發動機小型化相關節能減排技術解析
發布時間:2016-06-28 責任編輯:susan
【導讀】隨sui著zhe石shi油you資zi源yuan緊jin缺que及ji環huan境jing汙wu染ran的de日ri益yi加jia重zhong,各ge國guo開kai始shi不bu斷duan收shou緊jin汽qi車che燃ran油you消xiao耗hao及ji排pai放fang標biao準zhun,於yu是shi,更geng為wei節jie能neng環huan保bao的de車che輛liang開kai始shi受shou到dao人ren們men的de青qing睞lai。對dui於yu已yi有you百bai年nian多duo曆li史shi的de內nei燃ran機ji而er言yan,想xiang要yao繼ji續xu保bao持chi其qi旺wang盛sheng的de生sheng命ming力li,就jiu必bi須xu在zai節jie能neng減jian排pai技ji術shu上shang有you所suo突tu破po。
從整車廠和零部件供應商在發動機領域的技術創新來看,小型化發動機早已成為各家追逐的焦點。相對而言,更小的、功率密度更大的發動機能夠降低摩擦損失,從而提升整車燃油經濟性。此外,在中國1.6L及以下小排量發動機還能享受購置稅減半的優惠政策。
何為發動機小型化?
發fa動dong機ji小xiao型xing化hua即ji通tong過guo減jian小xiao發fa動dong機ji排pai量liang或huo減jian少shao氣qi缸gang數shu量liang,在zai提ti高gao燃ran油you效xiao率lv的de同tong時shi減jian少shao尾wei氣qi和he溫wen室shi氣qi體ti排pai放fang。全quan球qiu排pai放fang法fa規gui和he不bu斷duan提ti高gao的de燃ran油you經jing濟ji性xing標biao準zhun同tong時shi推tui動dong著zhe傳chuan統tong發fa動dong機ji向xiang著zhe小xiao型xing化hua的de路lu線xian發fa展zhan。目mu前qian,這zhe項xiang技ji術shu被bei整zheng車che廠chang廣guang泛fan應ying用yong於yu輕qing型xing汽qi油you發fa動dong機ji中zhong。有you測ce試shi數shu據ju顯xian示shi,發fa動dong機ji小xiao型xing化hua可ke以yi提ti升sheng20%到30%的燃油效率。
然ran而er在zai降jiang低di油you耗hao和he排pai放fang量liang的de情qing形xing下xia,小xiao型xing化hua發fa動dong機ji如ru何he在zai實shi際ji行xing駛shi過guo程cheng中zhong保bao證zheng其qi動dong力li性xing能neng不bu被bei削xue弱ruo?此ci前qian,蓋gai世shi汽qi車che針zhen對dui發fa動dong機ji小xiao型xing化hua問wen題ti做zuo過guo一yi期qi業ye界jie調tiao查zha《發動機小型化趨勢明顯動力性能表現成市場痛點》。結(jie)果(guo)表(biao)明(ming),業(ye)界(jie)對(dui)發(fa)動(dong)機(ji)小(xiao)型(xing)化(hua)最(zui)大(da)的(de)疑(yi)問(wen)在(zai)於(yu)其(qi)動(dong)力(li)性(xing)能(neng)是(shi)否(fou)足(zu)夠(gou)強(qiang)勁(jin),這(zhe)也(ye)是(shi)影(ying)響(xiang)小(xiao)型(xing)化(hua)發(fa)動(dong)機(ji)在(zai)終(zhong)端(duan)市(shi)場(chang)表(biao)現(xian)的(de)根(gen)本(ben)原(yuan)因(yin)。關(guan)於(yu)製(zhi)約(yue)發(fa)動(dong)機(ji)小(xiao)型(xing)化(hua)市(shi)場(chang)表(biao)現(xian)的(de)因(yin)素(su),蓋(gai)世(shi)汽(qi)車(che)將(jiang)在(zai)後(hou)期(qi)的(de)專(zhuan)家(jia)訪(fang)談(tan)中(zhong)深(shen)入(ru)講(jiang)解(jie),本(ben)篇(pian)不(bu)做(zuo)過(guo)多(duo)贅(zhui)述(shu)。
發動機小型化相關技術
更少氣缸數的更小型的發動機之所以成為可能,離不開渦輪增壓技術、汽油直噴技術、可變氣門正時等關鍵零部件技術作保障。下麵將簡要解析這些技術的工作原理,並分析各項技術的存在的優勢和劣勢。
