汽车发动机新技术浅析

摘要

在当今汽车行业的不断发展和汽车数量的不断增加，在节能减排的国家大环境下，高效、节能、环保已成为现在汽车主要的发展方向。机动车在运行时氧气不足会存在燃料燃烧不完全的问题，排放物中存在大量的颗粒物、CO、HC等一系列的有害物质。汽车最重要的组成部分是发动机，发动机是汽车的动力源泉，世界各个大汽车企业及研讨专门机构也投入了大量的经费来研讨发动机技术设备，给出了许多新的思绪及办法，从不同的视角来解决整车的汽油经济性及有害气体的排放难题，而且也获得了一定的成效，对于汽车制造企业来说，把握汽车发动机最新技术设备是至关重要的，不但可以加强其商品的科技含量，并且可以提升其商品的消费市场竞争力，随着汽车发动机技术的快速发展，发动机的电子控制、多气门、可变气门正时、可变气门升程、双涡轮增压、高压共轨等先进的发动机技术也都广为人知，另外，为了适应汽车的多种情况运行，还有一类发动机的新技术——缸内直喷、可变配比正时、稀燃发动机等应时而生。

　　关键词：发动机；分析技术；发展

1前言

在当今汽车行业的不断发展和汽车数量的不断增加，在节能减排的国家大环境下，高效、节能、环保已成为现在汽车主要的发展方向。汽车最重要的组成部分是发动机，发动机是汽车的动力源泉。发动机的新技术水平代表着当今汽车行业的发展水平。汽车电子技术的快速发展和节能、减排的理念，促成了发动机新技术的发展，使发动机的动力性、经济性和稳定性有了极大的提高。经过分析汽车发动机的新技术，有助于学生更好的理解汽车发动机的原理及汽车的新技术，掌握汽车发动机的发展趋势，为以后的工作提供帮助。

　2汽车发动机的发展情况

　　2.1汽车发动机的原理

汽车发动机是将化学能转化为机械能的机器。它的功能是将液体（气体）的化学能通过燃烧以后转化为热能，再把热能转化为机械能后对外输出强大动力。简单来说，发动机就像一个能量的转换机器，就是把汽油(柴油)或天然气的热能，经过在密闭汽缸内燃烧气体的膨胀，再推动活塞的作功，从而转变为机械能，这就是发动机的基本原理。

　2.2汽车发动机的组成

因为发动机的工作原理类似，基本的结构也就大体相同。汽油车的发动机基本是由五大系统和两大机构组成，柴油车的发动机基本是由四大系统和两打机构组成(无点火系)。

发动机总成

曲柄连杆机构—实现热能转换的主要核心，是发动机的基础。

配气机构—保证气缸能适时换气。

燃料系统—精准控制每一次循环投入气缸燃油的数量，以此来调节发动机的输出功率和转速。

冷却系统—控制发动机的正常工作温度。

润滑系统—减少磨损，可以有效延长发动机的使用寿命。

点火系统—及时的向汽油发动机供应电火花(柴油发动机无点火系)

起动系统—让曲轴旋转，使发动机完成起动的过程。

　2.3汽车发动机技术的进展

（1）汽油车发动机之前的探索时期，十八世纪中期，瓦特发明蒸气机，以后人们开始想象把蒸汽机安装到车子上面去载人。

（2）1858年，里诺第一个发明煤气发动机，并在1860年申请专利。发动机用煤气与空气的混合气体取代了以往蒸汽机的蒸汽，开始使用电池与感应线圈产生电火花，再用电火花将混合气点燃爆发。

（3）四冲程发动机本来很早就由德国人奥托发明出来了。但是应用在汽车上不得不提戴姆勒,他因为帮助奥托研制四冲程发动机的原因，从而成为第一个将四冲程发动机安装到汽车上的人。

（4）化油器最早出现在1892年，化油器已经分为了五部分:主供油系统、起动系统、怠速系统、大负荷加浓系统(省油器)和加速系统。五部分的功能在于:依据发动机在不同情况下的需要，将汽油气化，并且与空气按定量的比例混合成可燃的混合气，适时适量的进入发动机气缸。

（5）电喷提供最早诞生在1967年，是由保时捷汽车公司研制的D型电子喷射系统装置,之后被用在大众等德系轿车上。这种喷射装置按进气管里面的压力作为参数，但它和化油器做相比，依然存在结构复杂、成本高、不稳定的缺陷。对于这些缺陷，波许公司在不久后，又开发了一种名为L型电子控制的汽油喷射装置，它按进气管里面的空气流量作为参数，可以立刻按照进气的流量与发动机的转速确定进气量,以此喷射出所需的汽油。

