发动机新技术及9大发展趋势
发动机缸最早的机械增压系统出现在20世纪20年代的格兰披治(GrandPrix)赛车上,机械增压系统让当时的汽车动力输出得到了大幅提升。机械增压器是由发动机曲轴经齿轮增速器驱动的一种增压装置。发动机在运行时,气缸内的油气混合气燃烧推动活塞做功进而带动曲轴旋转,与此同时,曲轴驱动机械增压器的转子旋转,能够达到增大进气压力和加快空气流动速度的目的,使更多的空气进入发动机进气歧管。由于进气量的增加,可相应地增加供油量,从而可以增加发动机功率。机械增压能有效地提高发动机功率,尤其是低速增压效果更好。另外,机械增压器与发动机容易匹配,结构也比较紧凑。但是,由于驱动机械增压器需要消耗发动机功率,因此燃油消耗率比非增压发动机略高。
涡轮增压也称废气涡轮增压。1912年,世界上第一台废气驱动的增压器正式问世。不过,这项技术最初并未用于汽车行业,而是应用于船舶、航空领域。1961年,小轿车开始尝试性地安装
增压器,瑞典萨博汽车公司是第一家把涡轮增压器成功批量应用到汽车产品上的汽车制造商。涡轮增压的优点是在发动机转速较高时增压效果显著,燃油经济性也比机械增压和非增压发动机要好,并且可大幅度地降低有害气体的排放和发动机的噪声。其缺点是由于叶轮本身的惯性作用导致涡轮增压器在发动机转速较低、废气能量不足时无法有效工作,致使涡轮增压器的响应时间滞后,也就是我们通常所说的“涡轮迟滞”现象,这也直接导致车辆在低速行驶时发动机功率增加不明显。而且在发动机工况连续发生变化时,涡轮增压器瞬时响应速度较慢,致使汽车的加速性,尤其是低速加速性能较差。
涡轮增压加机械增压则去除了各自的缺点,实现了优优组合。它的特点是:由1个涡轮增压器和1个机械增压器共同组成的双增压系统发动机,同时具备了涡轮增压系统和机械增压系统的双重技术优势,并且使整合在一起的这两种不同类型的增压系统实现了优势互补。发动机在较低转速下运行时,由机械增压器提供绝大部分的增压压力,发动机输出功率的增加主要来自于机械增压系统,此时涡轮增压器由于涡轮迟滞,增压效果并不明显。待发动机转速上升时,涡轮增压器的增压效果开始增强,并与机械增压器共同为发动机功率的增加提供所需的增压压力。
随着转速的不断提高,涡轮增压器的增压效果也在不断增强,与此同时,机械增压器的增压效果开始逐渐减弱。当发动机转速超过3 500r/min时,由涡轮增压器提供全部的增压压力,发动机输出功率的增加全部来自于涡轮增压系统,此时机械增压器已经停止工作,以防止消耗发动机功率。应该说,双增压系统发动机很好地解决了机械增压系统燃油经济性较差和涡轮增压系统在低转速时容易产生涡轮迟滞现象的问题。目前,大众公司在第6代高尔夫车型上装备了涡轮增压与机械增压相结合的双增压技术,奥迪、奔驰、宝马等均有部分新车型采用了双增压技术。
双涡轮增压技术
双涡轮增压技术,就是采用2个相互独立的涡轮增压器的增压系统。传统的单涡轮增压器在发动机低转速时有增压滞后和动力空挡的缺点,而区别于常见的单涡轮增压发动机,双涡轮增压发动机在2个涡轮增压器的共同作用下,进气效率大幅提升,增压效果更加显著。由于使用了2个涡轮增压器,双涡轮增压系统的结构变得更加复杂,因此多用于直列6缸和V型发动机上,而单涡轮增压系统则多用于直列4缸发动机上。2014年,大众率先推出了最新开发的2.0L TDIbiturbo双涡轮增压直喷发动机。双涡轮增压器由一个大涡轮和一个小涡轮组成,
低速时小涡轮运转,高速时大涡轮运转,从而获得更多的进气量,他们是串联或者并联的。大众2.0L TDI biturbo最大功率为180kW,峰值转矩500N·m,与之搭配的是7速DSG变速器。搭载这款发动机的全新车型0?100km/h加速时间在6.1s之内。
大众双涡轮增压器,在任何转速下均可产生所需要的充气压力,性能比传统的单涡轮增压器大大提高,改善了发动机的适应性,发动机转速较低时也可以保证大功率的输出。由于发动机进气压力始终处于最佳状态,从而在整个转速范围内提高了燃烧效率,节约了燃油并改善了排放。
由于双涡轮增压发动机在车辆动力性能提升和发动机动态响应速度方面所表现出来的突出优势,目前,包括宝马在内的多家汽车厂商也都已经在各自旗下的车型上采用了双涡轮增压的形式。
据悉,长城也已开发了双涡轮增压发动机。该机型采用了直列6缸双涡轮增压技术,排量为3.0L,分为汽油机和柴油机版,未来有望搭载到长城旗下多款车型上。
但是,双涡轮增压发动机并不能完全消除涡轮迟滞现象,毕竟,涡轮增压器叶轮的惯性作用
依然存在。只不过,我们仅是从双涡轮增压技术的角度出发来进行分析,在实际使用中,双涡轮增压发动机通常都装备在直列6缸或V型等排量较大的发动机上,由于发动机本身的动力性能已经相当优异,驾驶者在驾车时也不会因为涡轮迟滞察觉到车辆在加速过程中的动力滞后。
缸内直喷技术
缸内直喷技术是近年来推广应用的发动机新技术。传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮位置以及发动机各相关工况,从而控制喷油器将汽油喷入进气歧管。汽油在歧管内开始混合,然后再进入到气缸中燃烧,空气跟汽油的最佳混合比是14.7/1(也叫理论空燃比)。传统发动机由于汽油跟空气是在进气歧管内混合,所以只有均匀地混合在一起,达到了理论空燃比,才能获得较好的动力性和经济性。但由于喷油器与燃烧室有一定的距离,汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大,并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上,因此真正实现理论空燃比很难,这是传统发动机无法解决的一个问题。要想解决这一难题,就必须把燃油直接喷射到气缸中去,这就是燃油直喷发动机可以做的。直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术,通过一个活塞泵提供所需的100bar(1bar=105Pa)以上的压力,
将汽油提供给位于汽缸内的电磁喷射器。之后通过电脑控制喷射器,将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室,通过对燃烧室内部形状的设计,让混合气能产生较强的涡流,使空气和汽油充分混合。然后使火花塞周围区域能有较浓的混合气,其他周边区域有较稀的混合气,保证在顺利点火的情况下尽可能的实现稀薄燃烧,这就是发动机分层燃烧、缸内直喷技术的精髓所在。
发动机缸内直喷技术最大地优化了进气混合效率,使高效节油和大功率输出不再矛盾。奥迪FSI(分层燃烧和缸内直喷技术)增大了火花塞点燃式发动机的转矩和输出,同时增加了15%的经济性,为降低排放奠定了基础。与常规的点燃式发动机相比,FSI可将燃油直接喷入燃烧室,不再需要节气门,降低了发动机的热损失,从而增大了输出功率并降低了燃油消耗。具体地说,就是燃料分层喷射技术,它代表着今后发动机的发展方向。
发布评论