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汽车发动机新技术的发展探索

2018-01-25 16:43 点击:
随着近年来我国汽车市场的快速发展,汽车上的新技术日新月异,尤其是汽车尾气造成的环境污染问题以及国家对节能减排的日益重视,使得汽车发动机技术不得不面对新一轮的改革,目前像全铝合金缸体、废气涡轮增压、缸内直喷、ESP、发动机智能启停等系统已经逐渐被各大汽车厂商应用,这些汽车发动机新技术的应用有效地减少了汽车尾气排放,降低了对环境的污染,起到了节能环保的作用。
发动机新技术的发展主要围绕着机械和电子控制两方面进行,机械方面主要采用全铝合金缸体、缸盖,甚至更轻量化的材料,目的是使发动机达到所要求的强度基础上更加的轻量化,以达到节省燃油、提升动力的作用。增加电子控制是在以前发动机基础上增加电子控制装置,并通过电脑进行更优化的控制,从而达到降低排放污染、节能环保、提升动力的作用。
1.1 缸盖集成排气歧管技术
目前越来越多的发动机采用高度集成化的发动机缸体和缸盖,在节省材料、减小体积的同时,还能够实现一些功能,最典型的技术是汽缸盖集成排气管技术。该技术取消了
传统的排气歧管,而是集成在了汽缸盖的侧面,如图1 所示。
汽缸盖集成排气歧管,能够利用排气歧管中的高温尾气对气缸体内的冷却液进行预热,在发动机冷机状态下快速提升发动机的工作温度,同时对燃烧室出口处的尾气进行冷却,可以起到降低油耗和排放的作用。
1.2 双阻尼减震飞轮
由于现在大部分发动机采用了缸内直喷与增压发动机技术,导致了发动机升功率的提高以及更高的发动机扭矩波动,为了消除这部分波动,配备手动变速器的发动机广泛采用了双阻尼减震飞轮技术。
飞轮不但在发动机起动时起作用,还在发动机起动后贮存和释放能量来提高发动机运转的均匀性,同时将发动机动力传递至离合器。双阻尼减震飞轮是将原来的一个飞轮分成两个部分,一部分连接发动机曲轴,用于起动和传递发动机的转动扭矩,为初级飞轮。另一部分连接离合器的压盘,用于提高变速器的转动惯量,为次级飞轮。两部分飞轮之间有一个环型的油腔,在腔内装有弹簧减振器,由弹簧减振器将两部分飞轮连接为一个整体,如图2 所示。双阻尼减震飞轮能够显著减轻高性能车的空档齿轮噪声、提高手动变速的平顺性及换挡效果。
2、汽车发动机电子控制系统新技术
2.1 废气涡轮增压技术
废气涡轮增压技术是利用发动机排气的能量驱动废气涡轮增压器实现内燃机增压的方法。发动机气缸排出的高温高速的废气,经排气管进入到涡轮增压器中,推动增压器中的涡轮旋转,涡轮再带动与它同轴的压气机叶轮旋转。压气机将吸入的空气压缩,提高了压力的空气流经内燃机进气管,供入气缸,从而达到增压的目的。经过增压的发动机比同排量的自然吸气发动机的进气量要大很多,因此动力性也提升很多,目前,增压发动机已经成为发动机发展的一大趋势。
2.2 自动启停系统
发动机自动启停系统是一套根据汽车行驶状况,能够自动控制发动机启动和停止的系统。当车辆在红灯、堵塞等汽车停滞状态下,发动机自动停止运行;当车辆需要再启动时,智能启停系统快速使发动机运转,保障车辆行驶和驾驶员驾驶习惯不受影响。发动机自动启停系统采集与自动停机相关的各项信息,然后判断驾驶员是否有停机或者重新启动的意图,从而完成发动机的自动停机或者重新启动。
2.3 缸内直喷技术
缸内直喷技术是汽油发动机的一个发展方向。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。
缸内直喷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,其控制非常高,大大提高了发动机的动力性能还燃油经济性。
2.4 电控节温器
电控节温器与传统的节温器相比,能够节省1%的燃油。当发动机在低负荷状态下工作时,节温器的运行方式与传统节温器相同,发动机ECU 不干涉其运行,一般情况下节温器在发动机水温达到105℃左右时打开,进行大循环。而当发动机处于高负荷状态时,发动机工作温度迅速升高。为了避免冷却液沸腾和电子风扇工作引发的能量消耗。发动机ECU 控制节温器提前开启,一般情况下在发动机水温达到89℃左右时就已经打开。
3、发动机新技术的发展趋势
气候变化、能源消耗和环境污染问题已是当今人类社会共同面对的焦点问题,而汽车的大量普及使这几个问题日趋严重。近年来,在世界范围内节能环保的呼声日益强烈,各国汽车排放与油耗法规也都越来越严格。同时中国汽车业进入突飞猛进的时期,我国汽车保有量逐年提高,伴随着汽车保有量的增加,我国大城市的交通拥堵和空气污染也日益严重,作为世界能源消耗大国和环境保护重要力量,中国积极发展电动汽车科技战略,培育和发展电动汽车社会,但目前由于各种原因及问题,电动汽车还没有办法完全普及,与此同时,世界汽车厂商们都在积极探索电动汽车普及前汽车节能减排的新技术。
随着我国汽车市场的快速发展,城市道路规划建设的相对滞后,使得我国大部分城市的交通拥堵状况变得越来越严重,如上下班、节假日的长时间堵车,或者等红灯时,汽车发动机一直运行,肯定会有不必要的燃油消耗,同时还会对环境造成更多的污染,我国各个大城市也不断采取措施来降低由汽车引起的交通拥堵和空气污染。越来越严格的排放法规和人们对节能认识的加深,使得高效率、低排放车用发动机新技术的开发受到高度的重视,从而促使传统的内燃机技术不断创新。如汽油机直喷技术、可变气门定时技术、可变进气管、燃烧速率控制滑片、可变排量技术、高压共轨直喷柴油机等,同时,新材料的使用是发动机更加轻量化,也更加的安全、更加环保。未来汽车发动机的
发展趋势主要体现在以下几个方面:
①小排量涡轮增压发动机将成为发动机未来发展的主要趋势;
②更节能、清洁环保的发动机绿色技术将成为主流;
③新能源汽车发动机仍然是长期目标,潜力巨大。