車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)

車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)2023/12/27車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)在能源危機(jī)的加劇和汽車尾氣排放法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格的形勢(shì)下，有越來(lái)越多的發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)來(lái)解決汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性三方面的矛盾。提高能量利用率和降低污染物的排放是車用發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的目標(biāo)。FSI發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)車用汽油機(jī)和柴油機(jī)新技術(shù)1.大眾FSI/TSI/TFSI技術(shù)2.發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟停系統(tǒng)3.汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)4.柴油機(jī)高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)5.可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)1. 大眾FSI/TSI/TFSI技術(shù)首先大眾的這三項(xiàng)技術(shù)有其共同點(diǎn)，F(xiàn)SI(FuelStratifiedInjection)燃油分層噴射技術(shù)是TSI/TFSI的基礎(chǔ)。與進(jìn)氣歧管的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，F(xiàn)SI發(fā)動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)有：動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、功率和扭矩可以同時(shí)提升、燃油消耗降低。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效果圖車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)FSI的特點(diǎn)：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(wú)法點(diǎn)燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過(guò)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。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)TSI（TwinchargerStratifiedInjection）渦輪-機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和TFSI(TwinchargerFuelStratifiedInjection)渦輪增壓燃油分層噴射發(fā)動(dòng)機(jī)都是在FSI的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的。TSI是在FSI技術(shù)的基礎(chǔ)上，安裝了一個(gè)渦輪增壓器和一個(gè)機(jī)械增壓器，鑒于渦輪增壓和機(jī)械增壓的特性，機(jī)械增壓可以從怠速開(kāi)始就能為發(fā)動(dòng)機(jī)提供增壓效果，彌補(bǔ)了渦輪增壓系統(tǒng)的延時(shí)點(diǎn)，所以TSI是一種及高效率的發(fā)動(dòng)機(jī)形式，會(huì)是動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的完美統(tǒng)一。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)TFSI是在FSI的基礎(chǔ)上增加渦輪增壓技術(shù)。渦輪增壓式利用排氣的高溫高壓推動(dòng)廢氣渦輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，在帶動(dòng)進(jìn)氣渦輪壓縮進(jìn)氣，提高空氣密度，同時(shí)電腦控制增大噴油量，配合高密度的進(jìn)氣，因此可以在排量不變的條件下提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率。由于廢氣渦輪是靠排氣推動(dòng)的，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低時(shí)不啟動(dòng)，只有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（1500轉(zhuǎn)以上）渦輪增壓器才開(kāi)始工作。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)2.發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟停系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟停系統(tǒng)，顧名思義，就是在車輛行駛過(guò)程中臨時(shí)停車（例如等紅燈）的時(shí)候，自動(dòng)熄火。當(dāng)需要繼續(xù)前進(jìn)的時(shí)候，系統(tǒng)自動(dòng)重啟發(fā)動(dòng)機(jī)的一套系統(tǒng)。在擁擠的城市道路上行駛，汽車難免要走走停停，有時(shí)紅燈一等就是兩三分鐘，這時(shí)如果發(fā)動(dòng)機(jī)一直在怠速工作，既浪費(fèi)了燃油又污染了環(huán)境。而且這種現(xiàn)象也受到各國(guó)政府的高度重視，美國(guó)、日本、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、意大利、臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)都已有立法監(jiān)管停車熄火，中國(guó)香港特別行政區(qū)政府于2011年3月5日審議通過(guò)了《汽車引擎空轉(zhuǎn)定額罰款草案》，按照規(guī)定，除巴士、混合動(dòng)力車型等豁免情形之外，怠速三分鐘之后必須熄火，否則將定額罰款320港元。