发动机节能新技术上课讲义.doc

Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。发动机节能新技术-发动机节能新技术随着能源紧缺愈来愈严重，国际市场上的原油价格已突破100美元/桶。燃油价格上涨的大趋势在今后几十年内是不可避免的，因此节油型汽车的需求将主导市场。未来汽车公司之间竞争的焦点必然是在汽车的燃油经济性方面。汽车企业要想生存和持续发展，必须及早做好准备。目前国内99%以上的乘用车是汽油车。可以预计，将来的汽油车仍将是国内汽车的主力。这不仅因为柴油供应紧张的局面预计仍将持续，而且在过去十几年汽油机技术有了突破性的进展，能够大幅度提高热效率。有实验数据显示，按照欧美汽车测试规定，应用高效汽油机技术的汽车平均油耗有可能比常规电喷汽油车提高25%30%。同时，应用高效汽油机技术的单机成本要小于其他技术，例如混合动力、柴油机等。因此，开发高效汽油机技术对汽车节能是极其必要的。汽车的能量流向，发动机损失62.4%，空转损失17.2%，附属设备耗能2.2%，传动损失5.6%，空气阻力损失2.6%，滚动阻力损失4.2%，惯性、制动损失5.8%。在汽油发动机汽车中，超过62%的燃料能量损失在内燃机(ICE)中，内燃机在把燃料的化学能转化为机械能时效率是很低的，发动机内的摩擦、进气和排气要损耗能量，并且还有热量损失。从理论应用上看，能够进一步提高发动机能量效率的先进技术主要有：1、发动机可变气门正时技术(VVT，VariableValveTiming)该系统通过配备的控制及执行系统，对发动机凸轮的相位进行调节，从而使得气门开启、关闭的时间随发动机转速的变化而变化，以提高充气效率，增加发动机功率。其原理是根据发动机的运行情况，调整进气（排气）的量，和气门开合时间、角度，使进入的空气量达到最佳，提高燃烧效率。优点是省油，功升比大而缺点是中段转速扭矩不足。可变配气相位是现代汽车技术手段中的新技术之一。它改变了配气相位固定不变的状态，在发动机运转工况范围内提供最佳的配气正时，提高了充气系数，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，在一定程度上改善了废气排放、怠速稳定性和低速平稳性，降低了怠速转速。可变配气技术，从大类上分，包括可变气门正时和可变气门行程两大类。发动机只匹配可变气门正时，如丰田的VVTi发动机；发动机只匹配了可变气门行程，如本田的VTEC；发动机既匹配可变气门正时又匹配可变气门行程，如丰田的VVTLi，本田的iVTEC。可变气门正时在发动机高速运转的时候，需要较大的气门叠开角来达到充气充分的目的。而在发动机怠速的时候，气门叠开角应该相应变小，达到降低排放的目的。传统的固定相位角的凸轮轴由于相位角已经固定所以不能满足这种要求。而VVT技术可以通过螺旋槽式VVT-i控制器调节凸轮轴调节气门开闭，满足不同工况需求，达到增加功率、减少油耗，改善排放的目的。2、可变排量技术（DOD,DisplacementOnDemand）对8缸或6缸发动机，在汽车的动力需求不需要所有气缸都工作时，自动让其中的一半气缸停止工作，相应地使发动机变成4缸或3缸发动机。这种方法可以使发动机能量效率提高7.5%左右，如实际应用中的闭缸节油技术。DOD可变排量控制技术在发动机负荷较小的情况下，能将发动机的6缸燃烧智能切换成3缸燃烧，达到节省燃油、降低排放的双重功效；当急加速或爬坡需要加大动力时，DOD又会启动所有汽缸，快速提升发动机的动力输出能量。DOD可变排量控制技术的切换速度非常之快，以毫秒计的时间无从影响发动机的转速，驾驶者不会感觉到发动机切换的变化。DOD可变排量控制技术是美国通用公司研制的最为实效的节能技术，它是通过细分引擎工作状态，从根本上减少工作缸数，以最直接的方式达到节约燃油的目的。可以说DOD可变排量控制技术是通用生产的最先进、最实际的节油技术。造福了不少车主，作为汽车界的大品牌，通用还将致力研发更加先进的环保能源，我们期待着通用汽车带给我们的汽车新理念。