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汽车发动机技术现状与进展 第2页

更新时间:2011-5-5:  来源:毕业论文
  2.2.2 TFSI——涡轮增压燃油分层喷射发动机。

  TFSI实际上就是比FSI多了一个T 字,这个T 字代表的则是涡轮增压技术——而发动机本身也的确是在FSI发动机的基础上增加了一个涡轮增压机。涡轮增压是利用排气的高温高压推动废气涡轮高速转动,在带动进气涡轮压缩进气,提高空气密度,同时电脑控制增大喷油量,配合高密度的进气,因此可以在排量不变的条件下提高发动机工作效率。简单点说就是废物再利用,将排气导入涡轮工作组,然后改变压力,形成压力差,增大发动机的工作压力。由于废气涡轮是靠排气推动的,因此在发动机转速底 时 (待速)不启动,只要发动机转速足够(通常在1500转以上)涡轮增压器就开始工作,在启动转速范围以上都持续工作

  2.2.3 TSI——涡轮-机械增压发动机

  它实际上是把一个涡轮增压器 (Turbocharger)和机械增压器(Supercharger)一起装到一台发动机里面。涡轮增压器由于废气涡轮的惯性,会有发动机相应的迟滞现象。而机械增压器则是由发动机转轴直接带动,能够随着发动机转速变化而线性地改变自己的转速。2005年, 大众 1.4 L直喷汽油发动机首先搭载了这套系统 (至今装备到大众量产乘用车的也只有这一款TSI发动机)。它能发出125kW/27.5kg米 的输出。不过把涡轮增压和机械增压结合起来倒并不是一个很新奇的想法,1985年的Lancia Delta S4 拉力赛车就采用了这样的技术;还有二战时期就有飞机采用了这样的发动机,一些快艇的动力系统也采用了这种技术。 2.3 可变气门定时技术VVT

  传统发动机的配气相位和升程是固定的,不能使各种工况下都得 到最佳的配气正时,可变气门定时技术是汽油发动机技术发展的另一个里程碑。VVT(Variable ValveTiming)指的是发动机气门升程和配气相位定时可以根据发动机工况作实时的毕业论文http://www.751com.cn 调节。VVT 技术可分为3种:可变相位 (phase)技术,可变升程(lift)技术,以及可变相位和升程技术。代表性的VVT技术是本田公司的VTEC (Variable Valve Timing and Valve lift Electronic Control System),丰田公司的VVT-i,(如图1)

  保时捷公司的VarioCam 和宝马公司的 VANOS。这一技术使发动机设计师无需再在低速扭矩与高速功率之间作抉择,实时的气门定时调整使得同时顾及低速扭矩与高速功率成为可能。连续可变气门定时技术加上先进的发动机控制策略,可以巧妙地实现可变压缩比。如在大负荷时,发动机容易发生自然引起的爆震,通过推迟进气门关闭的时间来达到降低有效压缩比的目的,从而避免爆震。而在中小负荷时,爆震不再是个问题,可以通过调整气门关闭时间达到提高有效压缩比的目的,从而使发动机在中小负荷时有优异的热效率。可变气门技术也可使汽油机排放品质达到更好的水平。发动机采用可变气门正时技术可以提高进气充量, 使充量系数增加,发动机的扭矩和 功率可以得到进一步的提高。它的特点是在大幅提高了燃油的经济效率的同时增加发动机的功率。但对油品的要求十分苛刻。

  2.4 柴油机高压共轨电控燃油喷射系统

  柴油机具有低速转矩大,燃油经济性好和C O 排放低等突出优点,因此各国越来越多地采用柴油机,但传统的柴油机存在着振动噪声大,NO 和PM 排放高等问题,其解决办法之一就是采用高压共轨电 控燃油喷射技术。图2为高压共轨系 统简图。共轨技术是指高压油泵、压 力传感器和ECU 组成的闭环系统中,将喷射压力的产生和喷射过程 彼此完全分开的一种供油方式。由 高压油泵把高压燃油输送到公共供 油管,通过对公共供油管内的油压 实现精确控制,使高压管压力大 小与发动机的转速无关,可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转 速的变化,因此也就减少了传统柴 油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷 油量,喷油量大小取决于燃油轨(公共供油管)压力和电磁阀开启时间 的长短。该技术不再采用传统的柱塞泵脉动供油的原理,而是通过供 轨直接或间接的形成恒定的高压燃 集成在每个喷油器上的高速电磁开 关阀的启闭,定时定量的控制喷油 器喷射至柴油机燃烧室的油量,从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和 良好的雾化,以及最佳的发火时间、 足够的能量和最少的污染排放。 高压共轨喷射系统是建立在直 喷技术、预喷射技术和电控技术基 础之上的一种全新概念的喷射系统。它主要有高压泵,带调压阀的共轨 管,带电磁阀的喷油器,ECV (电 子控制单元)和各种传感器组成高 压共轨系统不再用柱塞泵分缸脉动供油原理,而是用一个设置在喷油泵和喷油器之间的具有较大容积的共轨管把高压油泵输出的燃油蓄积起来并平抑压力波,再通过各高压油管输送到喷油器上,由喷油器上的电磁阀的动作控制喷油的开始和终止。电磁阀作用的时刻决定喷油定时,起作用的持续时间和共轨压力共同决定喷油量。由于这种系统采用压力时间式燃油计量原理,因此又可称为压力时间控制式控喷射系统。高压共轨喷射系统的特点是;喷油压力的建立与喷油过程无关喷油压力,喷油过程和喷油持续期不受负荷和转速的影响;喷油定时与喷油计量完全分开,可以自由调整每缸的喷油量和喷油始点;能实现预喷射,快速停喷和多段喷射。因此高压共轨喷射系统通过对喷油要素的优化控制柴油机燃烧更充分,从而减少燃烧中有害物的形成,使柴油机的有害排放,噪声排放和冷起动性能都得到很大改善。

