发动机新技术和趋势2.doc

发动机新技术及发展趋势发动机作为汽车的心脏，是汽车的动力之源。发动机的好坏直接影响着汽车的性能。随着科技发展，发动机技术也在不断更新提高，如今，发动机不仅在动力性有很大的提高，更在环保性能上有了很大改善。 一、 柴油机部分 1、 国内现行技术水平 国内现阶段主要柴油机生产厂家都已掌握了涡轮增压和增压中冷技术。朝柴的CY6102BZLQ、东风的6BTAA、4BTAA、大柴的CA6DE1、锡柴的CA6DF1、玉柴的YC6112ZLQ系列等等。 在目前的技术条件下，涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。 增压可使柴油机在排量不变，重量增加不大的情况下达到增加输出功率的目的。与相同功率的非增压柴油机相比，增压柴油机不仅体积小，重量轻，功率大，而且还降低了单位功率的成本。因此，增压技术是改善内燃发动机的重要技术手段。但是事物总有矛盾性，空气压力的提高就是空气密度的提高，空气密度的提高必然会使空气温度也同时增高，这如同给轮胎打气时泵会发热一样。发动机涡轮增压器的出风口温度也会随着压力增大而升高，温度提高反过来会限制空气密度的提高，要进一步提高空气密度就要降低增压空气的温度。据实验显示，在相同的空燃比条件下，增压空气温度每下降10摄氏度，柴油机功率能提高3%5%，还能降低排放中的氮氧化合物（NOx），改善发动机的低速性能。因此，也就产生了中间冷却技术。柴油机中间冷却技术的类型分两种，一种是利用柴油机的循环冷却水对中冷器进行冷却，另一种是利用散热器冷却，也就是用外界空气冷却。当利用冷却水冷却时，需要添置一个独立循环水的辅助系统才能达到较好的冷却效果，这种方式成本较高而且机构复杂。因此，汽车柴油机大都采用空气冷却式中冷器。空气冷却式中冷器利用管道将压缩空气通到一个散热器中，利用风扇提供的冷却空气强行冷却。空气冷却式中冷器可以安装在发动机水箱的前面、旁边或者另外安装在一个独立的位置上，它的波形铝制散热片和管道与发动机水箱结构相似，热传导效率高，可将增压空气的温度冷却到50至60摄氏度。 涡轮增压器主要生产厂商有：HONEYWELL上海公司、辽宁东方增压器（集团）公司等。 转自铁血社区 / 2、 新技术的应用 随着环保法规的日益严格，光靠增压中冷技术已不能满足日益严格的环保要求，这就需要更新的柴油机电控喷射技术来支持。 现在国内的柴油机电控喷射系统正处在开发阶段。比如上海内燃机研究所、无锡油泵油嘴研究所等正在积极研究之中。无锡油泵油嘴研究所已把部分成果应用到双燃料机上实现了天然气和液化石油气的电控化 ，目前正进行匹配试验。 柴油机的电控喷射系统的基本工作原理是计算机根据转速传感器和油门位置传感器的输入信号，首先计算出基本喷油量，然后根据水温、进气温度、进气压力等传感器的信号进行修正，再与来自控制套位置传感器的信号进行反馈修正，确定最佳喷油量的。电控柴油喷射系统由传感器、ECU（计算机）和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、温度、压力等传感器，将实时检测的参数同步输入计算机，与已储存的参数值进行比较，经过处理计算按照最佳值对喷油泵、废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，驱动喷油系统，使柴油机运作状态达到最佳。 3、 技术发展趋势 在汽车柴油机中，高速运转使柴油喷射过程的时间只有千分之几秒，实验证明，在喷射过程中高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的。由于柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动，使实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在主喷射之后，使高压油管内的压力再次上升，达到令喷油器的针阀开启的压力，将已经关闭的针阀又重新打开产生二次喷油现象，由于二次喷油不可能完全燃烧，于是增加了烟度和碳氢化合物（HC）的排放量，油耗增加。此外，每次喷射循环后高压油管内的残压都会发生变化，随之引起不稳定的喷射，尤其在低转速区域容易产生上述现象，严重时不仅喷油不均匀，而且会发生间歇性不喷射现象。为了解决柴油机这个燃油压力变化的缺陷，现代柴油机采用了一种称为“共轨”的技术。 转自铁血社区 / 目前电控喷油技术已从初期的位置控制型发展到时间控制型。共轨式电控燃油喷射技术正是属于后者。