淺談發動機的主流技術
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摘 要：最近幾年，中國汽車行業迅速發展，無論是國有自主品牌還是合資品牌，汽車的銷量都是逐年增加。在大環境快速增長的拉動下，國內發動機市場這幾年也呈現蓬勃發展之勢。發動機是汽車的核心部件，發動機的性能是汽車的動力性、經濟性、排放性等性能的根本。為了強化發動機的動力性，為了盡可能地提高發動機的熱效率，就需不斷地采用新技術進行升級，從下面幾個方面闡述一下發動機的主流技術。
關鍵詞：汽車;發動機;排放;技術
中圖分類號：U464 文獻標識碼：A 文章編號：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
在汽車發動機領域中，由于國家各項法規的出臺，普通的增壓技術和自然吸氣技術已經不能滿足當今社會發展的需求，所以就研發出一些新的技術，來改變當時的落后的局面。本文新技術主要包括VCR技術（可變壓縮比），雙渦輪增壓技術，混合動力技術，甲醇技術，缸蓋與進、排氣歧管集成技術，自動啟停技術，輕量化技術。
2 技術介紹
2.1 VCR技術
VCR技術目的就是提升渦輪增壓發動機的動力性和燃油經濟性，完成可靠的動力輸出，滿足整車的性能要求。所以具備了節能減排的效應。
原理介紹：我們知道，在渦輪增壓發動機中是最容易產生爆震問題，為了防止此問題的發生，在設計時壓縮比低于自然吸氣發動機，這樣導致熱效率降低，燃油經濟性下降。在渦輪增壓發動機中，增壓介入很慢，在低壓縮比條件下扭矩上升很慢，形成所謂增壓滯后現象，為解決這問題，可變壓縮比是重要的方法，在增壓壓力低的低負荷工況使得壓縮比提到與自然吸氣式發動機壓縮比相同，甚至更高，在高增壓的高負荷工況下適當降低壓縮比。
目前全球主要有幾種可變壓縮比項目在研究，例如薩博的可變壓縮比技術 ，法國MCE—5可變壓縮比技術，日產多連桿可變壓縮比技術，保時捷可變壓縮比技術，戴姆勒-奔馳可變壓縮比技術。
薩博可變壓縮比技術方案，是氣缸蓋和氣缸體之間是可以活動的，是靠密封套進行密封，靠ECU控制搖臂來改變缸體和缸蓋之間的角度，從而改變了燃燒室的體積，體積改變了，壓縮比也發生了改變。目前此技術還存在一些弊端，氣缸蓋和氣缸體之間密封性差，很難保證不存在泄露的問題，目前此尖端問題還沒有被攻破，所以還沒有實現批產。
法國MCE-5可變壓縮比技術方案，有兩個缸筒，1套活塞連桿總成和1套控制頂桿，采用液壓控制齒輪，使擺桿做空間移動，使壓縮比改變。特點，體積大，結構復雜，目前東風汽車研究院完成了樣機的搭建，但是還沒有量產。見圖1。
日產可變壓縮比技術，主要講的是曲柄連桿這套系統，由三個連桿，一個曲軸，連接塊，控制單元等零件組成。連桿與控制軸的偏心部分連接，當控制軸轉動時，連桿使曲柄銷回轉而使杠桿擺動。由此，活塞的上止點的位置作上下移動，從而能夠連續改變壓縮比。特點是曲柄連桿系統長，會導致發動機高增加;優點實現批產，并且是全球第一個實現批產的VCR發動機，搭載在英菲迪尼QX50和新天籟車上，熱賣中。見圖2。
保時捷的可變壓縮比技術方案，是在桿身內部裝了兩個小型液壓油缸，靠兩個活塞推拉自己頭頂的小連桿，帶動連桿上的偏心軸套左右扭動，從而改變了連桿孔心距的長度，改變活塞到缸蓋的距離，改變燃燒室的空間，借此改變壓縮比。此項技術正在開發階段，申請了專利，并無量產。見圖3：
戴姆勒-奔馳可變壓縮比方案，在活塞本體上進行改變，是通過液壓來改變活塞壓縮高，實現銷孔上下移動，實現燃燒室的改變，來調整壓縮比。缺點：潤滑油的流量難控制，液壓活塞質量大，不易高速旋轉，無量產。
總的來說，以上6項可變壓縮比技術中，只有日產多連桿可變壓縮比技術方案實現了批產，目前優勢很大。
2.2 雙渦輪增壓技術
