提高內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的途徑

1、提高內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的途徑【摘 要】即使在全球金融危機(jī)的大背景下，中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)仍然一枝獨(dú)秀，而汽車的心臟則是發(fā)動(dòng)機(jī)，一輛車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性主要在于發(fā)動(dòng)機(jī)，在這里介紹了現(xiàn)在的頂尖技術(shù)以此來提高發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)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(jī)將仍然是主導(dǎo)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(dòng)機(jī)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(shí)衡量一輛車性能的好壞不能單一的看其動(dòng)力性后者經(jīng)濟(jì)性，如果說只看動(dòng)力性的話那么大家所熟知的悍馬動(dòng)力性絕對(duì)的好，但是為什么不普及呢？對(duì)，就是因?yàn)樗慕?jīng)濟(jì)性不

2、夠好，別說買的時(shí)候貴，就是耗油一般人都燒不起。如果說只看經(jīng)濟(jì)性的話你可以去買1.0一下的小車，比如QQ，但很多人又對(duì)其動(dòng)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(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的種種方法仔細(xì)談?wù)?。渦輪增壓技術(shù)其實(shí)簡(jiǎn)單的來說就是其利用發(fā)動(dòng)機(jī)排放的尾氣來驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)，以此增大氣缸單位時(shí)間的進(jìn)氣流量，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器的時(shí)候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)來說，經(jīng)過增壓之后，動(dòng)力可以達(dá)到2.4L發(fā)動(dòng)機(jī)的水平，但是耗油

3、量卻比1.8發(fā)動(dòng)機(jī)并不高多少，在另外一個(gè)層面上來說就是提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低尾氣排放。 不過也有它的缺點(diǎn)，其中最大的就是動(dòng)力輸出的滯后性，現(xiàn)在全世界很多國(guó)家的汽車制造商都熱衷于這項(xiàng)技術(shù)，并在不斷研發(fā)與改進(jìn)，以前在中國(guó)幾乎這就是一個(gè)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(huì)出現(xiàn)在量產(chǎn)的車型當(dāng)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(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)的一大改革，N多年后一樣會(huì)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(dòng)機(jī)上。 在構(gòu)造上，傳統(tǒng)多點(diǎn)噴射系統(tǒng)的噴油嘴是位于進(jìn)氣歧管前方，在引擎需要供油時(shí)，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出最佳的供油量并與進(jìn)入引擎的空氣混合后，經(jīng)由進(jìn)氣

4、閥門到達(dá)汽缸內(nèi)部，并進(jìn)行壓縮、爆炸等動(dòng)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(jì)算機(jī)主動(dòng)控制噴油時(shí)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(jī)械構(gòu)造的進(jìn)氣方式，而且能夠依照引擎所需隨時(shí)調(diào)整空燃比例等特點(diǎn)，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(jī)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(zhǎng)，不論天候、溫度，永遠(yuǎn)進(jìn)行著一成不變的工作。然而在少數(shù)狀態(tài)下如冷車啟動(dòng)、怠速運(yùn)轉(zhuǎn)、急加速或低氣壓環(huán)境等，這樣固定的供油方式實(shí)際上并無法全面滿足引擎的運(yùn)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(duì)顯得智能許多，其中樞系統(tǒng)會(huì)隨時(shí)偵測(cè)引擎溫度、進(jìn)氣流量、轉(zhuǎn)速變化、震動(dòng)狀況，并依照實(shí)際需求調(diào)整供油量與點(diǎn)火時(shí)間，因此在動(dòng)力輸出、燃油經(jīng)濟(jì)與排污表現(xiàn)上可以取得相當(dāng)不錯(cuò)的平衡。但是由于引擎構(gòu)造的先天限制，噴射引擎所吸進(jìn)油氣的時(shí)間只有在氣門開啟狀態(tài)下才能進(jìn)行，故行車計(jì)算機(jī)所能控制的因子其實(shí)也相當(dāng)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(jì)算機(jī)主動(dòng)決定噴油時(shí)機(jī)與份量，至于氣門則僅看管“純空氣”的進(jìn)入時(shí)程，兩者則是在進(jìn)入到汽缸內(nèi)才進(jìn)行混合的動(dòng)作。也由于油、氣的混合空間、時(shí)間都相當(dāng)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(dá)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(dǎo)流槽，以供油氣在進(jìn)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(dòng)作已完全獨(dú)立于進(jìn)門與活塞系統(tǒng)之外，中央計(jì)算機(jī)也因而擁有更多的主導(dǎo)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(jìn)或低負(fù)載狀態(tài)下，采用缸內(nèi)直噴設(shè)計(jì)的引擎得以進(jìn)入U(xiǎn)ltra lean(精實(shí))模式。在此設(shè)定下，引擎于進(jìn)氣行程時(shí)只能吸進(jìn)空氣，至于噴油嘴則在壓縮行程才供給燃料，以達(dá)到節(jié)約效果。根據(jù)實(shí)際測(cè)試，其最高能達(dá)到1：65的油、氣比

