汽車(chē)發(fā)動(dòng)機技術(shù)的現狀與未來(lái)發(fā)展 | |
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| 內燃機的發(fā)明，帶動(dòng)了汽車(chē)的發(fā)展，給世人在“行”上帶來(lái)極大的便利，使得窨距離縮小，人們的工作速度得以提高。近年來(lái)隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，又使汽車(chē)發(fā)動(dòng)機如虎添翼，成為高新技術(shù)的集成。 汽車(chē)用內燃機作動(dòng)力并發(fā)展成為支柱產(chǎn)業(yè)，在歷史上有幾次革命性的進(jìn)步，第一次是石油作為內內燃機的燃料，這使發(fā)動(dòng)機擺脫了最初建立在煤氣為燃料基礎上的固定式發(fā)動(dòng)機，從而邁向移動(dòng)式的車(chē)用動(dòng)力。第二次革命是汽車(chē)生產(chǎn)的工業(yè)化。第三次是電子技術(shù)與發(fā)動(dòng)機技術(shù)相結合。電子技術(shù)最初在汽油機上的應用是實(shí)現電子點(diǎn)火，然后到電控燃油噴射，至今天點(diǎn)火和噴射的集成管理。 短短幾十年，發(fā)動(dòng)機成為高新技術(shù)的集成。無(wú)論是燃油經(jīng)濟性、動(dòng)力性、廢氣排放水平等等，是任何一種其他動(dòng)力機械所無(wú)法比擬的。這一切都來(lái)源于電子技術(shù)發(fā)揮的作用。 電子技術(shù)是發(fā)動(dòng)機現代化的靈魂 汽油機的燃油電子噴射 相比于過(guò)去采用的化油器，燃油電子噴射系統可以的燃油計量精確度上有較大幅度的提高。因此，采用電子控制燃油噴射的汽油機，其經(jīng)濟性和動(dòng)力性有很大的提高，使對混合氣濃度要求的三效催化轉化器降低排放成為可能。 電子控制燃油噴射從單點(diǎn)式發(fā)展到多點(diǎn)式。這使汽油機不僅在動(dòng)力性上仍舊能保持其密度的特點(diǎn)，而且其燃油性幾乎可以和柴油機相媲美。有人甚至稱(chēng)汽油直接噴射是汽油機的一次革命。汽油直接噴射技術(shù)已經(jīng)在日本三菱、豐田和日產(chǎn)的一些發(fā)動(dòng)機上應用。歐洲的一些汽車(chē)公司如德國大眾、法國雷諾等也在發(fā)展之中。 汽油機點(diǎn)火和管理系統 汽油機是電火花點(diǎn)燃混合氣的點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機?；鸹ǖ陌l(fā)生過(guò)去是依靠點(diǎn)火系統內的機械式白金斷電器來(lái)完成的。斷電器在高速運轉下很容易磨損并燒蝕，從而使發(fā)動(dòng)機出現失火，造成動(dòng)力性下降和有害排放物激增的后果。 采用電磁式或霍爾式無(wú)觸點(diǎn)的斷電器便徹底解決汽油機運轉過(guò)程中動(dòng)力下降的排放增加的難題，也大大地減少了發(fā)動(dòng)機的維修和保養工作?，F代的高性能汽油機已經(jīng)毫無(wú)例外地采用了電子控制的無(wú)觸點(diǎn)點(diǎn)火系統。 汽油機的可變氣門(mén)定時(shí)和升程系統 發(fā)動(dòng)機的氣門(mén)是控制進(jìn)氣與換氣過(guò)程的基本機構，主要的控制參數是氣門(mén)定時(shí)和升程。對應于一定的運行工況，要求的定時(shí)和升程各不相同。但一般發(fā)動(dòng)機一經(jīng)制造出后，氣門(mén)機構的定時(shí)和升程便不能改變，這勢必造成部分工況不能在最優(yōu)的狀態(tài)下，動(dòng)力性、經(jīng)濟性和排放品質(zhì)達到最優(yōu)。 以日本本田思域車(chē)用發(fā)動(dòng)機為例，1.5升排量、非增壓的直列4缸汽油機，采用VTEC系統后，功率由70kW提高至100kW。目前正在發(fā)展的完全電子控制的氣門(mén)機構，可以取消汽油機的節氣門(mén)，進(jìn)氣量大小完全由氣門(mén)定時(shí)和升程決定。