（6）缸内直喷发动机，随着欧美各大厂商认识到电喷技术的研究发展已经到了瓶颈期，因此缸内直喷技术成了世界各大厂商的发展方向。当今市场上关注的缸内直喷发动机有：奥迪FSI缸内直喷发动机、凯迪拉克SIDI双模直喷发动机。与电喷发动机相比较，缸内直喷发动机的喷油嘴被转移到了汽缸的内部，因此缸内油气的数量不会受到气门开合的影响，而是直接由电脑自动决定喷油时机与数量,至于气门则是仅掌管空气的进入时程，两者则是在进入到汽缸内才能进行混合的动作。由于油、气的混合空间、时间都比较短暂，所以缸内直喷系统一定要依靠高压将燃油从喷油嘴压入汽缸内，以此达到高度雾化的效果，从而更好的进行油气混合。

（7）连续可变的气门正时系统(CVVT)、智能可变配气正时系统(VVT-i)、缸内直喷分层燃烧引擎(FSI)、可变排量发动机(MDS)、发动机涡轮增压技术等现代化技术的发展。

3汽车发动机的新技术

　　3.1汽车发动机缸内直喷技术

发动机缸内直喷就是大家耳熟能详的VTEC系统:平常的发动机每缸气门组只由一组凸轮驱动，而VTEC系统的发动机却是有中低速用和高速用两组不同的气门驱动凸轮，并且通过电子控制系统的自动操控，进行中低速用和高速用的自动转换。采用VTEC系统，确保了发动机中低速和高速不同的配气相位及进气量的要求,使得发动机无论在什么速率运转下都都达到动力性、经济性、低排放的统一和发动机的最佳状态。VTEC的设计就像是采用了两根不一样的凸轮轴，一根用于低转速，一根用于高转速，但是VTEC发动机的不同，就是将这样两种不一样的凸轮轴设计在一根凸轮轴上面。缸内直喷技术,喷油嘴设置在进排气门之间,高压燃油直接注入燃烧室平顺高效地燃烧，缸内直喷所宣扬的是通过均匀燃烧和分层燃烧实现了高负荷、尤其是低负荷下的燃油消耗降低，动力还有很大提升。

　3.2汽车发动机可变配气正时技术

发动机可变配气正时技术的原理是根据发动机的运行情况，调整进（排）气的量、气门开合时间和角度。使进入发动机的空气数量达到最佳，提高燃烧效率。曲轴经过齿状的传动装置带动凸轮轴的转动，使气门在做开启和关闭的动作时会和曲轴的转动角度形成一定的对应关系。而气体的流动会随发动机运转速度的快慢而改变，如何使汽缸在不同的转速下都能够获得良好的进气效率？为此必须改变气门开启与关闭的时间。经过安装在凸轮轴前端的油压装置使得凸轮轴可以另外做一些小角度转动，从而使进气门在转速升高的时候提早开启。这就是汽车的可变配气正时技术。

3.3汽车稀燃发动机技术

发动机的稀燃技术，稀燃是稀薄燃烧的简称，指发动机在实际空燃比大于理论空燃比的情况下的燃烧，空燃比可达25:1，甚至于更高。稀薄燃烧不仅能使燃料的燃烧更加完全，而且也减少了换气的损失，同时辅以相应的排放控制措施，大大降低了汽油机的有害排放量，从而具有良好的经济性和排放性能。稀薄燃烧可以提高发动机燃料经济性的主要原因是，由于稀混合气中的汽油分子有更多的机会与空气中氧分子接触，燃烧完全。采用稀混合气，由于气缸内压力低、温度低，不易发生爆燃，则可以提高热效率。燃用稀混合气，由于其燃烧后最高温度降低，一方面使通过汽缸壁的传热损失较小，另一方面燃烧产物的离解损失减少，使热效率得以提高。且当采用稀薄混合气燃烧时，由于进入缸内空气的量增加，减小了泵吸损失，这对汽油机部分负荷经济性的改善非常有利。