3、涡轮增压技术利用发动机排出的废气驱动涡轮工作，将空气或可燃混合气在进入气缸之前被压缩，使进气行程实际进入气缸的空气或可燃混气比普通发动机多得多，从而增大发动机的功率。这种方法也可以使发动机能量效率提高7.5%左右，同时，在相同发动机功率的情况下，可以把发动机做得更小。不论大、中型发动机上，还是小型发动机上，废气涡轮增压已得到广泛应用。涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。就拿我们最常见的1.8T涡轮增压发动机来说，经过增压之后，动力可以达到2.4L发动机的水平，但是耗油量却比1.8发动机并不高多少，在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。不过在经过了增压之后，发动机在工作时候的压力和温度都大大升高，因此发动机寿命会比同样排量没有经过增压的发动机要短，而且机械性能、润滑性能都会受到影响，这样也在一定程度上限制了涡轮增压技术在发动机上的应用。4、缸内直喷技术（FSI，FuelStratifiedInjection)燃料分层喷射技术代表着传统汽油引擎的一个发展方向，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嘴将汽油喷入进气歧管。但由于喷油嘴离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，所以希望喷油嘴能够直接将燃油喷入汽缸。FSI就是大众集团开发的用来改善传统汽油发动机供油方式的不足而研制的缸内直接喷射技术，先进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以上的压力，将汽油提供给位于汽缸内的电磁喷射器。然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，其控制的精确度接近毫秒，其关键是考虑喷射器的安装，必须在汽缸上部留给其一定的空间。由于汽缸顶部已经布置了火花塞和多个气门，已经相当紧凑，所以将其布置在靠近进气门侧。由于喷射器的加入导致了对设计和制造的要求都相当的高，如果布置不合理、制造精度达不到要求导致刚度不足甚至漏气只能得不偿失。另外FSI引擎对燃油品质的要求也比较高，目前国内的油品状况可能很难达到FSI引擎的要求，所以部分装配了FSI的进口高尔夫出现了发动机的水土不服。此外，FSI技术采用了两种不同的注油模式，即分层注油和均匀注油模式。发动机低速或中速运转时采用分层注油模式。此时节气门为半开状态，空气由进气管进入汽缸撞在活塞顶部，由于活塞顶部制作成特殊的形状从而在火花塞附近形成期望中的涡流。当压缩过程接近尾声时，少量的燃油由喷射器喷出，形成可燃气体。这种分层注油方式可充分提高发动机的经济性，因为在转速较低、负荷较小时除了火花塞周围需要形成浓度较高的油气混合物外，燃烧室的其它地方只需空气含量较高的混合气即可，而FSI使其与理想状态非常接近。当节气门完全开启，发动机高速运转时，大量空气高速进入汽缸形成较强涡流并与汽油均匀混合。从而促进燃油充分燃烧，提高发动机的动力输出。电脑不断的根据发动机的工作状况改变注油模式，始终保持最适宜的供油方式。燃油的充分利用不仅提高了燃油的利用效率和发动机的输出而且改善了排放。因此，国家在鼓励和支持汽车节能技术时，要强调实效，把降低汽车平均油耗作为一个重要目标和衡量标准。国家政策是要使汽车企业清楚，采用新技术并适当增加发动机成本来节油是值得的。为此，国家政策应对各种汽车节能技术公平对待，根据实际节能效果进行支持，或给予诸如减税等优惠。另外，国家可以在财政上投入支持某项技术的开发，但不应当在政策上对某一项技术特别照顾，尤其是不应长期照顾，造成“汽车节能”的最终目标变成“应用某项技术”的目标。由于技术的复杂性，过早认定某项技术将成为未来的方向是一种冒险。如果由国家来具体规定通过某项技术来解决节能问题，汽车企业将更不愿意增加一定的发动机成本来降低发动机油耗，而是找到了一个借口，愿意等待国家特别支持的某项技术来解决节能问题。-