這樣可以使汽油機燃料經(jīng)濟性再提高一步。 柴油機的高壓共軌噴射和可預噴的泵噴嘴技術(shù) 柴油機的高壓噴射是實(shí)現高動(dòng)力性、經(jīng)濟性和低排放的關(guān)鍵。但柴油機的工作噪聲比較大一直是限制其發(fā)展的主要障礙。燃油預噴是解決柴油機燃燒噪聲的關(guān)鍵電子控制的高壓共軌噴射和預噴的泵噴嘴技術(shù)已經(jīng)可以成功解決這一難題。目前國際上已經(jīng)發(fā)展了可以將少部分燃油預先噴進(jìn)氣缸，這樣便大幅度降低了燃燒噪聲，甚至可以與汽油機相媲美。 這一技術(shù)使柴油機從大量應用于固定動(dòng)力裝置和載重車(chē)，進(jìn)到汽油機傳統的轎車(chē)領(lǐng)域。在歐洲，截止到2000年，已經(jīng)有近30%的轎車(chē)采用柴油機作動(dòng)力。其中應有相當數量采用上述燃油噴射系統。在此基礎上發(fā)展的100公里僅耗油3升的轎車(chē)，就是采用帶預噴的電控泵噴嘴燃油噴射系統。 噴嘴截面可調的增壓器 廢氣渦輪增壓技術(shù)是上世紀60年代后得到大量應用的技術(shù)，不僅可以大幅度提高發(fā)動(dòng)機的功率輸出，而且可以相應地減少燃油消耗。目前這一技術(shù)在柴油機上得到廣泛應用。歐美的柴油機約95%都采用廢氣渦輪增壓。 但是增壓器自身的質(zhì)量使加速響應和低速性能受到影響，造成低速扭矩下降、排煙增加。要想彌補這一缺陷，簡(jiǎn)單的方法是犧牲高速性能或犧牲一定的經(jīng)濟性，變截面噴嘴技術(shù)便解決了這個(gè)難題。采用這項技術(shù)，低速時(shí)減少?lài)娮旖孛鏈p小排氣阻力，從而使發(fā)動(dòng)機的扭矩特性得到大幅度提高，廢氣排放品質(zhì)也相應得到改善。 廢氣再循環(huán)技術(shù) 發(fā)動(dòng)機燃燒過(guò)程中以空氣為助燃劑，空氣中的氮氣會(huì )在燃燒中與氧氣反應產(chǎn)生對環(huán)境有害的氮氧化物（NOx），限制發(fā)動(dòng)機的廢氣排放物NOx就是其中之一。為了降低NOx排放，最有效的措施之一就是將一部分廢氣再次返回進(jìn)氣中參加燃燒以降低燃燒溫度，同時(shí)也減少了NOx的排放。問(wèn)題是廢氣怎樣加入才會(huì )既不影響發(fā)動(dòng)機的正常工作，而又達到降低NOx排放的目的。 比如汽油機，部分負荷時(shí)本來(lái)就有大量廢氣留在缸內，增加廢氣將會(huì )使發(fā)動(dòng)機工作不正常，有害排放物增加，因此，廢氣再循環(huán)只有在一部分工況時(shí)工作才能實(shí)現其降低NOx排放，同時(shí)不影響發(fā)動(dòng)機工作的目的。電子控制技術(shù)提供了這種可能。目前先進(jìn)工業(yè)國的汽車(chē)為了滿(mǎn)足歐洲Ⅲ號以上的排放法規，無(wú)論是汽油機還是柴油機都采用電子控制的廢氣再循環(huán)技術(shù)。 如此等等可以見(jiàn)到，現代發(fā)動(dòng)機的幾乎所有最新技術(shù)都與電子技術(shù)緊密結合，電子技術(shù)是使發(fā)動(dòng)機成為當今集高新技術(shù)于一身的高技術(shù)產(chǎn)品的靈魂。目前已有電動(dòng)風(fēng)扇取代機械風(fēng)扇，將來(lái)會(huì )以電動(dòng)水泵取代機械水泵，將會(huì )把起動(dòng)機、發(fā)電機和飛輪合成一體，氣門(mén)也采用電動(dòng)，汽油機不再需要節氣門(mén)。 這樣汽車(chē)的冷車(chē)加熱時(shí)間更短，運行中的剎車(chē)能量、下坡能量都能得以回收，將會(huì )使發(fā)動(dòng)機更加經(jīng)濟。未來(lái)的發(fā)動(dòng)機除還繼續需要燃料燃燒，還需要曲柄連桿機構輸出動(dòng)力之外，其余的部件均可以由電子、液壓來(lái)控制，成為真正的機、電、液一體化的產(chǎn)品. |
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