浅谈汽车发动机新技术

1 汽车的发动机的发展状况

1.1 汽车发动机的原理

发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。其功用是将液体或气体的化学能通过燃烧后转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。简单的说，发动机就是一个能量转换机构，即将汽油 柴油或天然气的热能，通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀，推动活塞做功，转变为机械能，这是发动机最基本的原理。 1.2 汽车发动机的组成

由于发动机的工作原理相似，基本结构也就大同小异。汽油发动机通常是两大机构五大系统组成，柴油发动机通常是由两大机构四大系统组成（无点火系）。 发动机总成：

曲柄连杆机构——实现热能转换的核心，也是发动机的装配基础。 配气机构——保证气缸适时换气。

燃料系——控制每循环投入气缸燃油的数量，以调节发动机的输出功率和转速。 冷却系——控制发动机的正常工作温度。

润滑系——减少摩擦力，延长发动机的使用寿命。

点火系——适时地向汽油发动机提供电火花（柴油发动机无点火系） 起动系——使曲轴旋转完成发动机起动过程。 1.3 汽车发动机技术的进展

1. 汽油机之前的摸索阶段，18 世纪中叶，瓦特发明了蒸气机，此后人们开始设想把蒸汽机装到车子上载人。

2.1858 年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机，并于 1860 年申请了专利。发动机用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽，使用电池和感应线圈产生电火花，用电火花将混合气点燃爆发。

3. 四冲程发动机其实早就由德国人奥托研制出来了。但应用的汽车上不得不提戴姆勒，他由于协助奥托研制四冲程发动机的原因而成为了第一个将四冲程发动机装上汽车的人。 4. 化油器最早诞生于 12 年，化油器已经分为五部分：主供油系统、起动系统、怠速系统、大负荷加浓系统（省油器）和加速系统。五部分的作用在于：根据发动机在不同情况下的需要，将汽油气化，并与空气按一定比例混合成可燃混合气，及时适量进入气缸。 5. 电喷提供最早出现于 1967 年，由德国保时捷公司研制的 D 型电子喷射装置，随后被用在大众等德系轿车上。这种装置是以进气管里面的压力做参数，但是它与化油器相比，仍然存在结构复杂，成本高，不稳定的缺点。针对这些缺点，波许公司又开发了一种称为 L 型电子控制汽油喷射装置，它以进气管内的空气流量做参数，可以直接按照进气流量与发动机转速的关系确定进气量，据此喷射出相应的汽油。

6. 缸内直喷发动机，当欧美厂商意识到电喷技术的研发已经进入瓶颈期，于是缸内直喷技术成为了各大厂商的主攻方向。目前市场上备受关注的缸内直喷发动机包括：奥迪 FSI 缸内直喷发动机、凯迪拉克 SIDI 双模直喷发动机。 与电喷发动机相比，缸内直喷发动机的喷油嘴被移到了汽缸内部，因此缸内油气的量不会受气门开合的影响，而是直接由电脑自动决定喷油时机与份量，至于气门则仅掌管空气的进入时程，两者则是在进入到汽缸内才进行混合的动作。由于油、气的混合空间、时间都相当短暂，因此缸内直喷系统必须依靠高压将燃油从喷油嘴压入汽缸，以达到高度雾化的效果，从而更好的进行油气混合。

7. CVVT：连续可变的气门正时系统、VVT-i：智能可变配气正时系统、FSI缸 5内直喷分

层燃烧引擎、MDS：可变排量发动机、发动机涡轮增压技术等现代技术的发展。

2 汽车发动机的新技术

2.1 汽车发动机缸内直喷技术

汽车发动机缸内直喷技术就是现在大家耳熟能详的 VTEC 机构：一般发动机每缸气门组只由一组凸轮驱动，而 VTEC 系统的发动机却有中低速用和高速用两组不同的气门驱动凸轮，并可通过电子控制系统的自动操纵，进行自动转换。采用 VTEC 系统，保证了发动机中低速与高速不同的配气相位及进气量的要求，使发动机无论在何速率运转都达到动力性、经济性与低排放的统一和极佳状态。需要说明的是，发动机可采用可变配气定时技术获得上述好处的同时，没有任何负面影响，换句话说就是没有对发动机的工作强度提出更高的要求。 VTEC 的设计就好像采用了两根不同的凸轮轴似的，一根用于低转速，一根用于高转速，但是 VTEC 发动机的不同之处就在于将这样两种不同的凸轮轴设计在了一根凸轮轴上。本田发动机进气凸轮轴中，除了原有控制两个气门的一对凸轮（主凸轮和次凸轮）和一对摇臂（主摇臂和次摇臂）外，还增加了一个较高的中间凸轮和相应的摇臂（中间摇臂），三根摇臂内部装有由液压控制移动的小活塞。 2.2 汽车可变配气正时技术

