nèi)燃機的動力性和經(jīng)濟性的途徑【摘 要】即使在全球金融危機的大背景下，中國汽車產(chǎn)業(yè)仍然一枝獨秀，而汽車的心臟則是發(fā)動機，一輛車的動力性和經(jīng)濟性主要在于發(fā)動機，在這里介紹了現(xiàn)在的頂尖技術(shù)以此來提高發(fā)動機的綜合性能，比如渦輪增壓燃油直噴共軌燃燒分層燃燒可變氣門正時雙離合變速器等盡管各種技術(shù)的出現(xiàn)，在未來20年內(nèi)，內(nèi)燃機將仍然是主導技術(shù)，因此新的燃燒過程和高精密噴射技術(shù)的優(yōu)化、渦輪增壓、發(fā)動機的小型化、怠速起停系統(tǒng)等技術(shù)將是日后重要的研發(fā)方向。其實衡量一輛車性能的好壞不能單一的看其動力性后者經(jīng)濟性，如果說只看動力性的話那么大家所熟知的悍馬動力性絕對的好，但是為什么不普及呢？對，就是因為它的經(jīng)濟性不

2、夠好，別說買的時候貴，就是耗油一般人都燒不起。如果說只看經(jīng)濟性的話你可以去買1.0一下的小車，比如QQ，但很多人又對其動力性不滿足。所以說二者是相輔相成的，必須兼顧。那么就針對提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性的種種方法仔細談?wù)?。渦輪增壓技術(shù)其實簡單的來說就是其利用發(fā)動機排放的尾氣來驅(qū)動空氣壓縮機，以此增大氣缸單位時間的進氣流量，從而提高發(fā)動機的功率和扭矩。一臺發(fā)動機裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器的時候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一臺的發(fā)動機在經(jīng)過增壓之后能夠產(chǎn)生更大的功率。就拿我們最常見的1.8T渦輪增壓發(fā)動機來說，經(jīng)過增壓之后，動力可以達到2.4L發(fā)動機的水平，但是耗油

3、量卻比1.8發(fā)動機并不高多少，在另外一個層面上來說就是提高燃油經(jīng)濟性和降低尾氣排放。 不過也有它的缺點，其中最大的就是動力輸出的滯后性，現(xiàn)在全世界很多國家的汽車制造商都熱衷于這項技術(shù)，并在不斷研發(fā)與改進，以前在中國幾乎這就是一個盲區(qū)，隨著近幾年自主品牌的快速發(fā)展，像奇瑞和吉利等的這種技術(shù)也很快就會出現(xiàn)在量產(chǎn)的車型當中。燃油直噴技術(shù)就像是從化油器到電噴一樣，直噴技術(shù)又是發(fā)動機供油系統(tǒng)的一大改革，N多年后一樣會像電噴代替化油器那樣取代了電噴普及在所有的汽油發(fā)動機上。 在構(gòu)造上，傳統(tǒng)多點噴射系統(tǒng)的噴油嘴是位于進氣歧管前方，在引擎需要供油時，由計算機計算出最佳的供油量并與進入引擎的空氣混合后，經(jīng)由進氣

4、閥門到達汽缸內(nèi)部，并進行壓縮、爆炸等動作。至于缸內(nèi)直噴系統(tǒng)，則是將噴油嘴置于汽缸內(nèi)部，其特色在于引擎燃油的取得不需要經(jīng)過氣門的開啟，而能夠藉由計算機主動控制噴油時間、壓力與噴射量。與傳統(tǒng)噴射系統(tǒng)相較，缸內(nèi)直噴不受限于傳統(tǒng)機械構(gòu)造的進氣方式，而且能夠依照引擎所需隨時調(diào)整空燃比例等特點，均使其表現(xiàn)擁有無限的想象空間。圖為燃油直噴系統(tǒng)眾所皆知，內(nèi)燃機在一般工作狀態(tài)中所需的理想油氣比例為1：14.7，這種調(diào)配是傳統(tǒng)化油器的專長，不論天候、溫度，永遠進行著一成不變的工作。然而在少數(shù)狀態(tài)下如冷車啟動、怠速運轉(zhuǎn)、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(zhuǎn)需求，甚至可能因而產(chǎn)生黑煙

5、、燃燒不全與馬力不足等狀況。至于噴射供油系統(tǒng)，則相對顯得智能許多，其中樞系統(tǒng)會隨時偵測引擎溫度、進氣流量、轉(zhuǎn)速變化、震動狀況，并依照實際需求調(diào)整供油量與點火時間，因此在動力輸出、燃油經(jīng)濟與排污表現(xiàn)上可以取得相當不錯的平衡。但是由于引擎構(gòu)造的先天限制，噴射引擎所吸進油氣的時間只有在氣門開啟狀態(tài)下才能進行，故行車計算機所能控制的因子其實也相當有限。直到缸內(nèi)直噴系統(tǒng)問世后將噴油嘴內(nèi)移到汽缸內(nèi)部后，才開啟了全新的視野，其能直接由計算機主動決定噴油時機與份量，至于氣門則僅看管“純空氣”的進入時程，兩者則是在進入到汽缸內(nèi)才進行混合的動作。也由于油、氣的混合空間、時間都相當短暫，故缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的噴油嘴必須輔

