國內外汽車發動機的技術現狀及發展趨勢

2018-08-06 07:30:11

國內外汽車發動機的技術現狀及發展趨勢

摘要:內燃機的發明,帶動了汽車的發展,給世人在“行”上帶來極大的便利,使之間的距離縮小,人們的工作速度得以提高。近年來隨著電子技術的發展,又使汽車發動機如虎添翼,成為高新技術的集成。伴隨汽車產銷量快速增長而來的是大氣污染和石油消耗。無疑,先進的發動機技術將在汽車節能、環保技術開發中起著關鍵的決定性的作用。

關鍵字:車用汽油機 柴油機 發動機技術 發展趨勢 可變氣門定時技術

前言:面對世界石油資源日趨枯竭給社會發展帶來的壓力, 面對汽車保有量急劇增長對環境的影響, 世界汽車界不停地在尋找實現汽車工業可持續發展的新技術和新結構解決方法。

一、發動機簡述:

發動機是將某一種形式的能量轉換為機械能的機器。其功用是將液體或氣體的化學能通過燃燒後轉化為熱能,再把熱能通過膨脹轉化為機械能並對外輸出動力。汽車的動力來自發動機。

發動機是汽車的心臟,為汽車的行走提供動力,汽車的動力性、經濟性、環保性。簡單講發動機就是一個能量轉換機構,即將汽油(柴油)或天然氣的熱能,通過在密封氣缸內燃燒氣體膨脹時,推動活塞作功,轉變為機械能,這是發動機最基本原理。

發動機所有結構都是為能量轉換服務的,發動機伴隨著汽車走過了100多年的歷史,無論是在設計上、製造上、工藝上還是在性能上、控制上都有很大的提高,但其基本原理仍然未變,這是一個富於創造的時代,那些發動機設計者們,不斷地將最新科技與發動機融為一體,把發動機變成一個複雜的機電一體化產品,使發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動機的性能作為競爭亮點,現在的汽車發動機不僅注重汽車動力的體現,更加注重能源消耗、尾氣排放等與環境保護相關的方面。使得人們在悠閒的享受汽車文化的同時,也能保護環境,節約資源。

二、車用汽油機發展及現狀:

1、國內汽油機現狀:

我國早期汽油機大多是引進和測繪仿製產品,如:一汽解放載貨車用CA6102、BJ2020車用BN492Q、南汽輕型貨車用6427等。之後隨著中外合資企業的建立及技術引進,我國汽車行業已生產多種機型,例如:切諾基BJ498Q、BJ698Q(2.5L、4.0L);桑塔納AEE(1.8L);帕薩特AWL(1.8L);北京現代伊蘭特B4GB(1.8L);天津一汽夏利TJ376Q(LOL);長安奧拓JL368Q (0.8L);廣州豐田凱美瑞(豐田2.4L);廣州本田雅閣(2.0L、2AL、3.0L);廣州本田飛度(1.3L、1.5L);東風日產(1.6L、1.8L、2.0L);一汽轎車引進技術生產的克萊斯勒CA488 (2.2L);瀋陽航天三菱引進的三菱4G63、4664(2.0、2.4L)和4669系列汽油機;東安動力引進的三菱4G1(1.3L、1.6L),4G9(1.8L、2.0L);東風悅達起亞千里馬(1.6L),以及國內瀋陽新光、保定長城等企業生產的491Q(豐田4Y),吉利生產的JL376(LOL)、JL479(1.3、1.50、JL481(1.8L)汽油機等

目前國內已經能夠自行設計並開發中小功率的汽油發動機和部分中速發動機。華晨汽車將自主智慧財產權的1.8T發動機裝上了自己的汽車。中國“首款自主T系列車型”———1.8T中華轎車近日在北京人民大會堂高調上市。清華大學汽車工程開發研究院常務副院長宋健博士告訴記者,根據他的了解,即使與國外的“T”型車相比,1.8T中華的表現也仍然在多項指標上高出一截。儘管合資汽車公司在總量上占據了目前中國國內發動機生產的絕大部分地盤,但作為汽車的心臟,自己製造發動機也出現在越來越多的中國自主品牌汽車公司的計畫中。吉利汽車做出了中國第一台CVVT發動機;奇瑞和奧地利AVL公司合作開發了多款發動機;長安汽車和德國FEV公司合作開發了系列發動機;海馬汽車也引進了馬自達的發動機技術。