该技术不再采用传统的柱塞泵脉动供油的原理，而是通过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油，分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁开关阀的开启与闭合，定时、定量地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，以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。 这一系统主要由电控输油泵、共轨(恒压蓄油箱)、高速电磁开关阀、喷油器、电子控制装置()及各类传感器等组成。按照喷油高压形成的不同，目前共轨式电控燃油喷射系统有两种基本形式，即高压共轨式和中压共轨式。在高压共轨系统中，输油泵为高压泵(压力在以上)，它直接产生高压燃油后输送至共轨中消除压力的脉动，再分送到各个喷油器。当电子控制装置按需要发出指令信号后，高速电磁阀(响应在左右)迅速打开或关闭，进而控制喷油器工作，即按设定的要求把高压燃油喷出或停喷。与之相比，在中压共轨系统中，输油泵则为中压输油泵(压力在)，它是将产生的中压燃油送至共轨中消除压力的脉动，再分送至带有增压柱塞的喷油器中。当高速电磁开关阀接受到电子控制装置发送的指令信号后，就迅速开启或关闭，从而控制喷油器工作，迅即通过增压柱塞的增压作用，把从共轨中来的中压燃油加压至高压()后喷出或停喷。 柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术，因为它集成了计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油结构于一身。它不仅能达到较高的喷射压力、实现喷射压力和喷油量的控制，而且能实现预喷射和后喷，从而优化喷油特性形状，降低柴油机噪声和大大减少废气的排放量。该技术的主要特点是： 采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀，使得喷油过程的控制十分方便，并且可控参数多，益于柴油机燃烧过程的全程优化。 采用共轨方式供油，喷油系统压力波动小，各喷油嘴间相互影响小，喷射压力控制精度较高，喷油量控制较准确。 高速电磁开关阀频响高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围大，并且能方便地实现预喷射、后喷等功能，为优化柴油机喷油规律、改善其性能和降低废气排放提供了有效手段。 转自铁血社区 / 系统结构移植方便，适应范围宽，不像其它的几种电控喷油系统，对柴油机的结构形式有专门要求；尤其是高压共轨系统，均能与目前的小型、中型及重型柴油机很好匹配，因而市场前景看好。 正是由于共轨式电控燃油喷射技术具有上述的特点，所以该技术一经问世，就得到世界上大多数柴油机制造厂商的青睐，其中，高压共轨系统被认为是世纪内燃机技术的大突破之一。现在国内外许多内燃机方面的专家学者都在致力于该项新技术的研究，并着手开发新一代的高压共轨系统产品及其与之配套的产品。特别是由于世界上像德国公司、公司；美国公司、公司；日本公司和英国公司这些有影响力的大公司的积极投入，近几年来共轨式电控燃油喷射技术的研究与开发又有了新进展。目前，这一技术的研究与开发热点在于：()如何解决高压共轨系统的恒高压密封问题；()如何解决高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀问题；()如何解决高压共轨系统的多(三维控制数据表)优化问题；()如何解决微结构、高频响电磁开关阀设计与制造过程中的关键技术问题。 4、 绿色柴油机技术的演变过程。 、进 气 处 理 技 术 的 演 变 1970-84 涡轮增压水空气中冷系统 1985-89 提高进气压力大流量水空气中冷系统 转自铁血社区 / 1990-93 小流量水空气中冷系统、更小的涡轮进气管增压空气空气中冷系统、使用稀薄混合气 1994-97 进排气的改进、带废气放气阀的涡轮增压 1998-2002 结构可变的涡轮增压器、每缸四阀 2002-2008 废气再循环装置 、燃 烧 系 统 技 术 的 演 变 1970-84 提高汽缸零部件的刚度 转自铁血社区 / 1985-89 提高压缩比、提高峰值汽缸压力 1990-93 铰接式活塞，其第一道活塞环的位置更高、油环锥度的变化、减小缸孔的变形、 引入气门杆密封、减小气流滞止空间、改善润滑 1994-97 带锥度的缸套、改善燃烧室中空气的流动、再凹入燃烧室、活塞环变化、改进气门杆密封、减小余隙、按规格调整压缩比 1998-2002 喷咀中心布置 、柴 油 喷 射 技 术 的 演 变 直列式喷油泵，峰值压力500巴 转自直列式喷油泵，峰值压力800巴 八十年代初期，直列式喷油泵，峰值压力为1150巴 分配式喷油泵，峰值为450巴 八十年代初期，分配式喷油泵，峰值压力950巴 分配式喷油泵的电子控制 直列式喷油泵的电子控制 