在发动机低速时，小活塞在原位置上，三根摇臂分离，主凸轮和次凸轮分别推动主摇臂和次摇臂，控制两个进气门的开闭，气门升量较少，情形好像普通的发动机。虽然中间凸轮也推动中间摇臂，但由于摇臂之间已分离，其它两根摇臂不受它的控制，所以不会影响气门的开闭状态。 发动机达到某一个设定的高转速时，电脑即会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞，使三根摇臂锁成一体，一起由中间凸轮 c 驱动，由于中间凸轮比其它凸轮都高，升程大，所以进气门开启时间延长，升程也增大了。 当发动机转速降低到某一个设定的低转速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂分开。 整个 VTEC 系统由发动机电子控制单元（ECU）控制，ECU 接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、水温等）的参数并进行处理，输出相应的控制信号，通 6过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间，这就是汽车可变配气正时技术。 2.3 稀燃发动机技术

稀燃发动机技术的发展，采用立式吸气口方式，从气缸盖的上方吸气的独特方式产生强大的下沉气流。 这种下沉气流在弯曲顶面活塞附近得到加强并在气缸内形成纵向涡旋转流。 在高压旋转喷注器的作用下，压缩过程后期被直接喷注进气缸内的燃料形成浓密的喷雾，喷雾在弯曲顶面活塞的顶面空间中不是扩散而是气化。

（1） 提高压缩比 ，采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进使缸内形成较强的空气运动旋流，提高气流速度；将火花塞置于燃烧室，缩短点火距离；提高压缩比至 13：1 左右，促使燃烧速度加快。

（2） 分层燃烧 ，如果稀燃技术的混合比达到 25：1 以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。 通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到 12：1 左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。为了提高燃烧的稳定性，降低氮氧化物，现在采用燃油喷射定时与分段喷射技术，即将喷油分成两个阶段，进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部随后在缸内均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四周被点燃，实现分层燃烧。

（3）高能点火，高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的。

3 汽车发动机新技术的综合应用

3.1 汽车发动机缸内直喷技术的应用

大众汽车 FSI 汽油直喷技术是直喷式汽油发动机领域的一项创新的性技术。想要了解大众的造车理念，我们首先来了解一下它杰出的 FSI 汽油直喷技术。FSI 技术与普通发机供油最大的不同是：一个做功循环内，两次供6CB9。第一 7次喷油在吸气冲程开始喷入部分的油，让汽油跟空气充分混合，另一次是在压缩冲程的末尾活塞接近上止点时再喷入部份汽油，让火花塞周围形成较浓混合气，利于点火。而活塞顶部的凹陷，则让进气在整个时间内一直成为强烈的涡流，利于混合气的充分混合及气化。由于第二次注油时接近压缩冲程结束，气缸内压力很高。此时，普通的喷油压力对付不了。直喷式汽油发动机需要采用类似于直喷式涡轮柴油发动机的技术，通过一个活塞泵提供所需的 100 巴以上的压力，将燃料准确提供给位于汽缸内的电磁喷射器。

为了实现汽油直接喷射，喷油嘴的位置由原来的进气歧管处直接安在了燃烧室的上方，同时，高压电磁喷油嘴将燃油喷射时间要控制在几千分之一秒内。不要小瞧这一点小小的变动，这种技术在输出更大的功率和扭矩的同时，提高了燃油经济性并且减少了排放。这点小小改动的同时，是对工艺和材料更高的要求。 3.2 汽车发动机可变配气正时技术的应用

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，有些发动机只匹配可变气门正时，如丰田的 VVT-i 发动机；有些发动机只匹配了可变气门行程，如本田的 VTEC；有些发动机既匹配的可变气门正时又匹配的可变气门行程，如丰田的 VVTL-i，本田的 i-VTEC。 VTEC 的设计就好像采用了两根不同的凸轮轴似的，一根用于低转速，一根用于高转速，但是 VTEC 发动机的不同之处就在于将这样两种不同的凸轮轴设计在了一根凸轮轴上。

本田发动机进气凸轮轴中，除了原有控制两个气门的一对凸轮（主凸轮和次凸轮）和一对摇臂（主摇臂和次摇臂）外，还增加了一个较高的中间凸轮和相应的摇臂（中间摇臂），三根摇臂内部装有由液压控制移动的小活塞。发动机低速时， 小活塞在原位置上，三根摇臂分离，主凸轮和次凸轮分别推动主摇臂和次摇臂，控制两个进气门的开闭，气门升量较少，情形好像普通的发动机。中间凸轮也推动中间摇臂，但由于摇臂之间已分离，其它两根摇臂不受它的控制，所以不会影响气门的开闭状态。 发动机达到某一个设定的高转速时，电脑即会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞，使三根摇臂锁成一体，一起由中间凸轮 c 驱动，由于中间凸轮比其它凸轮都高，升程大，所以进气门开启时间延长， 8升程也增大了。当发动机转速降低到某一个设定的低转速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂分开。