在技術套用方面,大多數引進機型和合資企業生產的機型都採用一些國外先進技術。

1)天津豐田8A、5A,東風本田,北京現代,奇瑞SQR372(0.8L)、SQR481Q(1.6L),神龍公司愛麗舍(1.6L)等都使用多氣門和DOHC技術。

2)東風本田發動機,天津豐田發動機有限公司生產的花冠、皇冠汽油機,東風日產,北京現代等生產的汽油機型都引進可變氣門技術(VTEC、VVT-i、CVVT等)。特別是奇瑞公司,在AVL公司幫助下開發的自主品牌1.6LSQR481H和2.0L SQR484H汽油機使用了VVT可變氣門技術,吉利也開發出了帶可變技術的自主品牌汽油機。

3)汽油機直噴(GDI)發動機國內尚未批量生產,但奇瑞公司在AVL公司幫助下開發的自主品牌2.0L SQR484J汽油機使用了GDI技術。

4)全鋁發動機國內產品較多,如長安鈴木雨燕1.3L汽油機、東風本田發動機的產品、上海大眾POLO發動機等,奇瑞動力1.6L SQR481F(已投產)和SQR481 H及未投產的SQR484J、SQR681 V(2.4L)、SQR684V(3.0L)都是全鋁發動機。

5)國內奇瑞公司已投產的自主品牌SQR481H(1.6L)具有CBR系統,奇瑞公司其他樣機中不少機型也裝有CBR系統。

6)國內引進的已投產機型中已有不少機型採用渦輪增壓技術:如PASSAT 1.8T、寶來1.8T等;華晨金杯在德國FEV公司幫助下開發的1.8T汽油機,也是增壓機型(配裝中華轎車)。

7)停缸技術、智慧型氣門、可變壓縮比等技術尚未在國內生產的汽油機中採用。

8)發動機電噴管理系統(EMS)國內主要有聯合電子有限公司、北京萬源德爾福發動機管理系統公司,分別是中方與德國BOSCH公司和中方與美國德爾福公司的合資企業。同時,還有馬瑞利、電裝和摩托羅拉等企業生產。

9)汽油機電噴系統中感測器、電控噴油泵等國內己批量生產;汽油機排氣系統中三效催化轉化器及陶瓷芯等,國內己批量生產,如:大連華克吉來特、天津卡達克高新技術公司等生產三效催化轉化器;在蘇州的日本獨資企業NGK(蘇州)環保陶瓷有限公司生產國Ⅲ、國Ⅳ汽油機用三效催化轉化器陶瓷芯等。

國內已經投產的發動機廠可以分為三大類:

第一類 是2000年以前投產的,基本是20年以前的技術,典型的代表就是豐田的491發動機至今還在生產。

第二類 是在2000年到2005年之間投產的,它是上一代技術被轉移到中國來的結果,典型的代表是三菱4G6平台上的發動機。

第三類 是2005年之後開工的,和國際先進水平保持同步水準,比如通用的V8的技術、大眾的EA888平台上的直噴技術。

也就是說,不同技術水平的發動機現在幾乎都在中國同時生產。但是隨著中國政府排放法規的越來越嚴格,未來技術落後的發動機將難以在國內立足。從目前發動機的國2排放標準到2007年7月1日實施的國3排放標準,再到2010年的國4排放標準,以及2013年可能實施的國5排放標準,發動機廠家被不斷要求提升技術能力。

當然,這種發動機的升級換代工作還受燃油價格、油品質量特別是柴油質量的影響。汽車消費稅政策和燃油消耗量政策,也都會對發動機在中國的生產起到很大的作用。混合動力和代用燃料仍然會扮演重要的替代角色。

2、國外汽油機現狀:

為了適應汽車對節油、環保、安全的需要,車用汽油機主要朝著更節油、更環保的方向發展,因此歐洲己執行歐Ⅳ標準。以下為國外在汽油機方面主要先進技術。

1)多氣門技術:每缸3-5個氣門(大多為4氣門),可提高功率,改善燃燒質量,如捷達王5氣門、豐田8A4氣門等。

2)雙頂置凸輪軸(D.HC)可提高轉速、提升可靠性。

3)可變氣門正時(VVT):根據不同轉速調節氣門時,可節省燃油,改善排放,如本田VTEC、豐田VVT-i等。

4)汽油機增壓:可提高升功率,在排量不變的情況下,可提高功率,如帕薩特1.8T轎車。

5)可變進氣道長度(VIM):在不同轉速下使用不同進氣道長度,保證在任何工況下都有較好的充氣效率,如奧迪A6。

6)停缸技術:在輸出功率減小時,使一部分氣缸停止工作,可節省燃油,如通用開拓者EXT 2005款有8個氣缸,需要時可使4個氣缸一停止工作。

7)全鋁發動機:使用鋁缸體、缸蓋、活塞等,可減小質量,節省燃油,如日本鈴木1.3L、1.4L汽油機。

8)智慧型驅動氣門(SVA):取代傳統凸輪軸,每一個氣門挺桿上有一個獨立的驅動器,可以減少20%油耗及污染物,如:法國法雷奧公司已設計出樣機,2009年可大批量投產。

