浅谈发动机的主流技术

作者:未知

  摘 要:最近几年,中国汽车行业迅速发展,无论是国有自主品牌还是合资品牌,汽车的销量都是逐年增加。在大环境快速增长的拉动下,国内发动机市场这几年也呈现蓬勃发展之势。发动机是汽车的核心部件,发动机的性能是汽车的动力性、经济性、排放性等性能的根本。为了强化发动机的动力性,为了尽可能地提高发动机的热效率,就需不断地采用新技术进行升级,从下面几个方面阐述一下发动机的主流技术。
  关键词:汽车;发动机;排放;技术
  中图分类号:U464  文献标识码:A  文章编号:1671-7988(2019)12-82-03
  Abstract: In recent years, China's auto industry is developing rapidly, Whether state-owned independent brand or joint venture brand sales, The number of cars is increasing year by year. Driven by the rapid growth of the overall environment, Domestic engine market also presents the trend of vigorous development these years. The engine is the core component of a car, The performance of engine is the basis of power, economy and emission of automobile. To enhance the dynamic performance of the engine, To maximize the thermal efficiency of the engine, You need to constantly upgrade with new technologies. The mainstream technology of engine is expounded from the following several aspects.
  Keywords: Car; Engine; Emissions; Technology
  CLC NO.: U464  Document Code: A  Article ID: 1671-7988(2019)12-82-03
  1 前言
  在汽车发动机领域中,由于国家各项法规的出台,普通的增压技术和自然吸气技术已经不能满足当今社会发展的需求,所以就研发出一些新的技术,来改变当时的落后的局面。本文新技术主要包括VCR技术(可变压缩比),双涡轮增压技术,混合动力技术,甲醇技术,缸盖与进、排气歧管集成技术,自动启停技术,轻量化技术。
  2 技术介绍
  2.1 VCR技术
  VCR技术目的就是提升涡轮增压发动机的动力性和燃油经济性,完成可靠的动力输出,满足整车的性能要求。所以具備了节能减排的效应。
  原理介绍:我们知道,在涡轮增压发动机中是最容易产生爆震问题,为了防止此问题的发生,在设计时压缩比低于自然吸气发动机,这样导致热效率降低,燃油经济性下降。在涡轮增压发动机中,增压介入很慢,在低压缩比条件下扭矩上升很慢,形成所谓增压滞后现象,为解决这问题,可变压缩比是重要的方法,在增压压力低的低负荷工况使得压缩比提到与自然吸气式发动机压缩比相同,甚至更高,在高增压的高负荷工况下适当降低压缩比。
  目前全球主要有几种可变压缩比项目在研究,例如萨博的可变压缩比技术 ,法国MCE—5可变压缩比技术,日产多连杆可变压缩比技术,保时捷可变压缩比技术,戴姆勒-奔驰可变压缩比技术。
  萨博可变压缩比技术方案,是气缸盖和气缸体之间是可以活动的,是靠密封套进行密封,靠ECU控制摇臂来改变缸体和缸盖之间的角度,从而改变了燃烧室的体积,体积改变了,压缩比也发生了改变。目前此技术还存在一些弊端,气缸盖和气缸体之间密封性差,很难保证不存在泄露的问题,目前此尖端问题还没有被攻破,所以还没有实现批产。
  法国MCE-5可变压缩比技术方案,有两个缸筒,1套活塞连杆总成和1套控制顶杆,采用液压控制齿轮,使摆杆做空间移动,使压缩比改变。特点,体积大,结构复杂,目前东风汽车研究院完成了样机的搭建,但是还没有量产。见图1。
  日产可变压缩比技术,主要讲的是曲柄连杆这套系统,由三个连杆,一个曲轴,连接块,控制单元等零件组成。连杆与控制轴的偏心部分连接,当控制轴转动时,连杆使曲柄销回转而使杠杆摆动。由此,活塞的上止点的位置作上下移动,从而能够连续改变压缩比。特点是曲柄连杆系统长,会导致发动机高增加;优点实现批产,并且是全球第一个实现批产的VCR发动机,搭载在英菲迪尼QX50和新天籁车上,热卖中。见图2。