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟停系統(tǒng)是在車輛行駛過(guò)程中臨時(shí)停車（例如等紅燈）的時(shí)候，自動(dòng)熄火。當(dāng)需要繼續(xù)前進(jìn)的時(shí)候，系統(tǒng)自動(dòng)重啟發(fā)動(dòng)機(jī)的一套系統(tǒng)。行駛中只要直接踩制動(dòng)踏板，車輛完全停止大概兩秒鐘后發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)自動(dòng)熄火，一直踩著制動(dòng)踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)保持關(guān)閉。只要一松開(kāi)剎車，或者轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，發(fā)動(dòng)機(jī)又會(huì)馬上自動(dòng)點(diǎn)火，立即又可以踩油門(mén)起步，整個(gè)過(guò)程都處于D檔狀態(tài)。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)對(duì)裝備自動(dòng)起停系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的幾點(diǎn)要求：1.缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)更適合裝備該系統(tǒng)。直噴發(fā)動(dòng)機(jī)可以直接通過(guò)噴油器霧化汽油，原理上可以在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)完成啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)間比進(jìn)氣管發(fā)動(dòng)機(jī)快的多，這就降低了對(duì)啟動(dòng)機(jī)的要求。2.需要耐用的發(fā)動(dòng)機(jī)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)要經(jīng)常啟停，而起動(dòng)機(jī)的工作電流又很大，所以起動(dòng)機(jī)經(jīng)常工作就容易因過(guò)熱而發(fā)生熱損壞。所以要求起動(dòng)機(jī)的耐用性要很好。3.對(duì)機(jī)油的品質(zhì)要求嚴(yán)格。我們知道，發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作工況下磨損是極小的，因?yàn)楫?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常工作溫度后，零件之間的配合間隙和機(jī)油潤(rùn)滑都進(jìn)入了最理想的狀態(tài)。而經(jīng)常啟停的發(fā)動(dòng)機(jī)，潤(rùn)滑油的溫度、流動(dòng)等都不能保持在最佳狀況，所以潤(rùn)滑效果大大降低，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)磨損量增大。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)博世公司為自動(dòng)啟停系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的起動(dòng)機(jī)車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)3.汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)6孔噴油嘴車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)應(yīng)用的汽油泵的供油壓力已高達(dá)5~12MPa，又采用帶旋流的噴油嘴，霧化性能得以提高，噴油的油滴直徑約為20μm，噴霧錐角可達(dá)50~100°，常壓下的貫穿度約為100mm。此時(shí)一滴20μm的油滴在200℃的空氣中僅需3.4ms或31°CA就能完全蒸發(fā)，因而汽油的蒸發(fā)和空氣的混合可主要依靠噴霧來(lái)實(shí)現(xiàn)，再加上缸內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)的輔助，變工況（如車輛加速時(shí)）和冷啟動(dòng)時(shí)不再需要過(guò)量噴油，冷啟動(dòng)噴油量得以大大減少，從而有害物排放也將大為降低。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)缸內(nèi)直噴既有利于降低油耗，又能達(dá)到節(jié)能和減少溫室氣體二氧化碳排放的目標(biāo)。汽油在缸內(nèi)直接噴射時(shí)油滴主要依靠從缸內(nèi)空氣中吸熱而非從壁面吸熱，因而能使混合汽的溫度降低和體積減小，從而有利于提高充氣效率，降低爆震傾向和提高壓縮比。在高空燃比情況下，由于混合汽物性的改變、絕熱指數(shù)的增加以及混合汽分層致使熱損失減少，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率進(jìn)一步提高。由于發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在低負(fù)荷工況下運(yùn)行，因此分層混合燃燒的直噴式汽油機(jī)可使平均油耗降低15~20%。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)4.柴油機(jī)高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)高壓共軌技術(shù)是指在高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過(guò)程彼此完全分開(kāi)的一種共有方式，由高壓油泵把高壓燃油送到公共油管，通過(guò)對(duì)公共油管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，可以大幅度減小柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機(jī)的缺點(diǎn)。ECU控制噴油器的噴油量，噴油量大小取決于燃油軌（公共供油管）壓力和電磁閥開(kāi)啟時(shí)間的長(zhǎng)短。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)高壓共軌的優(yōu)點(diǎn)：(1)高壓共軌系統(tǒng)中的噴油壓力柔性可調(diào)，對(duì)不同工況可確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化柴油機(jī)綜合性能。