9)可變壓縮比汽油機:將傳輸功率與壓縮比控制功能進行整合,壓縮比可變。2005年法國MCE-5公司己開發出樣機。

10)汽油機直噴(GDI)和稀薄燃燒技術:將高壓汽油直接噴射到氣缸內,周圍為稀薄混合氣,實現分層燃燒,可提高燃料經濟性,節油約20%,如豐田皇.冠3.0L V6汽油機(國產皇冠無GDI技術)。

11)可控燃燒速率系統(CBR):兩個進氣道,有一個是切向進氣的,另一個是中性的。噴油器向兩個進氣道噴入等量的燃油。改變進氣口封閉控制閥的位置,可調節氣缸內空氣渦流強度和混合氣濃度,實現稀薄燃燒;

12)發動機控制用ECU已達32位,匹配參數超過6000個。

以福特為例,日前,福特汽車公司在美國底特律推出了一項名為EcoBoost的全新發動機技術。未來5年中,每年在北美將有50萬輛福特、林肯和安全品牌汽車採用這一新技術,從而使其燃油經濟性提升高達20%。

採用EcoBoost技術的4缸和6缸發動機兼具渦輪增壓和燃油直噴兩種技術。相比更為昂貴的混合動力與柴油發動機,EcoBoost技術建立在現今廣泛使用的汽油發動機上,通過改進,使其在無損駕駛性能的前提下提高燃油經濟性並降低排放。目前,各國的汽車公司都在大力開發和採用這種技術先進、性能優異的產品。日本三菱汽車公司一直處於領先地位。自1996年8月率先向市場投放第一台GDI發動機以來,三菱公司先後又開發出了多種不同類型的GDI發動機,即2.4L四缸機、3.0L六缸機和3.5L六缸機,它們已分別裝用於四種中、大型轎車投放市場。近年來,該公司又推出多種GDI新機型:4.5L的V8機、1.5L的直列四缸機和0.66L的直列三缸機。三菱公司稱,其1.8L的GDI發動機不僅可節省燃油20%,降低排放20%,而且還可把發動機的功率和扭矩提高10%。

3、汽油機所採用的新技術及發展趨勢:

由於汽油機的燃油經濟性比柴油機差,所以降低汽油機的能耗已經成為汽車界當前必須要解決的一個問題。具有理論空燃比的均質混合氣的燃燒理論在火花點火發動機上被廣泛使用,它的最大優點是可以實用三效催化器來降低CO、HC和NOx等廢氣的排放。不足之處是不能獲得較高的燃油經濟性,為了提高發動機的熱效率和降低廢氣排放,燃燒技術在不斷地發展。汽油機經歷了由完全機械控制的化油器供油為主到採用電控噴射、缸內直噴、電輔助增壓和電動氣門、可變壓縮比、停缸等技術的變化,汽油機發展的最終方案將採用綜合汽油機和柴油機優點的燃燒控制技術。

燃油電子噴射 相比於過去採用的化油器,燃油電子噴射系統可以的燃油計量精確度上有較大幅度的提高。因此,採用電子控制燃油噴射的汽油機,其經濟性和動力性有很大的提高,使對混合氣濃度要求的三效催化轉化器降低排放成為可能。

電子控制燃油噴射從單點式發展到多點式。這使汽油機不僅在動力性上仍舊能保持其密度的特點,而且其燃油性幾乎可以和柴油機相媲美。有人甚至稱汽油直接噴射是汽油機的一次革命。汽油直接噴射技術已經在日本三菱、豐田和日產的一些發動機上套用。歐洲的一些汽車公司如德國大眾、法國雷諾等也在發展之中。

點火和管理系統 汽油機是電火花點燃混合氣的點燃式發動機。火花的發生過去是依靠點火系統內的機械式白金斷電器來完成的。斷電器在高速運轉下很容易磨損並燒蝕,從而使發動機出現失火,造成動力性下降和有害排放物激增的後果。