  保时捷的可变压缩比技术方案,是在杆身内部装了两个小型液压油缸,靠两个活塞推拉自己头顶的小连杆,带动连杆上的偏心轴套左右扭动,从而改变了连杆孔心距的长度,改变活塞到缸盖的距离,改变燃烧室的空间,借此改变压缩比。此项技术正在开发阶段,申请了专利,并无量产。见图3:
  戴姆勒-奔驰可变压缩比方案,在活塞本体上进行改变,是通过液压来改变活塞压缩高,实现销孔上下移动,实现燃烧室的改变,来调整压缩比。缺点:润滑油的流量难控制,液压活塞质量大,不易高速旋转,无量产。
  总的来说,以上6项可变压缩比技术中,只有日产多连杆可变压缩比技术方案实现了批产,目前优势很大。
  2.2 双涡轮增压技术
  传统的单涡轮增压器一般在转速1500n/min时才能开始介入,所以在这阶段以前增压器都是处于不工作状态,为了弥补增压滞后和动力不足的问题,可以采用双涡轮增压,让其共同作用,这样进气效率会大幅度提升,增压效果更加显著。双涡轮增压器由一个大涡轮和一个小涡轮组成,高转速时大涡轮工作,低转速时小涡轮工作,无论哪个转速下,都会提供所需的充气压力,从而获得更多的进气量。结果,性能超过传统的单涡轮增压器。   2.3 混动技术
  混动技术介绍,有两种驱动方式,发动机驱动和电力驱动两种驱动。车辆启动停止时,是靠电动机带动,低转速时,发动机是不猜与工作的,发动机一直处于休眠的状态,只有在高转速,或者电量匮乏的条件下,发动机才工作。混动汽车的燃油经济性好,在起步、加速时,发动机不参与工作,电机系统就能实现,这样油耗必然会下降,简单地说,就是与同样重量的汽车相比,比汽油方面的消费会更低。而且,电机辅助驱动系统可以在汽车起动时,瞬间产生强大的动力,这样加速会更好。总之最主要是环保更好。
  2.4 甲醇技术
  是以甲醇为燃料的,代替汽油汽车,其性能与汽油接近,可以应用在点燃式的发动机上。
  全球上有很多个国家的汽车,已经把甲醇作为燃料。中国,吉利汽车在南方推广了很多,集中应用在出租车市场。甲醇汽车的地位日益提升,是因为甲醇的资源丰富,属于可生物质的能源。
  2.5 缸盖集成技术
  缸盖与进气歧管集成技术方案,不像以往那种采用几根弯曲的管子直接安装在缸盖上,而是直接采用一个带稳压腔的进气歧管。空气完全靠腔来分配气流,直接进入到燃烧室内。
  发缸盖与排气歧管集成技术方案,又集成了水冷装置,使得暖机过程更快,从而降低排放;有利于冷启动时的快速升温,让排气热量被空调暖风系统使用,提升了热效率。
  把排气歧管置于缸盖之内,涡轮增压器的安装位置更靠近发动机,提高了增压器的响应时间,解决了增压系统固有滞后的现象。
  总之,集成设计除了可降低发动机重量,还有助于提升车辆效率,使前后重量更加平衡,提升操控反应和驾驶感受。
  2.6 启停技术
  启停技术工作原理是,当车辆因为拥堵或者遇到红绿灯停止行进时,踩一下制动踏板后停车摘挡。此时Start/Stop系统开始检测信号:1)、发动机空转且没有挂挡;2)、防锁定系统的车轮转速传感器显示为零;3)、电子电池传感器显示有足够的能量进行下一次起动。三个条件缺一不可,同时检测到发动机才能够自动启停。手动挡车驾驶员踩下离合器,随即就可以起动“启动停止器”,并快速地起动发动机。自动挡车,只要一松开刹车,或者转动方向盘,发动机启动,踩加速踏板起步,整个过程都处于D位状态。
  目前不仅在豪华车上已经采用,很多国产车上也很多开始采用,它的核心在于自动控制熄火和起动,这项技术可以有效降低发动机怠速空转的时间,在走走停停的交通状况下可以降低排放,还可以提高燃油经济性。
  2.7 轻量化技术
  實现轻量化在几个方面进行开展,采用新材料,通过降调质量密度实现降低质量,另外缩小体积,还有采用拓扑优化方案进行减重。
  缸体、活塞、缸盖、进气歧管、摇臂、发动机悬置支架、发动机散热器等都采用铝合金材料。缸体还采用了拓扑优化进行了减重,活塞还采用减重坑设计(见图4),连杆、曲轴正在试验采用钛合金材料的,质量轻,并且强度大。这些新技术都为汽车节能减排、提高效率奠定了良好基础。
  小型化的,例如1.4L、1.2L、1.0L这样小排量的发动机投入市场。
  数据表明,整车质量降低10%,燃油效率可提高5%-8%;质量每减少100kg,百公里油耗可降低0.3-0.5L。发动机在汽车上占有较大比重,因此,小型机轻量化技术降成为主流。
  3 结论
  以上是七种主流技术的阐述,应用在发动机上,最终的目的就是提高汽车发动机的动力性,提高燃油经济性,降低排放。
  参考文献
  [1] 催胜民.新能源汽车技术[M].北京:北京大学出版社,2009.
  [2] 付京京.汽车轻量化技术的发展状况及其实施途径分析[J].信息系统工程,2016(7).
  [3] 石岩.电子控制技术[M].南京:南京大学出版社,2016.
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