6、以高增壓系統(tǒng)，以大幅提高燃油的噴射壓力與效率，并達到高度霧化的效果，期有更佳的混合表現(xiàn)。此外，缸內(nèi)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(chǎn)生氣旋渦流，藉以提高混合油氣的霧化效果與燃燒效率。在構(gòu)造改變之后，供油動作已完全獨立于進門與活塞系統(tǒng)之外，中央計算機也因而擁有更多的主導權(quán)。于是乎，超乎傳統(tǒng)噴射理論的稀薄燃燒與更多元的混合比便得以發(fā)生。在穩(wěn)定行進或低負載狀態(tài)下，采用缸內(nèi)直噴設(shè)計的引擎得以進入Ultra lean(精實)模式。在此設(shè)定下，引擎于進氣行程時只能吸進空氣，至于噴油嘴則在壓縮行程才供給燃料，以達到節(jié)約效果。根據(jù)實際測試，其最高能達到1：65的油、氣比

7、例，除了節(jié)能表現(xiàn)相當驚人，整體動力曲線也能夠維持在相當高的平順程度。然而本模式由于會產(chǎn)生相當大量的NOx(硫化物)與高溫氣體，所幸在近期由于技術(shù)與材料科學的突破，故也已得到相當程度的解決。 3.2升的奧迪A6L的百公里油耗僅為11升。這要歸功于FSI發(fā)動機的缸內(nèi)直噴技術(shù)。FSI發(fā)動機與傳統(tǒng)發(fā)動機相比，最大的亮點在于發(fā)動機的經(jīng)濟性提高了15%。奧迪FSI增加了火花塞點燃式發(fā)動機的扭矩和輸出，與常規(guī)的點燃式發(fā)動機相比，F(xiàn)SI可將燃油直接噴入燃燒室，從而增大了輸出功率并降低了燃油消耗。分層燃燒技術(shù) 在這里舉例大眾的FSI發(fā)動機 大眾FSI發(fā)動機利用一個高壓泵，使汽油通過一個分流軌道（共軌）到達電磁控

8、制的高壓噴射氣門。它的特點是在進氣道中已經(jīng)產(chǎn)生可變渦流，使進氣流形成最佳的渦流形態(tài)進入燃燒室內(nèi)，以分層填充的方式推動，使混合氣體集中在位于燃燒室中央的火花塞周圍。如果稀燃技術(shù)的混合比達到25：1以上，按照常規(guī)是無法點燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內(nèi)空氣的運動在火花塞周圍形成易于點火的濃混合氣，混合比達到12：1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點燃后，燃燒迅速波及外層。 FSI特點是：能夠降低泵吸損失，在低負荷時確保低油耗，但需要增加特殊催化轉(zhuǎn)換器以有效凈化處理排放氣體。 現(xiàn)在集結(jié)了上述技術(shù)的發(fā)動機很少，但值得一提的就是大眾的TSI發(fā)動機，不光擁有上述技術(shù)還有機械增壓，其實就是雙增

9、壓了，使發(fā)動機動力更加強勁，可謂是非常先進的發(fā)動機了。 要想提高汽車的動力性和經(jīng)濟性不光只對發(fā)動機進行改進，也有其他途徑，想想除了發(fā)動機外另一個主要部件就是變速器了。雙離合變速器 最早這項技術(shù)應(yīng)用在賽車上，知道上世紀90年代后期，大眾公司和博格華納才攜手合作生產(chǎn)出了第一個適用于大批量生產(chǎn)和應(yīng)用于主流車型的DualTronic(R)技術(shù)雙離合變速器，稱之為DSG。雙離合變速器有別于一般的自動變速器系統(tǒng)，它基于手動變速器而又不是自動變速器，除了擁有手動變速器的靈活性及自動變速器的舒適性DCT內(nèi)含兩臺自動控制的離合器，由電子控制及液壓推動，能同時控制兩臺離合器的運作。當變速器運作時，一組齒輪被嚙合，

10、而接近換擋時，下一組擋段的齒輪已被預(yù)選，但離合器仍處于分離狀態(tài)；當換擋時，一臺離合器將使用中的齒輪分離，同時另一臺離合器嚙合已被預(yù)選，在整個換擋期間能確保最少有一組齒輪在輸出動力，從而不會出現(xiàn)動力中斷的狀況。為配合以上運作，DCT的傳動軸運動時被分為兩部分，一為實心的傳動軸，另一為空心的傳動軸。實心的傳動軸連接了1、3、5及倒擋，而空心的傳動軸則連接2、4及6擋，兩臺離合器各自負責一根傳動軸的嚙合動作，引擎動力便會由其中一根傳動軸做出無間斷的傳送。代表當今世界汽車發(fā)動機技術(shù)頂尖水平的TSI渦輪增壓缸內(nèi)直噴發(fā)動機與最具革命性的DSG雙離合自動變速器的完美組合不僅使車輛的油耗和排放都降低20%以上

11、，更將動力總成發(fā)揮至效能之巔。 并不是所以廠家都熱衷于渦輪增壓和直噴技術(shù)，他們會在氣門上下功夫，典型的就是日本的本田和豐田等連續(xù)可變氣門正時機構(gòu)就拿已經(jīng)相當成熟的本田的VTEC技術(shù)為例吧，VTEC是本田開發(fā)的先進發(fā)動機技術(shù)，也是世界上第一個能同時控制氣門開閉時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)動機相比，VTEC發(fā)動機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)動凸輪，并可通過電子控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)進行自動轉(zhuǎn)換。通過VTEC系統(tǒng)裝置，發(fā)動機可以根據(jù)行駛工況自動改變氣門的開啟時間和提升程度，即改變進氣量和排氣量，從而達到增大功率、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