(2)可獨(dú)立地柔性控制噴油正時(shí)，配合高的噴油壓力（120MPa~200MPa），可同時(shí)控制NOx和微粒在較小的數(shù)值內(nèi)，以滿足排放要求。(3)柔性控制噴油速率變化，實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和多次噴射，既可降低柴油機(jī)NOx排放，又能保證優(yōu)良的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。(4)由電磁閥控制噴油，控制精度較高，高壓油路中不會(huì)出現(xiàn)氣泡和殘壓力為零的現(xiàn)象，因此在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，循環(huán)噴油量變動(dòng)小，各缸供油不均勻可得到改善，從而減輕柴油機(jī)的振動(dòng)和降低排放。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)5.可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)使得發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)者無(wú)需再在低速扭矩與高速功率之間做出選擇，實(shí)時(shí)的氣門(mén)定時(shí)調(diào)整可以同時(shí)顧及低速扭矩與高速功率。連續(xù)可變氣門(mén)定時(shí)技術(shù)加上先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略，可以巧妙的實(shí)現(xiàn)可變壓縮比?？勺儦忾T(mén)正時(shí)技術(shù)分為三種：可變相位（phase）技術(shù)，可變升程（lift）技術(shù)，以及可變相位和升程技術(shù)。該技術(shù)以本田的VTEC(VariableValveTimingandValveLiftElectronicControlSystem)即可變氣門(mén)正時(shí)和氣門(mén)升程電子控制系統(tǒng)和豐田的VVT-i（VariableValveTimingintake）即智能可變配氣正時(shí)最為代表性。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)發(fā)動(dòng)機(jī)采用可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)可以提高進(jìn)氣充量，使充量系數(shù)增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和功率可以得到進(jìn)一步的提高。它的特點(diǎn)是在大幅提高了燃油的經(jīng)濟(jì)效率的同時(shí)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。如在大負(fù)荷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)容易發(fā)生自然引起的爆震，通過(guò)推遲進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉的時(shí)間來(lái)達(dá)到降低有

效壓縮比的目的，從而避免爆震。而在中小負(fù)荷時(shí)，爆震不再是個(gè)問(wèn)題，可以通過(guò)調(diào)整氣門(mén)關(guān)閉時(shí)間達(dá)到提高有效壓縮比的目的，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在中小負(fù)荷時(shí)有優(yōu)異的熱效率。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在中、低轉(zhuǎn)速時(shí)，三根搖臂處于分離狀態(tài)，普通凸輪推動(dòng)主搖臂和副搖臂來(lái)控制兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)的開(kāi)閉，氣門(mén)升量較小。此時(shí)雖然中間凸輪也推動(dòng)中間搖臂，但由于搖臂之間是分離的，所以兩邊的搖臂不受它控制，也不會(huì)影響氣門(mén)的開(kāi)閉狀態(tài)。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到某一個(gè)設(shè)定的轉(zhuǎn)速時(shí)，電腦即會(huì)指令電磁閥啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，推動(dòng)搖臂內(nèi)的小活塞，使三根搖臂鎖成一體，一起由高角度凸輪驅(qū)動(dòng)，這時(shí)氣門(mén)的升程和開(kāi)啟時(shí)間都相應(yīng)的增大了，使得單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)氣量更大，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力也更強(qiáng)。這種在一定轉(zhuǎn)速后突然的動(dòng)力爆發(fā)極大的提升了駕駛樂(lè)趣。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到某一轉(zhuǎn)速時(shí)，搖臂內(nèi)的液壓也隨之降低，活塞在回位彈簧作用下退回原位，三根搖臂分開(kāi)。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)VTEC系統(tǒng)的作用主要運(yùn)用在三個(gè)方面最佳怠速/稀薄燃燒區(qū)域在此區(qū)域內(nèi)，VTC系統(tǒng)停止作用，此時(shí)氣門(mén)重疊角最小，由于VTEC的作用，產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工作穩(wěn)定。最佳油耗、排氣控制區(qū)域在此區(qū)域內(nèi)，VTEC發(fā)揮作用，產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流，從而使可燃混合氣混合更加均勻，同時(shí)VTC的作用使氣門(mén)重疊角加大，將部分廢氣重新吸入氣缸，起到了EGR的作用，以此達(dá)到最佳油耗和排氣控制。最佳扭矩控制區(qū)域在此區(qū)域內(nèi)，通過(guò)VTC的控制，以最適當(dāng)?shù)臍忾T(mén)重疊角，同時(shí)配合VTEC系統(tǒng)的作用，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩最大限度地提高。車用汽油機(jī)和柴油機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)