傳統的單渦輪增壓器一般在轉速1500n/min時才能開始介入，所以在這階段以前增壓器都是處于不工作狀態，為了彌補增壓滯后和動力不足的問題，可以采用雙渦輪增壓，讓其共同作用，這樣進氣效率會大幅度提升，增壓效果更加顯著。雙渦輪增壓器由一個大渦輪和一個小渦輪組成，高轉速時大渦輪工作，低轉速時小渦輪工作，無論哪個轉速下，都會提供所需的充氣壓力，從而獲得更多的進氣量。結果，性能超過傳統的單渦輪增壓器。 2.3 混動技術
混動技術介紹，有兩種驅動方式，發動機驅動和電力驅動兩種驅動。車輛啟動停止時，是靠電動機帶動，低轉速時，發動機是不猜與工作的，發動機一直處于休眠的狀態，只有在高轉速，或者電量匱乏的條件下，發動機才工作?；靹悠嚨娜加徒洕院?，在起步、加速時，發動機不參與工作，電機系統就能實現，這樣油耗必然會下降，簡單地說，就是與同樣重量的汽車相比，比汽油方面的消費會更低。而且，電機輔助驅動系統可以在汽車起動時，瞬間產生強大的動力，這樣加速會更好?？傊钪饕黔h保更好。
2.4 甲醇技術
是以甲醇為燃料的，代替汽油汽車，其性能與汽油接近，可以應用在點燃式的發動機上。
全球上有很多個國家的汽車，已經把甲醇作為燃料。中國，吉利汽車在南方推廣了很多，集中應用在出租車市場。甲醇汽車的地位日益提升，是因為甲醇的資源豐富，屬于可生物質的能源。
2.5 缸蓋集成技術
缸蓋與進氣歧管集成技術方案，不像以往那種采用幾根彎曲的管子直接安裝在缸蓋上，而是直接采用一個帶穩壓腔的進氣歧管?？諝馔耆壳粊矸峙錃饬?，直接進入到燃燒室內。
發缸蓋與排氣歧管集成技術方案，又集成了水冷裝置，使得暖機過程更快，從而降低排放;有利于冷啟動時的快速升溫，讓排氣熱量被空調暖風系統使用，提升了熱效率。
把排氣歧管置于缸蓋之內，渦輪增壓器的安裝位置更靠近發動機，提高了增壓器的響應時間，解決了增壓系統固有滯后的現象。
總之，集成設計除了可降低發動機重量，還有助于提升車輛效率，使前后重量更加平衡，提升操控反應和駕駛感受。
2.6 啟停技術
啟停技術工作原理是，當車輛因為擁堵或者遇到紅綠燈停止行進時，踩一下制動踏板后停車摘擋。此時Start/Stop系統開始檢測信號：1）、發動機空轉且沒有掛擋;2）、防鎖定系統的車輪轉速傳感器顯示為零;3）、電子電池傳感器顯示有足夠的能量進行下一次起動。三個條件缺一不可，同時檢測到發動機才能夠自動啟停。手動擋車駕駛員踩下離合器，隨即就可以起動“啟動停止器”，并快速地起動發動機。自動擋車，只要一松開剎車，或者轉動方向盤，發動機啟動，踩加速踏板起步，整個過程都處于D位狀態。
目前不僅在豪華車上已經采用，很多國產車上也很多開始采用，它的核心在于自動控制熄火和起動，這項技術可以有效降低發動機怠速空轉的時間，在走走停停的交通狀況下可以降低排放，還可以提高燃油經濟性。
2.7 輕量化技術
實現輕量化在幾個方面進行開展，采用新材料，通過降調質量密度實現降低質量，另外縮小體積，還有采用拓撲優化方案進行減重。
缸體、活塞、缸蓋、進氣歧管、搖臂、發動機懸置支架、發動機散熱器等都采用鋁合金材料。缸體還采用了拓撲優化進行了減重，活塞還采用減重坑設計（見圖4），連桿、曲軸正在試驗采用鈦合金材料的，質量輕，并且強度大。這些新技術都為汽車節能減排、提高效率奠定了良好基礎。
小型化的，例如1.4L、1.2L、1.0L這樣小排量的發動機投入市場。
數據表明，整車質量降低10%，燃油效率可提高5%-8%;質量每減少100kg，百公里油耗可降低0.3-0.5L。發動機在汽車上占有較大比重，因此，小型機輕量化技術降成為主流。
3 結論
以上是七種主流技術的闡述，應用在發動機上，最終的目的就是提高汽車發動機的動力性，提高燃油經濟性，降低排放。
參考文獻
[1] 催勝民.新能源汽車技術[M].北京：北京大學出版社，2009.
[2] 付京京.汽車輕量化技術的發展狀況及其實施途徑分析[J].信息系統工程，2016（7）.
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