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燃油发动机先进技术探析 0 引言 发动机包含了大部分重要零部件，它是拖拉机汽车产品设计中最受重视及新技术、新工艺采用最多的部分。了解发动机的构造、现状及新技术，对推动我国拖拉机新产品开发研制，提高我国拖拉机产品的质量和性能具有重要的意义。 1 业内领先的燃油发动机技术配置 1）先进智能水箱前的导流罩； 2）两个开启温度不相同电控冷却模块型节温器对缸盖和缸体的冷却液实施差异化管理双温热管理系统； 3）发动机用双喷射技术及分段喷射技术； 4）多气门技术及气门内中空充钠技术； 5）配气机构智能可变行程及智能可变气门正时系统； 6）发动机奥托循环和现代阿特金森循环双循环技术； 7）增压发动机单涡轮双涡管技术及可变截面涡轮技术； 8）机械与涡轮双增压技术； 9）高压缩比技术； 10）并联辅助混动技术。 2 燃油发动机的原理与主要构造 想要降低排放和油耗，提升发动机热效率是关键一步。那么什么是热效率呢？发动机燃烧燃油（汽油或柴油）所产生的能量并非全部用于驱动车辆，有很大一部分能量会以热能或动能形式损失掉。发动机热效率指的是发动机利用燃料热能的有效程度。发动机热效率越高，燃烧燃料产生的能量就有更多用于驱动车辆，这有利于降低油耗和排放。同时排放水平能够满足更严格的排放标准。 发动机风扇端为前，飞轮输出端为后，那么现在从前向后后的顺序介绍发动机需要高配的新技术新方法，发动机水箱前加方型导流罩，在罩的前方、上方和下方装上电动控制百叶扇片，当拖拉机在平时在路上行走时，由于灰尖不多这时只开前方百叶扇片，使前方自然冷风流向水箱，当拖拉机在田间作业时，由于前方灰尘太多，由灰尘感应器向中央控制器发送信号，根据条件让执行机构打开上百叶片同时关闭下百叶片，由于拖拉机上方空气比较干净且经上方滤清器过滤，所以流经水箱的空气很清洁，达到水箱外部保养周期长的效果，长时使用当水箱前灰尘多时，根据灰尘感应器的检测信号，让执行机构使相应工作件相应动作，使风扇倒转向前送风，使拖拉机水箱前加方型导流罩下方百叶片打开把灰尘吹出，一定时间后水箱前加方型导流罩内干净后，灰尘感应器向中央控制器发送信号，使上方百叶片打开，把上方滤清器反吹风理一下再返回平常状态。 发动机风扇用电机和硅油离合器控制，平时用电机控制，如冷车不转，急停机时廷时运转，清理水箱前的方型导流罩时电机倒转，如拖拉机高负荷作业时，电机需大功率高速运转，此时消耗电量太多不利节能，这时控制础离合器与发动机相连，这样即节能又有足够风量冷却发动机， 在发动机冷却上，发动机热管理系统采用的是对缸盖和缸体的冷却液实施差异化管理，发动机风扇后方应有两个开启温度不相同电控冷却模块型节温器，对缸盖和缸体的冷却液实施差异化管理。控制缸体水道的节温器开启温度更高，缸体正常工作温度会高于缸盖，这样可以降低曲柄连杆机构的内部摩擦。而工作温度更低的缸盖自然是为了降低燃烧室温度，从而对抑制爆震进气温度等等提升燃烧效率有所益处。 3 燃油发动机先进技术的介绍 3.1 发动机多气门技术 发动机每缸应为四气门技术（两进两排）且气门内应为中空充钠，以利用钠的热传导快属性以利气门前端散热，使气门减少积碳的产生。 3.2 双喷射技术 是进气歧管喷射和缸内直喷系统，每种燃油喷射技术都有它的优缺点，燃油歧管喷射，喷油系统通过向进气歧管内喷油形成混合雾化气体，技术成熟成本低，系统具备一定自净能力，且对油品要求较低，而因为低转速下歧管内负压较低，在低速下动力输出特性方面差。直喷技术直接将燃油喷入气缸，优点就是提升了低速动力响应和性能，缺点是系统复杂，对油品要求较高。另外由于油气混合时间短，边混合边燃烧，燃烧不充分，容易产生污染（霾）和积碳。为了均衡两种喷射方式，内燃机发动机采用混合喷射：发动机冷启动时，采用进气歧管喷射；低中负荷时，采用混合喷射，提升扭矩，降低油耗；高负荷时，采用缸内直喷，提升功率。