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1、 汽车发动机的技术现状及发展趋势 摘要：自汽车发明以来，为人们的出行运输带来了极大的便利，促进了人类的大发展， 一百多年后的今天，相关技术不断创新和走向成熟。但随之而来的问题则是，全球石油能源紧张，空气污染。因此，先进的发动机技术将在汽车节能、环保技术开发中起着关键的决定性的作用。关键词：汽油直喷技术（GDI）；多气门技术；停缸技术；共轨与四气门技术；可变气门正时技术（VVT）；均质充量压缩点燃（HCCI）Abstract:Since the invention of car，for peoples travel transportation has brought great conveni
2、ence, to promote the development of human beings, More than one hundred years later, the related technical innovation and maturity. But the trouble with this is that global oil energy nervous, air pollution, Therefore, advanced engine technology in automobile energy saving, environmental protection
3、technology development plays a key decisive role.Keywords: Gasoline direct injection technology; Many valve technology; Stop cylinder technology; Common rail and the four valve technology; Variable valve timing technology; Homogeneous charge compression ignited正文：一般来说，节能和环保，及高经济性和低公害，仍然是21世纪车用内燃机发展的
4、主题。【1】 随着发动机技术逐渐走向完善，人们对汽车的安全系数愈加重视，于是对汽车的动力性，燃油经济性，制动性，操纵稳定性，平顺性，通过性等提出了更高的要求。【2】按动力装置类型分类汽车可分为内燃机汽车（包括汽油机和柴油机），电动汽车（包括蓄电池式，燃料电池式和复合式），喷气式汽车以及其他动力装置汽车。下面我们重点分析内燃机的技术现状和发展趋势。【3】一、车用汽油机的技术现状和发展趋势汽油机广泛应用于轿车和轻型客货车上，而柴油机则应用于大客车和中、重型货车，少数轿车和轻型客货车发动机也有用柴油机的。汽油机使用铝合金、塑料等材料制成。体积小，重量轻，起动方便，运转平稳，转速快，适用于汽车、飞机等
5、要求体积小、速度快的运输工具。1.1国外汽油机技术现状为了适应汽车对节油、环保、安全的需要，车用汽油机主要朝着更节油、更环保的方向发展，因此欧洲己执行欧标准。以下为国外在汽油机方面主要先进技术。（1）汽油机直喷（GDI）技术顾名思义是在气缸内喷注汽油，它将喷油嘴安装在燃烧室内，将汽油直接喷注在气缸燃烧室内，空气则通过进气门进入燃烧室与汽油混合成混合气被点燃作功，这种形式与直喷式柴油机相似，因此有人认为缸内喷注式汽油发动机是将柴油机的形式移植到汽油机上的一种创举。【4】（2）多气门技术每缸3-5个气门（大多为4气门），可提高功率，改善燃烧质量。排量较大、功率较大的发动机要采用多气门技术二最简单的