  2.5 可变排量技术VDE

  可变排量技术 (Variable displacement engine)就是根据汽 车动力的需求来实时决定发动机的有效排量,使做功的汽缸总是处于大负荷状态,从而达到节能环保的目的。这一技术适用于中大排量、V型布置的发动机,如本田的V6、通用的V8及戴-克的W12汽油机。美国福特汽车公司利用最先进的电脑控制技术,开发出可变排量发动机(VDE),并准备将这种发动机安装在福特汽车公司以后生产的轿车和卡车上,以改善汽车的燃油经济性。这种发动机技术最适合多汽缸的发动机使用。对于 12缸发动机来说,采用这种技术,相当于安装了2个独立的6缸发动机,可以根据驾驶的需要让一台发动机运行,而让另一台 处于怠速状态。这样,就可以随时 调整发动机的排气量,从而减少能源的消耗。据介绍,可变排量发动机并不是一项新的汽车技术。通用汽车公司早20世纪在80年代就在凯迪拉克上配备过可变排量发动机,但当时的机型未能达到它应该达到的性能标准。因为发动机经常产生较大的噪声,且从8缸转换成4缸的过程也非常不稳定,偶尔还会被卡死在一种状态下无法调节。造成这种问题的原因并不是可变排量发动机本身的技术有问题,而是当时的电脑芯片不能完成每秒200次的计算功能

  2.6 汽油缸内直喷技术

  GDI全称是gaosline direc tinjection三菱汽车公司很早就开发了GDI发动机,是日系品牌中缸内直喷技术的倡导者。三菱的GDI 发 动机通过稀薄燃烧技术,让燃料消耗减少20%~35%,让二氧化碳排 放减少20%,二输出功率比普通的同排量多10%。缸内直喷技术有两大好处:一是发动机能在火花塞点火之前把汽油直接喷射到高压的燃烧室,同时在ECU 的精确控制下使混合气分层燃烧。这种技术可以让靠近火花塞处的混合气较浓,远离火花塞的混合气相对较稀,从而更有效的实现稀薄点火和分层燃烧。 二是由于汽油是直接被喷射到气缸内的,与传统的缸外喷射相比,混合气不需要经过节气阀,因此能减少节气阀对混合气体产生的阻力。下面介绍一下三菱GDI发动机的两阶段混合和两阶段燃烧。它解决了高负荷时NO 和PM 排放高问题。两阶段混合如图3所示

  在进气冲程开始时第一次喷油,在缸内 形成很稀的均质混合气,第二次喷射在压缩上止点前,在气缸滚流和活塞顶形状的帮助下产生分层混合气,然后点火燃烧。这种混合气生成法的好处是:一是抑制敲缸的发生,原因是第一次喷射均质混合气很稀,不可能产生敲缸,第二次喷射燃油在缸内停留的时间短,来不及完成着火前的低温氧化反应。二是促进碳烟烧尽,具体说,分层燃烧产生碳烟,但第一次喷射的稀混合气中产生的过氧化物将支持燃烧,此时的高温碳烟将成为稳定的点火源,将自己燃尽。图4

  为两阶段燃烧示意图,其目的是改善冷起动机和低负荷运行时的HC 和CO 的排放,CO 的氧化温度比HC的低,因此辅助喷射燃烧首先使催化剂快速加热,然后使CO ,燃烧产生较高温度,再使HC 燃烧。另外还有发动机小型轻量化技术,燃烧速率控制滑片技术,气缸节能技术,全铝发动机技术,启动机一发电机技术,油、电、氢混合动力技术,乙醇混合燃料技术,纯电力驱动技术氢燃料电池驱动技术等等

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