--------------------------------------------------------------------------------
由于相对于柴油机而言在升功率、体积、振动、噪声等方面具有先天的优势，汽油机在当前乘用车配套动力中仍占有较大的比例。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节能、减排的方向发展。得益于新技术的应用，汽油机的动力性能、燃油经济性和排放性能都得到了稳步发展。
1.Downsizing（小型轻量化）设计技术
Downsizing技术是当前汽油机的主流设计方向之一。汽油机效率高的工作区域通常都在平均有效压力较高的区域，通过减小排量，提高发动机的负荷率，使发动机在接近最佳燃油经济性工况区域运行，从而提高燃油经济性。
为实现小型轻量化设计目标，需要在发动机零部件优化设计、材质等方面进行研究和突破。
通过计算机辅助工程（CAE）技术和零件功能试验实现发动机设计的进一步优化，例如可在保证强度和刚度的前提下减小机体、缸盖的壁厚，减小曲轴主轴颈及连杆轴颈的直径，采用涨断连杆减小连杆大头并同时减小机体裙部的尺寸等；通过集成化设计技术，将多种功能集成设计到同一个零部件上，从而减少零件数量和重量；在轻质材料应用方面，铝合金缸盖已经在乘用车汽油机上占有绝对的主导地位，近年来铝合金机体也逐渐取代传统的铸铁机体占有越来越大的比例，并有进一步向镁合金方向发展的趋势。树脂材料的缸盖护罩、进气歧管甚至油底壳都已铸件被广泛使用。通过小型化、轻量化和集成化设计，可以减轻发动机的自身重量，降低燃油消耗。
在发动机Downsizing设计的同时，必须保证发动机具有足够的动力性，这就是Downsizing设计与增压技术同时使用的原因。
2.增压技术
汽油机涡轮增压系统是由涡轮增压器和中冷器两部分组成，通过涡轮增压器压缩空气，由
中冷器对压缩后的空气进行冷却。通过涡轮增压技术有效的利用发动机排出的废气能量，使发动机吸入更多的高密度空气，提高充气效率，增加进气量，从而使发动机的功率和扭矩得到提高。采用增压技术可以在总质量增加不大的情况下，提高发动机的升功率，降低比质量，降低单位功率的造价，提高材料的利用率。随着中小排量汽车逐渐被国内的消费者接受，中小排量汽油机的市场将有很大的发展，但同时对中小排量车的动力性和排放特性要求越来越高，对中小排量汽油机的性能提出更高的挑战。采用增压技术对中小排量汽油机进行强化是提高其各项指标的一个十分重要而有效的技术手段。
近年来增压技术的发展趋势是采用双涡轮增压。双涡轮增压是采用两个涡轮增压器对发动机进行增压进气，以进一步提高功率。它主要有两种形式，串联式和并联式。并联式双涡轮增压是指每组涡轮负责半数气缸的工作，每组涡轮都是同规格的，如保时捷911 Turbo和BMW新3.0双涡轮增压都是并联涡轮的杰出代表。其优点就是增压反应快，并且减少管道的复杂程度，这类双涡轮增压器多用于V型发动机。串联式双涡轮增压通常是一大一小两组涡轮串联搭配而成，均装在同一进气管上，低转速时推动反应较快的小涡轮，提高低转速时的扭矩；高转速时大涡轮介入，提供充足的进气量，功率输出得以提高。这类双涡轮增压多用于低于8缸的直列或者水平对置发动机。
3.可变进气技术
在双顶置凸轮轴和多气门（尤其是每缸4气门）结构已成为汽油发动机基本配置的背景下，进气系统的可变技术成为进一步提高汽油机性能的有效手段。
可变气门正时（简称VVT）技术：VVT技术通过改变发动机在不同转速和负荷下的凸轮轴转角，来改变进、排气门的配气相位，实现不同工况下气门的最优开启和关闭角度。通过VVT技术可以有效的解决发动机在低中高速情况下对进排气门相位的不同要求，让整个转速范围内发动机都能达到最佳工作状态，从而有效提高发动机的功率和扭矩，降低油耗和废气排放。