整个 VTEC 系统由发动机电子控制单元（ECU）控制，ECU 接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、水温等）的参数并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间。

3.3 汽车稀燃发动机的技术的应用

系统根据车辆所处的不同行驶状况，利用 DBW 电子线控系统对节流阀进行控制，对两个进气门其中一个的关闭时机进行管理，当车辆处于巡航行驶等低负荷状态时，控制减少泵气损失，当车辆处于起步、加速等需要高输出功率和大扭矩时，通过控制使进气效率最大化。这样，当车辆在低负荷行驶时，由于泵气损失导致能效恶化的情况得到大幅度改善，由此实现了高扭矩的强劲行驶，同时达到了 1.8 升汽油发动机全球最低的油耗水平。特别是在定速巡航行驶时，其燃油经济性能与 1.5 升汽油发动机基本相同。

通过延缓进气门的关闭时机，降低泵气损失，降低定速巡航行驶时的油耗。延缓进气门

的关闭时机，使其在压缩行程开始一段时间之后关闭，让吸入气缸内的一部分混合气体重新返回进气管中。这样，即使不关小节流阀，也可以进气量。进气阻力的降低，最高可以减少 16的泵气损耗，从而提高了能源效率，通过节流阀开放程度大小、车速、发动机转速以及齿轮状态等检测车辆的行驶状况，对气门的开关时机进行智能化控制。对气门开关时机控制是通过同步活塞对位于进气一侧的怠速/加速摇臂和定位巡航行驶摇臂进行连接和分离操作实现的。 同步活塞的连接/分离操作中使用了可以在低转速区进行切换的油压回路。 这就是发动机的稀燃控制方案。

4 汽车发动机新技术对发动机综合性能的影响和作用

4.1 汽车发动机新技术对发动机综合性能的影响和作用

由于石油是化工燃料，总有被采尽的一天，那么未来的发动机供求矛盾会随着石油燃料的枯竭而退出历史舞台吗这是人们普遍关心的大问题。

应该说，这种担心是合理的。但根据目前的资料显示，全球的石油资源至少在未来的 40～50 年内还不会出现完全枯竭的情况。但是 50 年后，情况就不好说了。 当然，随着人类对全球资源的进一步调查，还会发现一些过去没有勘探到的资源。 不过目前仍以石油作为汽车发动机主要燃料。在对能源和环保要求日趋严格的今天，即使是多点燃油喷射这样的技术也不能满足人们的要求了，于是更为精确的燃油喷射技术诞生，那就是缸内直喷技术。 与那些把汽油喷入进气歧管的发动机相比，FSI发动机的主要优势有：动态响应好，功率和扭矩可以同时提升，燃油消耗降低。

发动机可变气门正时技术VVT Variable Valve Timing是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种，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。整个 VTEC 系统由发动机电脑控制，发动机电脑接收转速、进气压力、车速及冷却液温度等信息并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，改变进气门的开度和时间。

所以汽车的新技术都有以下五点对于发动机综合性能的影响： （1）减少排放污染；（2）提高发动机的最大功率；（3）耗油量低，经济性能好；（4）改善了发动机的低温起动性；（5）怠速平稳，工况过渡圆滑，工作可靠，灵敏度高。 4.2 未来汽车发动机的发展方向

1.改进结构，进一步提高发动机的机内净化技术

优化发动机的结构设计，采用多种技术组合，如：电控喷射技术、废气循环技术、多气门技术、废气旁通技术和高效增压中冷技术等等，可以通过对喷射时间、喷射位置、喷射区域、喷射方式的智能控制，使燃油达到理想的雾化状态，进一步提高燃油的热效率，改善汽车的动力性并降低有害气体、有害微粒的排放。 2.发展发动机的后处理技术

随着对发动机排放要求的日趋严格，改善发动机工作过程的机内净化技术其实施难度也越来越大。能统筹兼顾动力性、经济性和排放性能的发动机将越来越 10复杂，成本也急剧上升。因此，而治标不治本的外科手术式的废气后处理净化技术在一定时期内如三元催化转化器、微粒捕集器、氧化催化转化器等还能得到了相应的发展，即在不影响或少影响发动机其他技术的同时，在排气系统中安装各种净化装置，采用物理和化学的方法降低废气中的污染物。

3.复合动力技术的应用

随着汽车保有量的增大，降低燃油消耗和排放污染具有重大意义。 一些国家相继制定了未来汽车燃油消耗指标和新型汽车发展计划。如欧美等国正在新型汽车的开发，所要开发

的新型汽车与现在的汽车相比，在燃油消耗相同的条件下，至少要提高行使里程 50，或减少燃油消耗 35～40。最有可能实现这一目标的方案是采用柴油机和电动机作为动力的复合技术。所以，复合动力技术也是汽车发动机研究的一个重点。 4.燃料电池技术的推广