渦輪增壓技術
渦輪增壓(Turbocharger)是利用發動機排放出的廢氣衝擊渦輪來壓縮進氣,從而提高發動機的動力和燃油效率。

眾zhong所suo周zhou知zhi,燃ran油you在zai發fa動dong機ji內nei點dian燃ran需xu要yao氧yang氣qi,氧yang氣qi越yue多duo燃ran燒shao越yue充chong分fen,發fa動dong機ji工gong作zuo也ye就jiu越yue好hao。渦wo輪lun增zeng壓ya作zuo為wei汽qi車che發fa動dong機ji的de一yi種zhong進jin氣qi形xing式shi,其qi主zhu要yao作zuo用yong就jiu是shi壓ya縮suo空kong氣qi,提ti高gao發fa動dong機ji進jin氣qi量liang,從cong而er提ti高gao發fa動dong機ji的de功gong率lv和he扭niu矩ju,讓rang車che子zi更geng有you勁jin。同tong時shi,使shi燃ran油you燃ran燒shao更geng加jia充chong分fen,提ti高gao燃ran油you經jing濟ji性xing和he降jiang低di尾wei氣qi排pai放fang。
一台發動機裝上渦輪增壓器後,其最大功率與未裝增壓器的時候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一台的發動機在經過增壓之後能夠產生更大的功率。拿我們最常見的1.8T渦輪增壓發動機來說,經過增壓之後,動力可以達到2.4L自然吸氣發動機的水平,但是耗油量要比1.8L自然吸氣發動機稍高。
優勢:
1、擁有良好的加速持續性,後勁十足。最大扭矩輸出的轉速範圍寬廣,扭矩曲線平直。
2、提高燃油經濟性,降低尾氣排放。
3、利用廢氣的能量,不消耗發動機的動力。
劣勢:
1、平順性有待提升,低速時渦輪不能及時介入,有一定的滯後性。渦輪遲滯、動力輸出不線性是渦輪增壓最大的缺點。
2、使得整個係統溫度提高,需要額外解決高熱影響。為解決高熱影響,需要使用耐高溫抗氧化的冷卻和潤滑介質,加裝冷卻器等。
3、後期養護費用較高。
因yin此ci,在zai使shi用yong渦wo輪lun增zeng壓ya發fa動dong機ji時shi,需xu要yao著zhe重zhong考kao慮lv發fa動dong機ji油you品pin的de挑tiao選xuan和he換huan油you周zhou期qi。渦wo輪lun增zeng壓ya器qi中zhong的de關guan鍵jian軸zhou承cheng需xu要yao用yong發fa動dong機ji油you進jin行xing潤run滑hua,用yong發fa動dong機ji冷leng卻que液ye進jin行xing冷leng卻que。絕jue大da多duo數shu設she計ji都dou允yun許xu發fa動dong機ji冷leng卻que液ye泵beng在zai熱re停ting車che後hou再zai持chi續xu工gong作zuo幾ji分fen鍾zhong,用yong來lai為wei渦wo輪lun護hu蓋gai降jiang溫wen。由you於yu渦wo輪lun是shi由you發fa動dong機ji尾wei氣qi所suo驅qu動dong的de,因yin此ci渦wo輪lun護hu蓋gai可ke能neng會hui變bian得de紅hong熱re。此ci外wai,由you於yu機ji油you都dou有you其qi既ji成cheng的de流liu動dong路lu徑jing,因yin此ci在zai發fa動dong機ji關guan閉bi時shi,機ji油you就jiu會hui經jing由you這zhe些xie流liu道dao排pai空kong。如ru果guo沒mei有you適shi當dang的de冷leng卻que和he排pai空kong,軸zhou承cheng上shang的de發fa動dong機ji油you就jiu會hui燃ran燒shao(焦化),變成焦油,阻塞機油的流道,從而導致渦輪出現災難性的故障。
汽油缸內直噴技術