可变凸轮升程技术一般是通过两套凸轮或摇臂来实现气门升程与持续角的变化，即在高速时采用高速凸轮，气门升程与持续角都较大，而在低速时切换到低速凸轮，升程与持续角均较小，有利于同时保证发动机低负荷时的经济性和高负荷时的动力输出。
气门相位和升程可变技术未来的发展趋势是电子气门技术。全电子控制气门机构，取消了凸轮轴和节气门，进气量大小完全由气门正时和升程决定，使汽油机燃料经济性再提高一步。
可变进气长度技术：采用可变进气长度的进气系统可以使发动机很好地利用气体波动效应，提高充气效率，在较宽的转速范围内具有更好的动力性能，解决固定参数的进气系统存在的长进气管影响高速性能而短进气管影响低速性能的矛盾，从而改善发动机的综合性能。
目前可变进气歧管大部分为两段可调,长的进气歧管在低转速时使用，短的进气歧管在高转速时使用。两段调节的进气管成本相对较低，只需要一些简单的电磁阀和进气管形状的设计就能够实现，但显然不能完全满足各个转速下发动机的进气需求。宝马公司在进气机构中间设计了一个转子来控制进气歧管的长度，通过转子角度的变化，使进气气流进入气缸的长度连续可变，更加满足各个转速下的进气效率需要，动力输出更加线性，但整个机构过于庞大、复杂。
4.汽油缸内直喷（GDI）技术
汽油机缸内直喷是将柴油机的燃烧形式移植到汽油机上的一种创举，即汽油经喷油器直接喷入气缸，减小了节流和泵气损失，大幅度提高汽油机的经济性。采用直喷技术的汽油机一般同时采用涡轮增压技术，使发动机获得更好的动力性。
汽油缸内直喷技术有两个发展方向，一个方向是均质直喷技术，即将汽油以接近当量空燃比的比例喷入气缸，实现均质混合燃烧，通过辅助涡轮增压、VVT技术，使发动机从较低转速范围起就开始提供平稳的高扭矩，提高发动机的动力性；另一个发展方向是采用分层燃烧技术，在中低负荷下通过精确的燃油喷射控制，形成靠近火花塞的浓混合气和其它区域的稀混合气，以实现分层燃烧；在高负荷下形成均匀混合气，保证均质燃烧，在显著提高发动机最大功率和扭矩的同时，通过稀燃大幅度提高燃油经济性。
大众汽车公司的TSI技术是汽油缸内直喷技术的杰出代表，TSI是Turbo-charging（涡轮增压）、Super-charging（机械增压）和Injection（缸内直喷）三个关键特的首字母缩写。两种增压方式的结合确保了动力输出的平顺性，同时有效的避免了以往涡轮增压发动机的迟滞现象。在德国生产的发动机采用的是分层稀燃直喷方式，在中国生产的TSI发动机是省略
了机械增压和分层稀燃，这主要是考虑到双增压会大幅度提高压缩比，对燃油品质要求很高，分层燃烧直喷技术也对油品的品质提出更高的要求，同时原有的三效催化器不能在稀燃状态下工作，专用的稀燃催化器目前成本相对较高，因此在现阶段均质直喷技术更适合我国的技术和市场现状。
5.可变压缩比（VCR）技术
为了充分发挥增压小排量汽油机燃油经济性的潜力，同时在增压汽油机上既有效控制爆震又不牺牲增压器起动前的低速扭矩，最佳的解决方案是采用VCR技术，即Variable Compression Ratio可变压缩比技术。
可变压缩比技术的采用同时有利于排放的降低：在起动工况，可变压缩比汽油机可以通过压缩比的改变，降低热效率进而提高单位排量的废气热流量，缩短三效催化转化器起燃时间，明显地降低冷起动和暖机阶段排放。与固定压缩比汽油机单纯推迟点火措施相比，发动机运行的稳定性更高。在部分负荷工况，一方面，由于可变压缩比汽油机可以接受较大的排
气再循环率，因而能够更多地降低NOX排放；另一方面，在较高负荷下通过提高压缩比能够提高热效率，增大扭矩，可以部分地替代混合气加浓的程度，因而降低对混合气加浓的要求，这样就可以扩大闭环控制的工况范围，进一步降低CO和HC的排放。