4汽车发动机新技术的综合应用

　　4.1汽车发动机缸内直喷技术的应用

当今缸内直喷的普遍运用，在近来各大厂商采用的发动机先进科技中，最炙手可热的技术非缸内直喷不可。这一套由柴油发动机衍生而来的科技目前已经大量使用在VAG、BMW、Mercedes-Benz、GM和Toyota（Lexus）车系上。缸内直喷技术在VAG集团中被普遍运用，由Audi RS4和R8共享的4.2升FSI发动机就是其中性能超强的代表作。其中VAG集团可以算是导入缸内直喷科技最具象征性的例子，目前包含Audi和VW都已将名为FSI的缸内直喷发动机列为旗下车款的高阶动力来源，并且在Audi和VW车系的顶级车上，甚至更以FSI结合上涡轮增压以增大动力。供油系统采用缸内直喷设计的最大优势，就在于燃油是以极高压力直接注入于燃烧室中，因此除了喷油嘴的构造和位置都异于传统供油系统，在油气的雾化和混合效率上也更为优异。加上近来车上各项电子系统的控制技术大幅进步，计算机对于进气量与喷油时机的判读与控制也愈加精准，因此在搭配上缸内直喷技术以使得发动机的燃烧效率大幅度的提升下，除了发动机可以得到更大的动力外，还可以对环保保护和节能减排上都有正面的帮助。

　4.2汽车发动机可变配气正时技术的应用

VVT技术至今已经有30几年的历史，19世纪80年代，AlfaRomeo首次使用VVT技术；Honda，1989年，首次使用具有可变气内门升程能力的VVT技术；BMW，2001年，首次使用VVT技术取代了传统的节气门。

韩系车的VVT是根据日本中的丰田的VVT-I和本田的VTEC技术模仿而来，但是相比丰田的VVT-I可变正时气门技术，VVT仅仅是可变气门技术，缺少正时技术，所以VVT发动机确实要比一般的发动机省油，但是赶不上日系车的丰田和本田车省油。

BMW在之前的一代发动机中早已采用该技术，目容前如本田的VTEC、i-VTEC,丰田的VVT-i,日产的CVVT,三菱的MIVEC,铃木的VVT,现代的VVT,起亚的CVVT,江淮的VVT,长城的VVT等也逐渐开始使用。总的说来其实就是一种技术，名字不同。

　4.3汽车稀燃发动机技术的应用

系统依据汽车所在的不同行驶情况，根据DBW电子的线控系统对发动机节流阀进行支配，对两个进气门其中一个的关闭时机进行管控，让汽车处在巡航行驶等低负荷状态的时候，可以把泵气的损失减少，让车辆处在起步或者加速等需高输出功率和需要大扭矩的时候，经过管控使进气的效率能最大化。因此，在汽车处于低负荷的行驶时，泵气的减少有效的减缓了能效的恶化情况，因此实现汽车在高扭矩行驶的时候，使平均油耗水平达到全球最低的1.8L发动机。尤其是处在定速续航模式下行驶的时候，能让它的平均油耗基本与1.5L发动机持平。经过减缓发动机进气门关闭的时机，减少了泵气的损失，使车辆在定速巡航的模式下行驶时，平均油耗能有效降低。减缓发动机进气门关闭的时机，让它在压缩开始的一段时间以后关闭，让吸到气缸里的一些混合以后的气体再次回到发动机进气管。如此，尽管节流阀不关小，发动机进气量也能有效的限制住。发动机进气阻压降低，泵气的损失能有效的控制在百分之十六以下，因此提高燃油经济性，经过节流阀开启程度的大小、车辆行驶速度、发动机的转速和齿轮情况等测试汽车行驶的情况，可以对气门的开关机会得到智能化的控制。对气门开关时机管控是通过同步活塞对位于进气一侧的怠速/加速摇臂和定位巡航行驶摇臂进行连接和分离操作实现的。同步活塞的连接、分离操作中使用了可以在低转速区进行切换的油压回路。这个就是稀燃发动机控制的方案。

　5汽车发动机新技术对发动机综合性能的影响和作用

　　5.1汽车发动机新技术对发动机综合性能的影响和作用

因为石油需要开采，总有一天是要被采光的，那之后的发动机供与求的矛盾会越来越严重，这是当今社会普遍关注的问题。正常来讲，这种矛盾是存在的。依据现在的情况显示，全世界的石油储量最少在以后的四十到五十年内还不至于会出现全面短缺的情况。但到五十年之后，状况就不一定了。自然的，随着世界先进技术的不断更新，还是会发现之前一直没有探查到的资源。但是现在仍旧以石油作为汽车发动机的主要燃料。但是在当今节能和环保为主题的社会大环境下，即便是多点燃油喷射这样的新技术也无法满足我们的需求，然后就出现了一种更为先进的燃油喷射技术，那便是发动机缸内直喷技术。与那些把汽油喷入进气歧管的发动机相比，FSI发动机就是“缸内直喷发动机”，它的优点在于可把汽油直接喷到发动机燃烧室，不需要节气门，减少了发动机热能的损耗，因此增加输出功率，并且降低燃油损耗。