要达到理想的零排放的发展目标，比较理想可行的技术方案就是采用燃料电池作为动力源驱动电动机，因此发展燃料电池技术也是今后的一个发展方向。 5.传统的润滑理论的改变

以燃油替代机油润滑，改变传统的润滑方式，可进一步提高燃油的经济性，并减少污染物的排放。

6.新材料、新技术的应用

通过对发动机机体及部件材料和制造方法的改进，可以进一步降低发动机的自重并提高其自身的强度。这也是提高汽车发动机燃油经济性的一条路径。如塑料油箱、塑料风扇、塑料缸盖、橡胶密封垫等塑料类产品在发动机上的应用就充分说明了这一点。

总之，未来汽车发动机是朝着轻量化、安全化、舒适化和高效、节能、环保方向发展的。

5 结论

本文主要针对汽车发动机的新技术展开探究的。不过在研究汽车发动机的新技术时，应该先了解汽车发动机的原理以及发动机的构成，所以本文也简单介绍了这方面的内容。尤其是对汽车发动机的新技术和汽车新技术对于发动机的综合应用的影响和作用作了较深入的探讨。通过本次的论文写作，让我了解了更多汽车发动机新技术的使用知识。在写作过程中时，我也查阅了许多汽车发动机技术相关的知识，如今通过这么长时间的学习与研究，它使我更加了解了汽车发动.

参考文献：

[1] 骆洪山、赵应彩．当代汽车发动机新技术简介，《农机使用与维修》2009年第二期 [2] 邢忠义．汽车新结构与新技术．北京：化学工业出版社，2011

[3] ．汽车发动机机电新技术与检修．北京：机械工业出版社，2011.11 [4] 金加龙．图解汽车发动机机电新技术与检修．北京：中国电力出版社，2009 [5] 康龙云．新能源汽车与电力电子技术．机械工业出版社．2010.1 [6] 邹国棠．电动汽车的新型驱动技术．机械工业出版社．2010.1 [7] 徐国凯．电动汽车的驱动与控制．机械工业出版社．2011.5

[8] 鲁植国．缸内直喷发动机结构原理与维修．凤凰出版传媒集团．2009.11 [9] 德国博世公司．汽车工程手册．北京理工大学出版社．2009.4

[10] 罗纳德 K. 约尔根、鲁植雄．汽车电子手册．电子工业出版社，2010.3 [11] 阙广武、张汛、田勇根．图解汽车发动机新技术入门．中国电力出版社．2009.7 [12] 史文库．汽车新技术．人民交通出版社．2010.9

[13] 佟亚娟； 刘祥宇； 王向军．发动机新技术研究，《科技风》2011年07期 [14] 朱慧敏．技术创新的力量，《汽车与配件》2013年01期

[15] 任君凯．汽车发动机的发展与新技术分析，《硅谷》2013年15期 [16] 王福义．汽车发动机发展概述，《农业科技与装备》2012年11期

[17] 裴广华．发动机可变配气相位技术分析，《汽车实用技术》2013年01期

[18] 王立涛、朱世贤、林桂忠、张照云．浅谈现代柴油发动机上应用的新技术，《现代化农业》2013年02

期

[19] 张东升、武志平．汽车发动机直喷稀燃技术应用分析，《河南科技》2013年12期 [20] 赵海发、赵尊章、李小伟．浅谈汽车新技术的应用与发展，《价值工程》2011年01期 [21] 苏万发．中国汽车驱动技术的发展趋势，《汽车安全与节能学报》2011年01期 [22] Mike Dale、边远明．汽车新技术开发及推广(上)，《汽车维修与保养》2011年06期 [23] 彦仁．国内外汽车新技术回顾和展望，《汽车维修与保养》2012年01期

[24] 王乐琦 汽车发动机可变气门正时系统及其故障检测 科技与生活[期刊论文] 2010(16) [25] 刘洲辉 罗寥 柴 汽车发动机可变气门技术 汽车工程师[期刊论文] 2009(6)

[26] 李红 唐健汽车发动机VVT技术探讨 成都纺织高等专科学校学报[期刊论文] 2009 26(1) [27] 房路．发动机直喷和增压解析，《驾驶园》2011年08期

[28] 刘文华 聂磊 内燃机可变气门技术的研究与展望 北京汽车[期刊论文] 2007(2)

[29] 李英娟 邓丽君 韩明辉 可变气门正时技术在电控发动机上应用的探讨 农机使用与维修[期刊论文]

2008(2)

[30] Mike Dale、边远明、范颖．汽车新技术开发及推广(上)，《汽车维修与保养》2011年07期