世界各大公司提出了多种可变压缩比的方案，比较成功的是萨博（SAAB）公司的SVC技术和FEV公司曲轴偏心移位方案。
SVC是Saab Variable Compression的缩写，SVC发动机与传统发动机的主要差别在于，气缸盖和气缸体是动态连接在一起的，气缸盖与气缸体通过一组摇臂连接，摇臂能在ECU的控制下改变一定的角度，从而改变了燃烧室的体积。其压缩比范围可在8：1至14：1之间变化。在发动机小负荷时采用高压缩比以节约燃油；在发动机大负荷时采用低压缩比，并辅以机械增压器以实现大功率和高扭矩输出。SVC发动机1.6升5缸发动机，最大增压压力达到2.8bar，最大功率166 kW，最大扭矩305 N•m，综合油耗比传统发动机降低了30%。
FEV公司可变压缩比技术的核心是曲轴的偏心支承，支承曲轴的偏心器孔中心线和曲轴的
旋转中心线并不重合，利用电机通过偏心器上的扇形齿轮带动偏心器转动，曲轴中心线就会相对于气缸盖的位置发生改变，因而压缩比可在8:1和16:1之间进行连续地调节。由于曲轴中心线发生移位，其与气门正时传动链和其他传动链轮中心间的位置都会发生错位，必须增加机构对其进行补偿。FEV公司1.8升VCR发动机最大扭矩300N•m，最大功率165kW，升功率超过90kW/L。样车在新欧洲行驶循环中相对于固定压缩比的原型车油耗降低7.8%。
6.停缸技术
目前持续飙升的汽油价格和油耗的强制性法规使停缸技术得到更多的重视。停缸技术利用低速下停止大排量发动机部分气缸工作的方法达到降低油耗的目的，而在高速下迅速激活所有气缸工作，恢复大排量发动机的澎湃动力。停缸技术（cylinder deactivation）有多种提法，也被称为VDE——Variable Displacement Engine可变排量发动机，或DOD——Displacement On Demand。以戴姆勒克莱斯勒2005年投放市场采用停缸技术的5.7升HEMI V8发动机为例，配备了8个可调式滚子挺杆，当车速不超过每小时三十公里，发动机转速在3000转以下时，发动机停止四个气缸工作，相应的配气机构喷油点火系统都被关闭，工作气
缸承担更高的负荷，从而减少节气损失，达到更经济的油耗水平。而当加速或需要更大功率时，被停掉了的气门和燃油喷射系统被瞬间激活，恢复V8发动机的强劲动力。当前停缸技术已经在量产车型上得到越来越广泛的应用，并有向排量较小的发动机上扩展的趋势（如排量为3.0L左右的V6汽油机）。
汽车涡轮增压器 7.后处理技术
汽油机最成功的排气后处理装置就是三效催化转化装置，它使车用汽油机的CO、HC和NOx排放量降低80%以上，并且随着法规的不断加严，三效催化转化装置变得更加高效和成熟。
首先是紧耦合催化器（close-coupled catalysts）的采用。紧耦合催化器安装位置距发动机本体较近，体积和热容量都比较小，有利于快速起燃。但是由于这种催化器距离发动机近，热负荷较大，容易老化，因发动机振动所引起机械应力也会增加。因此，有些汽油机采用具有抗高温老化和低温起燃性能好的紧耦合催化器与后置的三效催化器相结合的方式，前面紧
耦合催化器主要解决冷起动时的HC排放，后面的三效催化器承担CO、NOx和剩余HC的转化。
其次是通过催化器结构的改进和催化剂材料的革新，提高三效催化器的性能。采用热稳定性好的金属载体替代陶瓷载体，由于金属载体能够将壁做得很薄，显著增大孔密度，减小催化器的体积，提高催化转化效率。降低活性温度可以通过选择低温特性好的贵金属获得，有研究表明新型以稀土储氧材料和镧稳定的氧化铝为基础的Pt-Pd-Rh型中偶催化剂（medium-coupled catalysts）同时具有紧耦合催化剂和三效催化剂的功能，可以用一级催化器来达到排放标准。
发布评论