6、多气门技术是三气门结构，即在一进一排的二气门结构基础上再加上一个进气门。近年来，世界各大汽车公司新开发的轿车大多采用四气门结构。四气门配气机构中，每个气缸各有两个进气门和两个排气门。四气门结构能大幅度提高发动机的吸气、排气效率，新款轿车大都采用四气门技术。【5】（3）汽油机涡轮增压可提高升功率，在排量不变的情况下，可提高功率，近年来，在汽车市场整体火爆的影响下，涡轮增压汽油车的销量也实现了快速增长。2011年，新骐达16T、上海大众全新帕萨特(NMS)I6T和2OT等多款车型的上市带动涡轮增压汽油车销量的增长【6】（4）可控燃烧速率系统（CBR）两个进气道，有一个是切向进气的，另一个是中性的。
7、喷油器向两个进气道喷入等量的燃油。改变进气口封闭控制阀的位置，可调节气缸内空气涡流强度和混合气浓度，实现稀薄燃烧；（5）D.HC（双顶置凸轮轴）双顶置凸轮轴，凸轮轴位于缸盖上。这种结构，凸轮轴直接驱动摇臂，省去了挺柱和推杆，使往复运动质量大大减小。因此适用于高速发动机。但正时传动机构复杂，且为拆装缸盖造成一定困难。顶置双凸轮轴即为进、排气门各为一根轴控制。（6）VVT（可变气门正时）根据不同转速调节气门时，可节省燃油，改善排放，如本田VTEC、丰田VVT-i等。（7）停缸技术可以减少传统汽车发动机的油耗和排放，但并不影响汽车动力的技术，它可以根据车辆载重的多少来控制汽缸的使用数量。在输出功率减
8、小时，使一部分气缸停止工作，可节省燃油，如通用开拓者EXT 2005款有8个气缸，需要时可使4个气缸一停止工作（8）智能驱动气门（SVA）取代传统凸轮轴，每一个气门挺杆上有一个独立的驱动器，可以减少20%油耗及污染物，如：法国法雷奥公司已设计出样机，2009年可大批量投产。【7】1.2国内汽油机技术现状 国内的技术还不太完善，与国外有一定差距，但也达到了世界平均水平，大多数引进机型和合资企业生产的机型都采用一些国外先进技术。（1）多气门和DOHC技术：例如天津丰田8A、5A,东风本田，北京现代，奇瑞SQR372（0.8L）、SQR481Q（1.6L），神龙公司爱丽舍（1.6L）等。【8】（2）
9、可变气门技术: 东风本田发动机，天津丰田发动机有限公司生产的花冠、皇冠汽油机，东风日产，北京现代等生产的汽油机型都引进可变气门技术（VTEC、VVT-i、CVVT等）。特别是奇瑞公司，在AVL公司帮助下开发的自主品牌1.6LSQR481H和2.0L SQR484H汽油机使用了VVT可变气门技术，吉利也开发出了带可变技术的自主品牌汽油机。 （3）GDI技术:汽油机直喷（GDI）发动机国内尚未批量生产，但奇瑞公司在AVL公司帮助下开发的自主品牌2.0L SQR484J汽油机使用了GDI技术。(4）涡轮增压技术：国内引进的已投产机型中已有不少机型采用涡轮增压技术：如PASSAT 1.8T、宝来1.8
10、T等；华晨金杯在德国FEV公司帮助下开发的1.8T汽油机，也是增压机型（配装中华轿车）。(5）停缸技术、智能气门、可变压缩比等技术尚未在国内生产的汽油机中采用。(6）汽油机电喷系统中传感器、电控喷油泵等国内己批量生产；汽油机排气系统中三效催化转化器及陶瓷芯等，国内己批量生产，如：大连华克吉来特、天津卡达克高新技术公司等生产三效催化转化器；在苏州的日本独资企业NGK（苏州）环保陶瓷有限公司生产国、国汽油机用三效催化转化器陶瓷芯等。【7】1.3汽油机技术的发展趋势 汽车未来的发展趋势可概括为高功率，大转矩，低油耗，低排放。由于汽油机的燃油经济性比柴油机差，所以降低汽油机的能耗已经成为汽车界当前必须
11、要解决的一个问题。目前最有代表性的三大汽油机技术是：（1）汽油直喷技术。汽油缸内直喷是提高汽油机燃油经济性的重要手段，近些年来，以缸内直喷汽油机(Gasoliine Direct Injection, GDI)为代表的新型混合气形成模式的研究和应用，极大地提高了汽油机的燃油经济性。以日本为代表的非均质直喷技术面临燃烧稳定性和后处理等问题，同时以欧洲为代表的均质直喷技术正在兴起。 （2）VVT技术VVT技术在发动机运行工况范围内提供最佳的配气正时，较好地解决了高转速与低转速，大负荷与小负荷下动力性与经济性的矛盾，同时在一定程度在一定程度上改善了排放性能。随着环境保护和人类可持续发展的要求，低能耗