採用電磁式或霍爾式無觸點的斷電器便徹底解決汽油機運轉過程中動力下降的排放增加的難題,也大大地減少了發動機的維修和保養工作。現代的高性能汽油機已經毫無例外地採用了電子控制的無觸點點火系統。

可變氣門定時技術(VVT)是汽油發動機技術發展的另一個里程碑。VVT指的是發動機氣門升程和配氣相位定時可以根據發動機工況作實時的調節。這一技術使發動機設計師無需再在低速扭矩與高速功率之間作抉擇,實時的氣門定時調整使得同時顧及低速扭矩與高速功率成為可能。連續可變氣門定時技術加上先進的發動機控制策略,可以巧妙地實現可變壓縮比。如在大負荷時,發動機容易發生自燃引起的爆震,通過推遲進氣門關閉的時間來達到降低有效壓縮比的目的,從而避免爆震。而在中小負荷時,爆震不再是個問題,可以通過調整氣門關閉時間達到提高有效壓縮比的目的,從而使發動機在中小負荷時有優異的熱效率。可變氣門技術也可使汽油機排放品質達到更好的水平。

可變氣門定時和升程系統 發動機的氣門是控制進氣與換氣過程的基本機構,主要的控制參數是氣門定時和升程。對應於一定的運行工況,要求的定時和升程各不相同。但一般發動機一經製造出後,氣門機構的定時和升程便不能改變,這勢必造成部分工況不能在最優的狀態下,動力性、經濟性和排放品質達到最優。

以日本本田思域車用發動機為例,1.5升排量、非增壓的直列4缸汽油機,採用VTEC系統後,功率由70kW提高至100kW。目前正在發展的完全電子控制的氣門機構,可以取消汽油機的節氣門,進氣量大小完全由氣門定時和升程決定。這樣可以使汽油機燃料經濟性再提高一步。

汽油機直噴(GDI)技術,就是將汽油通過高壓(約100大氣壓)供油系統將汽油直接噴到燃燒室內與空氣混合、燃燒。GDI在電子噴射和控制技術取得長足發展後,於上世紀90年代後期開始進入市場。與傳統的多點氣道噴射的汽油機相比,GDI有四大顯著的優點:能有效降低發動機的未燃碳氫化合物的排放,因為GDI技術避免了氣道噴射汽油機在冷起動時燃油在氣道壁面沉積的問題,而且極大地提高了燃油與空氣的混合程度,更為精確地控制了每個燃燒循環的空氣與燃油的比例,從而達到缸內完全燃燒的目的;使汽油在燃燒室內霧化、蒸發,降低了燃燒室內空氣的溫度,從而增加了燃燒室內空氣的質量;因汽油蒸發降低了充氣的溫度,使發動機設計師有可能提高發動機的壓縮比,提高發動機的熱效率;GDI使發動機能很容易實現分層燃燒。

燃燒速率控制滑片是另一項節能環保技術,類似的設計思想在Toyota和Ford的發動機上有所體現。汽油機在怠速和小負荷時,燃燒室內殘餘廢氣所占的比例很高,會導致點火困難、火焰傳播速度慢,這會負面影響發動機的排放及效率。而另一方面,在一般城市交通中,汽車發動機絕大部分時間是在中、小負荷及怠速狀況。最佳化汽油機在這些狀態下的排放和熱效率具有重大的意義。燃燒速率控制滑片就是通過促進燃燒室內在火花塞附近創造穩定的、容易點燃的空氣燃油混合比,通過增加燃燒室湍流的強度達到節能環保的目的。發動機在怠速或小負荷時,發動機電子控制器會實時調節滑片在發動機進氣道的位置,使滑片擋住進氣道部分截面積,從而使新鮮空氣—燃油混合氣在進入燃燒室時有一切向的速度,在燃燒室內形成有序的渦流。在著火及燃燒的早期,有序的渦流碎化成小尺度的渦流,從而大大提高火焰的傳播速度。

另一項最近兩年開始投入市場的汽油機技術就是切缸工作循環,或稱為可變排量。可變排量技術就是根據汽車動力的需求來實時決定發動機的有效排量,使做功的汽缸總是處於大負荷狀態,從而達到節能環保的目的。這一技術適用於中大排量、V型布置的發動機,如本田的V6、通用的V8及戴-克的V12汽油機。

但是現在最具有代表性的三大汽油機技術是:

1)汽油直噴技術。開發車用具有汽油機優點同時具有柴油機部分負荷高燃油經濟性優點的發動機是主要的研究目標。汽油缸內直噴是提高汽油機燃油經濟性的重要手段,近些年來,以缸內直噴汽油機(Gasoliine Direct Injection, GDI)為代表的新型混合氣形成模式的研究和套用,極大地提高了汽油機的燃油經濟性。以日本為代表的非均質直噴技術面臨燃燒穩定性和後處理等問題,同時以歐洲為代表的均質直噴技術正在興起。

2)電動氣門與無凸輪發動機。發動機可變氣門正時技術(Variable Valve Timing, VVT)是針對在常規車用發動機中,因氣門定時固定不變而導致發動機某些重要性能在整個運行範圍內不能很好的滿足需要而提出的。VVT技術在發動機運行工況範圍內提供最佳的配氣正時,較好地解決了高轉速與低轉速,大負荷與小負荷下動力性與經濟性的矛盾,同時在一定程度在一定程度上改善了排放性能。隨著環境保護和人類可持續發展的要求,低能耗和低污染已成為汽車發動機的發展目標。VVT技術由於自身的優點,日益受到人們重視,尤其是當今電子技術的飛速發展,促進了VVT技術從研究階段向實用階段發展。電動氣門具有與電控噴射同等重要的意義,它將給發動機空氣系統控制和循環過程管理帶來一系列技術變革,如取消節氣門、可變壓縮比、部分停缸等。

3)燃燒方式的混合。傳統的火花點火發動機的燃燒過程在火焰傳播中,火焰前鋒的溫度比未燃混合氣高很多。所以這種燃燒過程雖然混合氣時均勻的,但是溫度分布仍是不均勻,局部的高溫會導致在火焰經過的區域形成NOx。柴油機的燃燒過程是擴散型的,燃燒過程中燃燒速率由混合速率決定,點火在許多點發生,這種類型的燃燒過程混合和燃燒都是不均勻的,NOx在燃燒較稀的高溫區產生,固體微粒在燃料較濃的高溫區產生。在均質充量壓縮點燃(Homogeneous Charge Compression Ignition, HCCI)過程中,理論上是均勻的混合氣和殘餘氣體,在整個混合氣體中由壓縮點燃,燃燒是自發的、均勻的並且沒有火焰傳播,這樣可以阻止NOx和微粒的形成。這種汽油機均質與柴油機壓燃混合的燃燒方式,以燃料技術和控制技術為基礎,綜合汽油機和柴油機兩種燃燒方式優點的均質壓燃HCCI內燃機技術正在興起。

汽車產量持續的發展面臨著許多問題,降低燃油消耗量和二氧化碳排放將成為汽車製造商要解決的主要問題。隨著汽油機電子控制系統性能的提高,相信在不久我們將使用上更節能、更高性能的汽車。

三、車用柴油機發展及狀況:

1、車用柴油機的性能特點:

1)有能量密度高(大型低速增壓柴油機的有效熱效率已超過50%),燃油消耗率低,這對節約能源和提高經濟效益都很重要。

2)好的燃油經濟性;

3)溫室效應氣體排放少,其二氧化碳的排放量比汽油機大約低30-35%,但廢氣中含有害成分(NO,顆粒物等)較多,噪聲較大,在環境環抱方面已引起重視。

4)功率和轉速範圍很大(功率1—65580KW,轉速54—5000r/min),因此套用領域寬

5)結構較複雜,零部件材料和工藝要求較高,製造成本較高,與汽油機相 比質量較大。

主要有三大優點:

1)經濟。首先, 每單位柴油的能量含量比汽油高;其次,柴油機的壓燃特性, 使其熱效率比汽油機高。一般柴油機的油耗要比汽油機的低 30%~40%。

2)環保。一般來說, 機動車的主要排放物有一氧化碳、碳氫化合物、二氧化碳、顆粒物和氮氧化物。相對而言, 柴油機的一氧化碳、碳氫化合物和二氧化碳排放量極低, 但在顆粒物和氮氧化物的排放控制上要比汽油機更難處理。 這是柴油機本身的特性造成的, 可通過現代技術處治。

3)柴油機低速大扭矩的特性, 為汽車提供了更好的使用性能。 通過採用先進的燃油噴射技術和電控技術, 現代柴油機在動力性、加速性、舒適性指標上已經無異於汽油機。

2、國內柴油機現狀:

自2003年以來,國內柴油機行業出現了結構調整:濰坊柴油機廠在2002年的基礎上繼續保持快速增長勢頭,功率水平也有了明顯提高;上海柴油機廠在商用車柴油機領域初露鋒芒,主要得益於北汽福田歐曼重卡市場份額的迅速提高;廣西玉柴機器股份有限公司作為行業的領先者,進行了新一輪的產品結構最佳化,產品順利實現從歐Ⅰ向歐Ⅱ的過渡,完善了產品系列(從4缸機到 6缸機)平台,進一步拓展了功率覆蓋範圍,柴油機最大功率水平可以達到257 kW(350 ps)。總體水平有了顯著提高。無論是從經濟性還是從環保角度講,國內的車用柴油機技術已經接近世界平均水平了。自產發動機已經完全能夠滿足國內重卡及低端乘用車對發動機的需求,無需外購。

3、國外柴油機現狀:

目前西歐國家不但載貨汽車和客車使用柴油發動機,而且轎車採用柴油機的比例也相當大。最近,美國聯邦政府能源部和以美國三大汽車公司為代表的美國汽車研究所理事會正在開發新一代經濟型轎車同樣將柴油機作為動力配置。經過多年的研究、大量新技術的套用,柴油機最大的問題煙度和噪聲取得重大突破,達到了汽油機的水平。

4、柴油機發動機的主要問題:

柴油發動機存在的主要問題就是氮氧化物和黑色的碳煙。 柴油機在燃燒時的壓力和溫度都高於汽油機, 吸入燃燒室里的空氣也較多, 燃燒室內剩餘空氣中的氧氣和氮氣很容易在高溫、高壓的條件下發生反應, 而生成氮氧化物。燃燒區域中油滴周圍的含氧量相對柴油汽較低, 影響了柴油的充分燃燒, 這將導致碳煙 (燃油中未燃燒的碳) 的排放, 也就是顆粒物。不過, 隨著柴油機技術的進步, 其環保性能已大有改善。 自 1998 年以來, 新型公路用柴油機的顆粒物排放量已降低了 83% , 氮氧化物的排放量也已降低了 63% , 達到歐洲?或歐洲ì的柴油發動機已經基本消除了黑煙。這主要得益於 90 年代以來柴油機技術的不斷創新發展, 燃油供給、燃燒室設計和渦輪增壓方面的改良。

5、柴油機所採用的新技術及發展趨勢:

無論過去還是未來清潔柴油技術都是商用車主要的驅動系統,電控高壓燃油噴射系統,尾氣後處理系統和廢氣再循環是降低排放所必需的技術,應某些市場區隔的需求,柴油混合動力和天然氣將得到發展。

柴油機的大功率、低排放、良好的電子控制等顯著優點將使柴油發動機在新的時代有長足的發展。現在全球各大廠商正致力於新型綠色環保柴油機的研發 ,在NO和顆粒物的排放方面將得到近一步改善。而關鍵點是燃油的精確配置和廢氣的後置處理,電子新科技將運用到新一帶柴油機上。而且在混合動力方面柴油機也有其套用特點,高扭矩配合電動汽車的快速回響和零排放,將是一種很不錯的選擇。

1)共軌與四氣門技術

國外柴油機目前一般採用共軌新技術、四氣門技術和渦輪增壓中冷技術相結合, 使發動機在性能和排放限值方面取得較好的成效,能滿足歐3排放限值法規的要求。

四氣門結構(二進氣二排氣)不僅可以提高充氣效率,更由於噴油嘴可以居中布置, 使多孔油束均勻分布,可為燃油和空氣的良好混合創造條件;同時, 可以在四氣門缸蓋上將進氣道設計成兩個獨立的具有為同形狀的結構,以實現可變渦流。 這些因素的協調配合,可大大提高混合氣的形成質量(品質),有效降低碳煙顆粒、HC 和 NOX 排放並提高熱效率。

2)高壓噴射和電控噴射技術

高壓噴射和電控噴射技術是目前國外降低柴油機排放的重要措施之一, 高壓噴射和電控噴射技術的有效採用,可使燃油充分霧化,各缸的燃油和空氣混合達到最佳, 從而降低排放,提高整機(車)性能。

3)增壓中冷技術

採用渦輪增壓增加柴油機的空氣量,提高燃燒的過量空氣因數是降低大負荷工況排氣煙度、 PM 排放量以及燃油消耗的有效措施。有效的空——空中冷系統,可使增壓空氣溫度下降到50℃以下, 工作循環溫度的下降有助於NOX的低排放和PM的下降,故目前重型車用柴油機都普遍是增壓中冷型, 不僅有助於低排放而且燃油經濟性良好。此外,渦輪前排氣旁通閥的套用,不僅能降低PM和CO排放, 還可以改善渦輪增壓柴油機的瞬態性能和低速扭矩。