缸gang內nei直zhi噴pen,顧gu名ming思si義yi就jiu是shi直zhi接jie將jiang燃ran油you噴pen入ru氣qi缸gang內nei與yu空kong氣qi混hun合he的de技ji術shu。與yu傳chuan統tong歧qi管guan噴pen射she的de意yi義yi不bu同tong,缸gang內nei直zhi噴pen將jiang噴pen射she壓ya力li更geng進jin一yi步bu提ti高gao,使shi燃ran油you霧wu化hua更geng加jia細xi致zhi,真zhen正zheng實shi現xian了le精jing準zhun地di按an比bi例li控kong製zhi噴pen油you並bing與yu進jin氣qi混hun合he,同tong時shi消xiao除chu了le缸gang外wai噴pen射she的de缺que點dian。在zai發fa動dong機ji低di轉zhuan速su低di載zai荷he時shi,延yan遲chi噴pen射she,在zai活huo塞sai進jin行xing壓ya縮suo衝chong程cheng最zui後hou階jie段duan時shi噴pen射she,利li用yong空kong氣qi渦wo流liu,使shi燃ran油you聚ju集ji在zai火huo花hua塞sai附fu近jin,分fen層ceng燃ran燒shao實shi現xian節jie油you的de目mu的de,但dan當dang發fa動dong機ji轉zhuan速su上shang去qu,載zai荷he上shang去qu時shi,還hai是shi要yao提ti前qian噴pen射she,在zai吸xi氣qi衝chong程cheng就jiu將jiang燃ran油you噴pen射she進jin去qu,使shi油you氣qi均jun勻yun混hun合he燃ran燒shao。

此外,噴嘴位置、噴霧形狀、進氣氣流控製,以及活塞頂形狀等特別的設計,使油氣能夠在整個氣缸內充分、均勻的混合,從而使燃油充分燃燒,能量轉化效率更高。相比於傳統的PFI(port fuel injection歧管噴射)發動機,GDI發動機燃油消耗可減少20%到50%。
優勢:
1、燃油燃燒更充分,能量轉化效率更高。
2、更加精準地控製發動機進氣量與噴油時機,促進節能環保。
3、缸內直噴的瞬態反應快,啟動也比較快。
劣勢:
1、燃燒室處於富氧環境,易產生氮氧化物。
2、燃燒溫度較低,三元催化器並不能達到很好的工作溫度,對有害介質的轉化不完全。
3、對於油品適應能力差,汽油中的硫會毒害氮氧化物催化裝置。
可變氣門正時技術
發動機可變氣門正時技術“VVT”(Variable Valve Timing),通稱是“可變氣門正時”。其工作原理就是根據發動機的運行情況,調整進氣、排氣的量,控製氣門開合的時間和角度,使進入的空氣量達到最佳,從而提高燃燒效率。

通俗點來說,四衝程汽油機分為吸氣、壓縮、做功、排pai氣qi這zhe四si步bu流liu程cheng,由you於yu發fa動dong機ji工gong作zuo時shi的de轉zhuan速su很hen高gao,四si衝chong程cheng發fa動dong機ji的de一yi個ge工gong作zuo行xing程cheng僅jin需xu千qian分fen之zhi幾ji秒miao,這zhe麼me短duan促cu的de時shi間jian往wang往wang會hui引yin起qi發fa動dong機ji進jin氣qi不bu足zu,排pai氣qi不bu淨jing,造zao成cheng功gong率lv下xia降jiang。因yin此ci,就jiu需xu要yao利li用yong氣qi流liu的de進jin氣qi慣guan性xing,氣qi門men要yao早zao開kai晚wan關guan,以yi滿man足zu進jin氣qi充chong足zu,排pai氣qi幹gan淨jing的de要yao求qiu。
既要兼顧引擎在低速區的扭矩特性,又想榨取高速區的功率特性的情形下,一種對氣門升程進行調節的裝置即“可變氣門正時技術”yingyunersheng。gaijishujinengbaozhengdisugaoniuju,younenghuodegaosugaogonglv,duiyinqingeryanshiyigejidadetupo。daojintianjihumeijiaqiyedouyoulezijidekebianqimenzhengshijishu,rufengtiankaifadeVVT-i,保時捷開發的Variocam,現代開發的DVVT……一係列可變氣門技術雖然商品名各異,但其設計思想卻極為相似。
優勢:
通過控製進行配氣,改變進氣門的打開與關閉時間,可以提高進氣充量,使發動機的扭矩和功率可以得到進一步的提高。
劣勢:
1、中段轉速扭矩不足。
2、由於多搖臂和凸輪組機構的介入,發動機運轉噪音大。
3、維修使用的成本也大幅增加。
可變排量技術
可變排量技術又稱氣缸休眠技術,是指當發動機工作在小負荷狀態時,通過一係列的“手段”讓部分氣缸停止工作(休眠),剩餘的氣缸正常工作,該技術能將發動機的6缸燃燒智能切換成3缸燃燒,達到節省燃油、降低排放的雙重功效;當急加速或爬坡需要加大動力時,可變排量技術又會啟動所有汽缸,快速提升發動機的動力輸出能量。

要讓氣缸休眠(不工作),眾多廠商主流的方式是斷油+斷氣。對於現在的電噴發動機來說,“斷油”相對簡單,因為燃油噴嘴其實是電磁閥。電磁閥通電則噴油,不通電就不噴油。“斷氣”相對複雜。因為發動機的進、排氣門是氣體進入、排出氣缸的必經之路。所以,隻要讓進、排氣門不打開,就可以實現“斷氣”。