随着世界汽车技术的逐步发展，出现了很多新的发动机技术，发动机可变气门正时技术(VVT，Variable Valve Timing)就是其中一种，它的工作原理就是当发动机由低速到高速转换时，电子计算机就会自动地将机油压向进气凸轮轴驱动齿轮内的小涡轮，如此，在压力的作用下，小涡轮就相对于齿轮壳旋转一定的角度，从而使凸轮轴在60度的范围内向前或向度后旋转，从而改变进气门开启的时刻，达到连续调节气门正时的目的。所以在上述结构的作用下，可以保证发动机按照不同的路况改变气门开启、关闭时间，在保证输出足版够牵引力的同时提高燃油经济性。所以汽车的新技术都有以下五点对于发动机综合性能的影响:

（1）污染排放骤减；

（2）发动机的最大功率明细提高；

（3）油耗低，燃油经济性好；

（4）在低温状态下，启动更稳定；

（5）灵活，怠速转速稳定。

5.2未来汽车发动机的发展方向

　　5.2.1改善发动机结构，提升发动机的机内净化技术

改善发动机的结构设计，运用多项技术的组合,如:电控喷射技术、废气循环技术、多气门技术、废气旁通技术和高效增压中冷技术等等，可以经过对喷射的时间、喷射的位置、喷射的区域、喷射方式的智能管控，让燃油经济性再次得带提升，降低污染气体的排放。

　　5.2.2发展发动机的后处理技术

当今社会对汽车的排放要求越来越严格，研发改进发动机的机内净化技术也变的刻不容缓了。要研发动力性、燃油经济性、环保性于一身的发动机也就更难，成本也会越来越高。所以，一些老的废气后处理净化技术还是很活跃，还得到了一定的进步，但是随着新技术的不断研发，排气系统中肯定会研发出很多新的净化装配，运用化学和物理的办法有效降低废气当中污染物的排放。

5.2.3复合动力技术的应用

现代社会汽车的不断增加，提高汽车的燃油经济性和环保性就显得更加重要。很多国家都制定了未来汽车的发展计划，更改了燃油经济性指标。像欧洲和美洲各国正在开发的新型汽车，与现在使用的汽车作比较，在消耗相同燃油的情况下，新型汽车的行驶里程数基本能提升百分之五十，也可以说在行驶相同的里程，新型汽车能减少消耗燃油百分之40左右。最有可能实现这一目标的方案是运用柴油机和电动机作为动力的复合技术。因此，复合动力技术也是汽车发动机研究的重中之重。

5.2.4燃料电池技术的推广

想要更进一步的追求环保性，甚至于最后想要实现的零排放，相对现实可行的技术方案就是运用燃料电池作为动力源驱动电动机，因此发展燃料电池技术也是之后的一个发展方向。

5.2.5传统的润滑理论的改变

用燃油代替现在的机油润滑，改进之前发动机润滑的方式，可以有效的提升燃油效率，并且大大减少污染气体的排放。

5.2.6新材料、新技术的应用

经过对发动机机体、部件材料、制造方法的进一步改进，可以大大减低发动机自身重量，并且提升发动机本身的强度。这个也是提升汽车发动机的燃油效率的一个办法。像塑料油箱、塑料风扇、塑料缸盖、橡胶密封垫等塑料类产品在发动机上的应用就充分说明了这一点。

总之，未来汽车发动机是朝着轻量化、安全化、舒适化和高效、节能、环保方向发展的。

　结论

节能和环保二种技术的运用将成为未来汽车发动机技术发展的主旋律。于此同时随着汽车技术和电子技术的发展，汽车上使用的新技术不断增加，汽车设计人员围绕汽车的行驶性，安全性，舒适性进行了大量的电子化的研究和应用，发动机的电子控制技术的日趋完善，同时转子发动机、燃气涡轮发动机、斯特林发动机、六冲程发动机、混合动力电动汽车、分层充气发动机、燃料电池动力汽车，太阳能汽车、氢燃料汽车等等，新技术层出不穷。这就需要大批具备相关知识和实际操作技能的维修人员不断加入，以满足日益增长的市场需求。

参考文献

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