4)排氣再循環(EGR)技術的套用

EGR 是目前已開發國家先進內燃機中普遍採用的技術,其工作原理是將少量廢氣引入氣缸內, 這種不可再燃燒的 CO2 及水蒸汽廢氣的熱容量較大,能使燃燒過程的著火延遲期增加,燃燒速率變慢, 缸內最高燃燒溫度下降,破壞 NOX 的生成條件。EGR技術可使機動車NOX排放明顯降低, 但對重型車用柴油機而言,目前傾向於使用中冷EGR技術,因為其不僅能明顯降低NOX, 還能保持其他污染物的低水平。

5)後處理技術

柴油機後處理的目標是進一步改善PM和NOX的排放。 目前主要採用加裝氧化型催化轉化器和研究開發 NOX 催化轉化器以及具有良好再生能力的微粒捕集器。

6)降低機油消耗

柴油機排放的顆粒物中,有相當一部分來自餾分較重的機油的燃燒。 為了滿足日益嚴格的柴油機(車)排放限值標準的要求,必須把來自機油的燃燒降至最低限度, 即在保證發動機正常運轉的前提下,最大限度地減少機油的消耗。為了降低柴油機的機油消耗, 活塞環的最佳化設計和製造及缸套間的科學配置非常重要。

四、其它車用發動機:

1、油、電、氫混合動力技術:

混合動力車屬於電動汽車,採用傳統的內燃機和電動機作為動力能源,通過混合使用熱能和電能兩套系統開動汽車。混合動力系統的最大特點是油、電發動機的互補工作模式。在起步或低速行駛時,車子僅依靠電力驅動,此時汽油發動機關閉,車輛的燃油消耗量是零;當車輛行駛速度升高(一般達40km/h以上)或者需要緊急加速時,汽油發動機和電機同時啟動並開始輸出動力;在車輛制動時,混合動力系統能將動能轉化為電能,並儲存在蓄電池中以備下次低速行駛時使用。日本馬自達汽車公司於去年年底展出了一款全新的普力馬混合動力概念車,並向人們展示了其全新的油、電、氫共三種能源的混合動力技術。該款混合動力車本身就具備了混合動力車的特徵,它內部有一個內燃發動機,從電動機獲得助力,所需電力則是來自剎車等操作而產生並被儲存在一個大電池中的電能。同時,馬自達還嘗試著將這種電動引擎和一種本身就是混合動力引擎的內燃發動機結合在一起,後者既能使用汽油、也能使用氫氣作為燃料。公司花費了數年的時間開發出這種雙燃料內燃發動機,並表示已經可以進行批量生產。

2、天然氣驅動技術:

天然氣驅動技術,已經廣泛套用於許多車型中,具備了較高的經濟性能,例如歐寶汽車推出的賽飛利CNG,便是以天然氣作為主要燃料。以歐寶賽飛“CNG”為例,其燃效為18.9km/kg。目前的天然氣價格為每公斤0.76歐元,成本可比柴油發動機款減少大約30%,而比汽油發動機款則可減少大約50%。而且車上的天然氣罐由高強度鋼製成,其天然氣傳輸管線也由不鏽鋼製成;同時由於因衝撞導致天然氣泄漏的危險較低,而且天然氣比汽油易燃性低,所以與普通車輛相比,著火的危險性更低。

3、氫燃料電池驅動技術:

這種技術具有一種潛在的魅力,如果工程師和科學家們能夠將這種潔淨蓄能系統真正地套用於汽車,那么大多數汽車上使用的內燃發動機將成為歷史。燃料電池通過化學反應將氫轉化成電能,這種化學反應的唯一副產品是熱量和水蒸氣。電能供應給電機來驅動汽車。該項技術依靠氫和氧的化學反應釋放能量,相對於內燃機驅動,燃料電池驅動的效率更高,污染更低,甚至是沒有污染,它排出的僅有純淨的水蒸氣。實際上從60年代起,航天工業就已經使用這種燃料電池了。該技術已套用於部分試驗車輛和為某些建築物提供電能。但由於氫燃料電池動力汽車成本高,而且給電池補氫的“補給站”數量很少,目前商業化推廣還為時過早。而美國通用汽車公司和戴姆勒—克萊斯勒公司不久前便與美國能源部簽署契約,計畫在將來5年內開發氫燃料電池動力汽車。其中,梅賽德斯—賓士A級“F-Cell"便是採用了該技術的代表車型之一,該車將整個燃料電池系統置於夾層地板裝置中,套用65千瓦異步電動機加以驅動,這使其輸出範圍可達到72千瓦(97馬力)。其時速最高可至140公里,行程達162公里。汽車工業目前面臨的挑戰是如何向燃料電池供給大量的氫。通用汽車公司相信自己已經找到了一條捷徑可將其燃料電池汽車推進。他們採取了從汽油中提取氫的方法,這樣可使駕駛汽車的人利用國家現有的燃油供給基礎設施。通用汽車公司正在研究設計一條實用的汽油改造線,估計,該項目將耗資數10億美元。通用汽車公司希望自己能成為第一家賣出100萬輛汽車的公司。其他一些汽車製造廠商,如:福特、戴姆勒-克萊斯勒、本田等公司也正在抓緊研製氫燃料汽車和甲醇燃料汽車。這兩種燃料都需要新的供應基礎設施。只有完善這兩種燃料供應的基礎設施,才能使人們廣泛地接受使用氫燃料汽車和甲醇燃料汽車。

4、純電力驅動技術:

顧名思義,使用了該項技術的車型將以純電力作為其動力源,這類車型具備極高的環保性能,但其存在維護費用極高,在短期內難以普及。其中,最具代表性的便是由法國Venturi公司開發設計的Fetish跑車,而且該車目前已經投入量產。Fetish跑車採用了動力系統中置的形式,雖然電動馬達的電壓還不到60千瓦,但是它卻能達到14000轉/分的高轉速,並能輸出241匹的最大馬力。一次充電能夠行駛350公里,電池充電時間也非常快,充10分鐘電就能跑上16公里。

五、總結:

縱觀世界汽車產品技術的發展態勢,汽車發動機技術正以優異的性能,更好的經濟性和動力性為方向得到日益廣泛的重視和發展。進一步提高發動機的環保與節能將成為發動機發展的方向。

附錄:

國內自主發動機:

1、奇瑞1.9D TCI:奇瑞1.9D TCI柴油發動機,融合數項先進的發動機技術於一身, 同時具備了汽油發動機的清潔、安靜和柴油發動機的經濟、動力

2、奇瑞2.0L DGI :2.0L DGI是一款集成了多項世界頂級發動機技術的汽油發動機,它擁有TCI、DGI、VVT2等世界頂級技術,使得這款高技術含量的發動機參數達到極高的標準。

3、華晨1.8 TGDI:1.8 TGDI發動機採用了更為先進的燃油缸內直噴技術,所以它能夠很容易地達到提高熱效率的目的。

2009年中國十大汽車發動機排名:

排名 企業名稱 產量(台)

1廣西玉柴 506,8552 柳州五菱 490,880 3 一汽-大眾 488,282

4 長安集團 470,063 5 上海大眾357,504 6 廣汽豐田 346,026

7 奇瑞汽車 335,744 8 一汽集團 306,746 9 東安汽車 301,391

10 東風本田 290,652

2010年世界十大汽車發動機排名:

美國權威汽車雜誌《Ward’s Auto World》已評選汽車發動機排名的,具體如下:

1、寶馬3.0L DOHC L6 Turbodiesel 使用渦輪增壓技術

2、奧迪2.0L TFSI Turbocharged DOHC L4 使用汽油直噴技術(FSI)

3、豐田1.8L DOHC L4 Hybrid

4、斯巴魯2.5L Turbocharged DOHC H4 Boxer 使用水平對置發動機

5、大眾2.0L Turbocharged DOHC L4 Diesel 使用TDI柴油發動機

6、現代 4.6L DOHC V8 使用可變氣門正時技術

7、福特 2.5L DOHC L4 HEV

8、奧迪 3.0L TFSI Supercharged DOHC V6 使用汽油直噴技術(FSI)知識

9、福特 3.5L Twin-Turbocharged DOHC V6

10、通用2.4L DOHC L4

參考文獻:

[1]陳家瑞,馬天飛 汽車構造[M],北京:人民交通出版社,2006

[2]辛軍,國外汽車發動機技術現狀及發展趨勢,奇瑞汽車工程研究院

[3]李超,汽油機控制技術發展現狀及趨勢分析,百度文庫

[4]發動機,百度文庫

[5]王智傑,國內外汽車發動機的狀況和發展趨勢,網易

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