汽車發(fā)動機(jī)發(fā)展史

汽車發(fā)動機(jī)發(fā)展史汽車整體技術(shù)日新月異，而作為汽車的心臟一一發(fā)動機(jī)技術(shù)的進(jìn)步顯得更受關(guān)注。如今介紹一輛汽車的發(fā)動機(jī)時:可變氣門正時技術(shù)，雙頂置凸輪軸技術(shù)，缸內(nèi)直噴技術(shù)，VCM汽缸管理技術(shù)，渦輪增壓技術(shù)，等等都已經(jīng)運用的相當(dāng)廣泛;在用料上也是往輕量化的方向發(fā)展:全鋁發(fā)動機(jī)目前的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛;汽車的污染也是不可避免，于是新能源技術(shù)，包括柴油機(jī)的高壓共軌，燃料電池，混合動力，純電動，生物燃料技術(shù)也已經(jīng)有普及的趨向，但回顧一下發(fā)動機(jī)的歷史或許更能理解這一百多年來汽車技術(shù)所發(fā)生的巨大變革。十佳發(fā)動機(jī)VQ35汽車技術(shù)的迅猛發(fā)展從我國的汽車教材也能看出端倪:新技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)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(fēng)汽車的發(fā)動機(jī)來作為范例，而東風(fēng)發(fā)動機(jī)還是帶化油器的老式發(fā)動機(jī)，與如今全電子化的發(fā)動機(jī)簡直就隔了幾個世紀(jì)。回到汽車的起步階段，那時的汽車被馬車嘲笑，污染嚴(yán)重，但起步的意義卻非同尋常。汽油機(jī)之前的摸索階段18世紀(jì)中葉，瓦特發(fā)明了蒸氣機(jī)，此后人們開始設(shè)想把蒸汽機(jī)裝到車子上載人。法國的居紐(N.J.Cugnot)是第一個將蒸汽機(jī)裝到車子上的人。1770年，居紐制作了一輛三輪蒸汽機(jī)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(jī)車。1771年古諾改進(jìn)了蒸汽汽車，時速可達(dá)9.5千米，牽引4-5噸的貨物。蒸汽機(jī)汽車1858年，定居在法國巴黎的里諾發(fā)明了煤氣發(fā)動機(jī)，并于1860年申請了專利。發(fā)動機(jī)用煤氣和空氣的混合氣體取代往復(fù)式蒸汽機(jī)的蒸汽，使用電池和感應(yīng)線圈產(chǎn)生電火花，用電火花將混合氣點燃爆發(fā)。這種發(fā)動機(jī)有氣缸、活塞、連桿、飛輪等。煤氣機(jī)是內(nèi)燃機(jī)的初級產(chǎn)品，因為煤氣發(fā)動機(jī)的壓縮比為零。奔馳1號上用的是二沖程發(fā)動機(jī)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(jī)，最高時速16KM每小時。這就是第一輛汽車的發(fā)動機(jī)，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(dāng)然沿途不停的熄火，轉(zhuǎn)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(jī)的應(yīng)用馬自達(dá)堅持的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)1957年，德國人汪克爾發(fā)明了轉(zhuǎn)子活塞發(fā)動機(jī)，這是汽油發(fā)動機(jī)發(fā)展的一個重要分支。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的特點是利用內(nèi)轉(zhuǎn)子圓外旋輪線和外轉(zhuǎn)子圓內(nèi)旋輪線相結(jié)合的機(jī)構(gòu)，無曲軸連桿和配氣機(jī)構(gòu)，可將三角活塞運動直接轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。它的零件數(shù)比往復(fù)活塞式汽油少40%，質(zhì)量輕、體積小、轉(zhuǎn)速高、功率大。1958年汪克爾將外轉(zhuǎn)子改為固定轉(zhuǎn)子為行星運動，制成功率為22.79千瓦、轉(zhuǎn)速為5500轉(zhuǎn)/分的新型旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動機(jī)。該機(jī)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(dá)公司）買下了轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的樣機(jī)，并把轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)裝在汽車上，可以說，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)生在德國，長在日本。如今轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)依然只是馬自達(dá)一家公司在用，不知道馬自達(dá)這門獨門技術(shù)何時能全面開花。發(fā)動機(jī)的工作形式確定后，就是發(fā)動機(jī)技術(shù)的完善了，隨著時間的推移，好多發(fā)動機(jī)的經(jīng)典設(shè)計都已經(jīng)不能滿足人們的需求了。化油器最早誕生于1892年，由美國人杜里埃發(fā)明。隨著技術(shù)的演進(jìn)，化油器功能愈加完備，直到上個世紀(jì)中后期，化油器已經(jīng)分為五部分:主供油系統(tǒng)、起動系統(tǒng)、怠速系統(tǒng)、大負(fù)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(jī)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(jìn)入氣缸。