12、和低污染已成为汽车发动机的发展目标。VVT技术由于自身的优点，日益受到人们重视，尤其是当今电子技术的飞速发展，促进了VVT技术从研究阶段向实用阶段发展。电动气门具有与电控喷射同等重要的意义，它将给发动机空气系统控制和循环过程管理带来一系列技术变革，如取消节气门、可变压缩比、部分停缸等。 （3）燃烧方式的混合传统的火花点火发动机的燃烧过程在火焰传播中，火焰前锋的温度比未燃混合气高很多。所以这种燃烧过程虽然混合气时均匀的，但是温度分布仍是不均匀，局部的高温会导致在火焰经过的区域形成NOx。柴油机的燃烧过程是扩散型的，燃烧过程中燃烧速率由混合速率决定，点火在许多点发生，这种类型的燃烧过程混合和燃烧都
13、是不均匀的，NOx在燃烧较稀的高温区产生，固体微粒在燃料较浓的高温区产生。在均质充量压缩点燃(Homogeneous Charge Compression Ignition, HCCI)过程中，理论上是均匀的混合气和残余气体，在整个混合气体中由压缩点燃，燃烧是自发的、均匀的并且没有火焰传播，这样可以阻止NOx和微粒的形成。这种汽油机均质与柴油机压燃混合的燃烧方式，以燃料技术和控制技术为基础，综合汽油机和柴油机两种燃烧方式优点的均质压燃HCCI内燃机技术正在兴起。【9】二、车用柴油机的现状及发展趋势柴油机的压缩比大，气缸因为要承受较大的压力而做得较为牢固笨重，一般用钢板，铁板等材料制成。它的功率
14、大，适用于载重较大的大型卡车、拖拉机、机车和船舰未来的汽车发展方向有一个就是柴油化，但是舒适程度不如汽油好。发动机噪音大，冬天爱冻油管，但是柴油机新技术的发展，柴油车在尾气排放和降低噪声这两个方面取得了很大的进步。 因为压燃式的柴油机比点燃式的汽油机具有更高的能量转换，能源消耗为汽油机的45%60%，加上柴油价格比汽油价格低，发动机相比汽油机少了复杂的高压点火装置，寿命也普遍比汽油机产品更长，因此柴油机的燃油经济性比汽油机更好。 维修方面的费用也相对来说低点,故障少点。同时，柴油机在安全性和环保性方面相比汽油机也有突出的优势。2.1国外柴油机技术现状(1) 共轨与四气门技术国外柴油机目前一般采
15、用共轨新技术、四气门技术和涡轮增压中冷技术相结合， 使发动机在性能和排放限值方面取得较好的成效，能满足欧3排放限值法规的要求。四气门结构（二进气二排气）不仅可以提高充气效率，更由于喷油嘴可以居中布置， 使多孔油束均匀分布，可为燃油和空气的良好混合创造条件；同时， 可以在四气门缸盖上将进气道设计成两个独立的具有为同形状的结构，以实现可变涡流。 这些因素的协调配合，可大大提高混合气的形成质量（品质），有效降低碳烟颗粒、HC 和 NOX 排放并提高热效率。【10】（2） 排气再循环（EGR）技术的应用 EGR 是目前发达国家先进内燃机中普遍采用的技术，其工作原理是将少量废气引入气缸内， 这种不可再燃
16、烧的 CO2 及水蒸汽废气的热容量较大，能使燃烧过程的着火延迟期增加，燃烧速率变慢， 缸内最高燃烧温度下降，破坏 NOX 的生成条件。EGR技术可使机动车NOX排放明显降低， 但对重型车用柴油机而言，目前倾向于使用中冷EGR技术，因为其不仅能明显降低NOX， 还能保持其他污染物的低水平。【11】（3） 增压中冷技术采用涡轮增压增加柴油机的空气量，提高燃烧的过量空气因数是降低大负荷工况排气烟度、 PM 排放量以及燃油消耗的有效措施。有效的空空中冷系统，可使增压空气温度下降到50以下， 工作循环温度的下降有助于NOX的低排放和PM的下降，故目前重型车用柴油机都普遍是增压中冷型， 不仅有助于低排放而且燃油经济性良好