这样，全新发动机既解决了缸内喷射发动机低转速、低负荷下容易积碳的问题，又提高了发动机在高负荷下燃烧效果更为充分，动力输出效率更高，油耗表现更好，这也成为直喷技术新的发展方向。直喷发动机的进气门背部很容易产生积碳的情况，歧管喷射发动机在进气过程中，燃油能够对进气门背部起到清洗的作用。同时两种喷射方式互相切换，能提升动力降低油耗，并提高了可靠性。对于拖拉机等农业机械来说，常到环境恶劣的地方，如此一来，可靠性更好的混合喷射就比直喷发动机适应性好一些。 3.3 发动机双循环技术 发动机进气机构应为智能可变行程及智能可变气门正时系统，以实现双循环，发动机四冲程循循环有奥托循环和现代阿特金森循环，所谓奥托循环、阿特金森循环，都是发动机进气、压缩、做功、排气这四个冲程工作方式的名称术语而已。早期阿特金森循环发动机的结构太过古怪，原始结构的阿特金森发动机的最典型结构特征是用很复杂的曲轴，这使得它的膨胀比大于压缩比，所以具备更好的热力学效率，也就有了更好的经济性，但是结构复杂也导致制造和维护都很麻烦，这也是它推广不力的主要原因，根本比不过奥托循环发动机，因此早早就被历史封存。现在的所谓阿特金森循环发动机，结构与历史上的阿特金森循环发动机已没有任何关系。它的基础结构与奥托循环发动机无异，只是利用了阿特金森循环的原理而已。 4 燃油发动机的阿特金森循环与涡轮增压原理 现代阿特金森循环使用电控制装置改变发动机正时，通过推迟进气门关闭的办法，在压缩冲程初段从进气门排出部分燃气，减少进气量，所以压缩比没有那么高，之后关闭进气门开始压缩行程等同于缩减了发动机的排量，从而实现膨胀比大于压缩比的目的。实际上这一过程是利用了米勒循环的原理，但是，因为专利的关系不能叫米勒循环，而且它本身又能（下转第98页）取得阿特金森的效果，所以称为现代阿特金森循环了。 阿特金森循环发动机如何实现大膨胀比，如果按照直观的想法，让活塞运行到下止点以后继续运行，那务必改变发动机的整体结构，但这会增加制造成本，而且发动机的体积也不好控制。那么解决办法实际上是通过缩小有效压缩比的方式来实现扩大膨胀比的。 那么有效压缩比又是什么呢？当发动机进入压缩行程时，正常情况下进排气门都是关闭的，此时的有效压缩等于我们常说的压缩比。阿特金森会让进气门延时关闭。也就是压缩行程已经开始一段时间后，进气门才关闭。那么在进气门关闭之前，这段压缩是无效的，关闭之后的压缩才是有效的。有效的压速加上无效的压缩才等同几何尺寸上的压缩，它其实等同于缩减了发动机的排量，同时又扩大的膨胀比。 其实涡轮增压本身，也存在着两种有效压缩比，在增压器不工作时，其压缩比就是物理值，增压器工作时，有效压缩比会变大（因为进入的空气是压入的，参与压缩的量比自吸时要大）。这也是为何涡增发动机的（物理）压缩比（其他方面同等技术下）会小于自吸发动机的根本原因。然后我们再来看它如何与阿特金森和奥托循环切换相衔接，在低速状态下采用奥托循环，相比阿特金森循环会带来较高的压缩比，对应此时的非增压刚刚好，高速状态下反之，阿特金森与涡轮增压可以刚好匹配。 内燃机发动机残留在气缸中废气越少越好，为降低残留在气缸中废气比例，先进技术内燃机发动机可通过动态控制变截面涡轮增压器中的废气导流叶片，在高负载工况下保持进排气压差为正（进气压力大于排气压力），从而降低残留在汽缸中的废气比例，使高压缩比在发动机上能可靠工作。 另外，现在增压器用智能水冷，根据温度向增压借循环水，在发动机起动时就电动进行润滑油润滑涡轮轴承，变载面使增压器低速运转使润滑顺畅，在发动机停机时，润滑油与水冷靠电机辅助继续循环，待温低时才停传，这样配合缸体电加热可发动机启动后极短预热就立即带负载作业和作业完成就可立即熄火，同时保证增压器与发动机同经济寿命。 燃油双喷射双循环双涡管变截面涡轮高增压发动机结构复杂，但它替代非直喷或直喷自吸发动机的趋势已不可逆转。它的优势不光是效率高、低速扭矩大、同时它还能带来很多附带的技术改进。从前面的技术解析