目前各廠商有著各自的辦法,如本田的方法是通過塞柱的移動,斷開搖臂與凸輪軸之間的聯動關係,讓搖臂不再頂開進、排氣門,實現“斷氣”。
優勢:
低油耗,省油錢,對於小排量經濟型轎車效果明顯
劣勢:
1、消費者購車、用(yong)車(che)成(cheng)本(ben)增(zeng)加(jia),氣(qi)缸(gang)休(xiu)眠(mian)技(ji)術(shu)使(shi)用(yong)了(le)更(geng)為(wei)複(fu)雜(za)的(de)發(fa)動(dong)機(ji)機(ji)械(xie)構(gou)造(zao)以(yi)及(ji)與(yu)之(zhi)匹(pi)配(pei)的(de)控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve),必(bi)定(ding)會(hui)帶(dai)來(lai)整(zheng)車(che)成(cheng)本(ben)的(de)提(ti)升(sheng),而(er)這(zhe)些(xie)必(bi)然(ran)會(hui)轉(zhuan)嫁(jia)到(dao)消(xiao)費(fei)者(zhe)身(shen)上(shang)。
2、複雜的技術帶來了發生故障的可能性,也會提高維修保養成本。
自動啟停技術
發動機自動啟停技術,是指在車輛行駛過程中臨時停車(例如等紅燈)deshihou,zidongxihuo。dangxuyaojixuqianjindeshihou,xitongzidongzhongqifadongjideyitaoxitong。tadehexinjishuzaiyuzidongkongzhixihuoheqidong,zhexiangjishukeyiyouxiaojiangdifadongjidaisukongzhuandeshijian,zhezaichengshizouzoutingtingdejiaotongzhuangkuangxiakeyiyidingchengdujiangdipaifangtigaoranyoujingjixing。

智能起停“stop—start”係統的起停功能在鑰匙通電時默認自動開啟,當車速降低至限值以下、處chu於yu空kong擋dang狀zhuang態tai和he離li合he器qi踏ta板ban完wan全quan鬆song開kai時shi,將jiang開kai啟qi自zi動dong停ting機ji係xi統tong。當dang發fa動dong機ji成cheng功gong啟qi動dong後hou,在zai一yi定ding的de時shi間jian內nei,駕jia駛shi員yuan沒mei有you任ren何he踏ta板ban和he擋dang位wei操cao作zuo,則ze係xi統tong會hui認ren為wei駕jia駛shi員yuan暫zan無wu起qi步bu出chu發fa的de意yi圖tu,發fa動dong機ji會hui自zi動dong停ting機ji。這zhe個ge時shi候hou壓ya縮suo機ji同tong時shi也ye停ting止zhi工gong作zuo,當dang鬆song開kai刹sha車che踏ta板ban繼ji續xu前qian進jin的de時shi候hou,發fa動dong機ji又you自zi動dong啟qi動dong。
優勢:
節油、省錢。
劣勢:
1、若堵車時間較長,長時間的走走停停勢必會給起動機增加負擔。
2、一些車型的啟停邏輯不是很好,介入時間拿捏不準。
3、啟動時噪音和震動較大。
發動機自動啟停技術設計的初衷是為了環保節能,在理論環境下它也確實可以達到這個目標。但如果結合我國的路況——堵(du)車(che)時(shi)間(jian)較(jiao)長(chang),長(chang)時(shi)間(jian)的(de)走(zou)走(zou)停(ting)停(ting)勢(shi)必(bi)會(hui)給(gei)起(qi)動(dong)機(ji)增(zeng)加(jia)負(fu)擔(dan)。所(suo)以(yi),在(zai)長(chang)時(shi)間(jian)擁(yong)堵(du)時(shi),最(zui)好(hao)將(jiang)自(zi)動(dong)啟(qi)停(ting)功(gong)能(neng)關(guan)閉(bi),這(zhe)樣(yang)更(geng)有(you)利(li)於(yu)延(yan)長(chang)起(qi)動(dong)機(ji)和(he)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)壽(shou)命(ming)。
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