7、例，除了節(jié)能表現(xiàn)相當(dāng)驚人，整體動(dòng)力曲線也能夠維持在相當(dāng)高的平順程度。然而本模式由于會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)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(xué)的突破，故也已得到相當(dāng)程度的解決。 3.2升的奧迪A6L的百公里油耗僅為11升。這要?dú)w功于FSI發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)直噴技術(shù)。FSI發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，最大的亮點(diǎn)在于發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性提高了15%。奧迪FSI增加了火花塞點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和輸出，與常規(guī)的點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī) 大眾FSI發(fā)動(dòng)機(jī)利用一個(gè)高壓泵，使汽油通過一個(gè)分流軌道（共軌）到達(dá)電磁控

8、制的高壓噴射氣門。它的特點(diǎn)是在進(jìn)氣道中已經(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。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。 FSI特點(diǎn)是：能夠降低泵吸損失，在低負(fù)荷時(shí)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(dòng)機(jī)很少，但值得一提的就是大眾的TSI發(fā)動(dòng)機(jī)，不光擁有上述技術(shù)還有機(jī)械增壓，其實(shí)就是雙增

9、壓了，使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力更加強(qiáng)勁，可謂是非常先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)了。 要想提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性不光只對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，也有其他途徑，想想除了發(fā)動(dòng)機(jī)外另一個(gè)主要部件就是變速器了。雙離合變速器 最早這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在賽車上，知道上世紀(jì)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(gè)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(dòng)變速器系統(tǒng)，它基于手動(dòng)變速器而又不是自動(dòng)變速器，除了擁有手動(dòng)變速器的靈活性及自動(dòng)變速器的舒適性DCT內(nèi)含兩臺(tái)自動(dòng)控制的離合器，由電子控制及液壓推動(dòng)，能同時(shí)控制兩臺(tái)離合器的運(yùn)作。當(dāng)變速器運(yùn)作時(shí)，一組齒輪被嚙合，

10、而接近換擋時(shí)，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(dāng)換擋時(shí)，一臺(tái)離合器將使用中的齒輪分離，同時(shí)另一臺(tái)離合器嚙合已被預(yù)選，在整個(gè)換擋期間能確保最少有一組齒輪在輸出動(dòng)力，從而不會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力中斷的狀況。為配合以上運(yùn)作，DCT的傳動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)被分為兩部分，一為實(shí)心的傳動(dòng)軸，另一為空心的傳動(dòng)軸。實(shí)心的傳動(dòng)軸連接了1、3、5及倒擋，而空心的傳動(dòng)軸則連接2、4及6擋，兩臺(tái)離合器各自負(fù)責(zé)一根傳動(dòng)軸的嚙合動(dòng)作，引擎動(dòng)力便會(huì)由其中一根傳動(dòng)軸做出無間斷的傳送。代表當(dāng)今世界汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)頂尖水平的TSI渦輪增壓缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)與最具革命性的DSG雙離合自動(dòng)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(dòng)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(huì)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(shí)機(jī)構(gòu)就拿已經(jīng)相當(dāng)成熟的本田的VTEC技術(shù)為例吧，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，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