即將淘汰的化油器化油器的優(yōu)點有:能夠?qū)?nèi)燃機(jī)的油氣比控制在理想的水平上，不論天候、溫度，永遠(yuǎn)進(jìn)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(dāng)然化油器也存在許多弱點：比如，在冷車啟動、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、燃燒不全與馬力不足等狀況。因此，2002年起，中國已經(jīng)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(jī)。當(dāng)然目前在馬路上跑的還有化油器式的發(fā)動機(jī)，隨著時間的推移，化油器式發(fā)動機(jī)將徹底退出歷史的舞臺。電噴發(fā)動機(jī)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(jìn)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(jié)構(gòu)復(fù)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(jìn)氣管內(nèi)的空氣流量做參數(shù)，可以直接按照進(jìn)氣流量與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系確定進(jìn)氣量，據(jù)此噴射出相應(yīng)的汽油。這種裝置由于設(shè)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。目前，電噴系統(tǒng)的行車電腦會隨時偵測引擎溫度、進(jìn)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(jì)與排污表現(xiàn)上可以取得相當(dāng)不錯的平衡。同時為了增加發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量，提高燃油效率，發(fā)動機(jī)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(jìn)的當(dāng)屬搭載VVT可變氣門技術(shù)的電噴發(fā)動機(jī)?？傮w而言，電噴供油系統(tǒng)的最大優(yōu)點就是燃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(zhuǎn)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(xué)的。由于內(nèi)燃機(jī)構(gòu)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(chǎn)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(jīng)被缸內(nèi)直噴技術(shù)解決了。缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)近兩年，當(dāng)歐美廠商意識到電噴技術(shù)的研發(fā)已經(jīng)進(jìn)入瓶頸期，于是缸內(nèi)直噴技術(shù)成為了各大廠商的主攻方向。目前市場上備受關(guān)注的缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)包括:奧迪FSI缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)、凱迪拉克SIDI雙模直噴發(fā)動機(jī)。與電噴發(fā)動機(jī)相比，缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)的噴油嘴被移到了汽缸內(nèi)部，因此缸內(nèi)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(jī)與份量，至于氣門則僅掌管空氣的進(jìn)入時程，兩者則是在進(jìn)入到汽缸內(nèi)才進(jìn)行混合的動作。由于油、氣的混合空間、時間都相當(dāng)短暫，因此缸內(nèi)直噴系統(tǒng)必須依靠高壓將燃油從噴油嘴壓入汽缸，以達(dá)到高度霧化的效果，從而更好的進(jìn)行油氣混合。其中混合油氣的壓縮比越高的發(fā)動機(jī)，它的動力表現(xiàn)越強(qiáng)大，相應(yīng)的節(jié)能效果越明顯。奧迪3.2升FSI缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)的壓縮比達(dá)到了10.3:1;凱迪拉克3.6升SIDI雙模缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)的壓縮比達(dá)到了11.3:1。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，來提高混合油氣的霧化效果與燃燒效率。一般而言，應(yīng)用了缸內(nèi)直噴技術(shù)的發(fā)動機(jī)要比同排量的多點噴射發(fā)動機(jī)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(zhì)變，而單靠增加氣門數(shù)量是難以達(dá)到這一效果的。發(fā)動機(jī)新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)：在發(fā)動機(jī)的工作方式和噴油方式確定后，發(fā)動機(jī)的進(jìn)化之路并沒有終止，在發(fā)動機(jī)技術(shù)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(jī)運轉(zhuǎn)更加平順了，抖動也不是那么激烈了。燃油經(jīng)濟(jì)性也更好了，馬力更足了。而這些都是依賴于新技術(shù)的運用。為了改善進(jìn)氣就有了：本田的ECVT,豐田的VVT-I,現(xiàn)代的CVVT，通用的DVVT等可變氣門正時技術(shù);為了獲得更好的空燃比，就有了大眾的TFSI分層噴射技術(shù)，VIS可變進(jìn)氣道技術(shù)，渦輪增壓中冷技術(shù)等等;為了使環(huán)境污染最小在排氣管里