控制的直列式喷油泵 卡车用组合式喷油器，峰值压力为1600巴 带有可编程控制器的组合式喷油器，峰值压力1600巴 共轨泵(峰值压力1400巴) 乘用车用组合式喷油器，（峰值压力2050巴 ） 、电 子 技 术 的 演 变 转自铁血社区 / 1988-90 电子调配器、电子燃油喷射 1990-94 柴油机电控喷射、发动机自检、即时反馈并监控适当的供油 1995-99 车载电脑诊断 2000-2002 用废气再循环等对进气和供油进行全面控制、使用稀薄混合气 、后 处 理 的 演 变 1994-1997 使用氧化催化剂、颗粒物收集器 转自铁血社区 / 2000-2004 有选择的催化反应减少氮氧化物 2007- 可持续再生的颗粒物收集器 二、 汽油机部分 1、 国内现有技术水平 随着国内环保法规的日益严格，化油器发动机因其在空燃比精确控制、各缸油量分配均匀性和响应性能方面存在着先天不足，已不能满足现行的环保法规要求。取而代之的是电子汽油喷射发动机。与传统的化油器供给系统相比，电子汽油喷射系统是以燃油喷射装置取代化油器，通过微电子技术对系统实行多参数控制，可使发动机的功率提高10，在耗油量相同的情况下，扭矩可增大20；从O100kmh加速度时间减少7；油耗降低10；废气排污量可降低34一50，系统采用闭环控制并加装三元催化器，排放量可下降73。电子燃油喷射系统有两种类型；单点汽油喷射系统SPl和多点汽油喷射系统MPl，国内现引进的机型象广州本田、沈阳航天三菱、天津丰田、神龙等发动机都已广泛采用MPI（多点喷射）系统。 MPI系统由燃料供给系统(电动汽油泵、燃油滤清器、分配管、压力调节器、喷油器和冷起动阀等)、空气供给系统(空气滤清器、空气流量计、进气系统等)以及电子控制系统(电子控制单元ECU、传感器)等组成。工作原理由空气流量计检测发动机的进气量，由发动机转速及曲轴位置传感器提供发动机转速信号和曲轴转角信号，电子控制单元根据发动机运行工况，从存储单元的数据中查出相对应工况下的最佳空燃化，依据进气量利转速及曲轴转角信号计算出每循环的供油量，实现对喷油器的喷油量的控制，同时通过节气门位置、冷却水温、空气温度和氧含量等传感器检测到的反映发动机运行工况的表征信号，对喷油量、喷油时间进行修正，从而使发动机始终具有一个最佳的空燃比。 转自铁血社区 / 汽油机电子控制系统包括：微电脑中央控制单元ECU、各种传感器（温度、位置、空气流量、氧、爆震等）和执行机构（燃油泵、喷油嘴、分配管、油压调节器等）。现在汽油机喷射系统在国内有实力的生产企业有上海联合电子有限公司、北京德尔福万源汽车发动机管理系统有限公司等。 2、 汽油机技术发展趋势 随着近年燃油价格不断往上涨，汽车运行的最佳经济性也成为各大车厂不断寻求的目标。汽油直喷式是实现这一目标的途径之一，汽油机实现直喷式已经成为一种新世纪的潮流。 汽油直喷式也叫作缸内喷注式，它与一般汽油发动机的主要区别在于汽油喷射的位置，目前一般汽油发动机上所用的汽油电控喷射系统，是将汽油喷入进气歧管或进气管道上，与空气混合成混合气后再通过进气门进入气缸燃烧室内被点燃做功；而缸内喷注式汽油发动机顾名思义是在气缸内喷注汽油，它将喷油嘴安装在燃烧室内，将汽油直接喷注在气缸燃烧室内，空气则通过进气门进入燃烧室与汽油混合成混合气被点燃做功，这种形式与直喷式柴油机相似，因此有人认为缸内喷注式汽油发动机是将柴油机的形式移植到汽油机上的一种创举。缸内喷注式汽油发动机的优点是油耗量低，升功率大。混合比达到40:1（一般汽油发动机的混合比是15:1），也就是人们所说的“稀燃”。机内的活塞顶部一半是球形，另一半是壁面，空气从气门冲进来后在活塞的压缩下形成一股涡流运动，当压缩行程行将结束时，在燃烧室顶部的喷油嘴开始喷油，汽油与空气在涡流运动的作用下形成混合气，这种急速旋转的混合气是分层次的，越接近火花塞越浓，易于点火做功。由于缸内喷注压缩比达到12，与同体积的一般发动机相比功率与扭矩都提高了10。 缸内喷注式汽油发动机是由日本三菱汽车公司创制的，这种称为1.8升顶置双凸轮轴16气门4G93型发动机安装在三菱HSR-V型概念车上，并在96年6月北京国际车展上广泛做了宣传，但当时许多人认为这种发动机只是一种“概念”而已，没有引起足够的重视，但随着这几年美日欧等国大汽车厂商丰田、本田、奔驰、通用等对这种汽油发动机都产生了兴趣，纷纷修改了原来的方案研究起缸内喷注式汽油发动机，认为这种发动机很可能会成为下世纪初汽油发动机的主要机型。 目前哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司引进的日本三菱公司的4G1系列发动机就具有这项先进的垂直涡流稀燃（MVV）技术。2008年中国汽车发动机排名2009-02-16来源：艾凯数据研究中心字体大小：大 中 小排名企业名称销量比同期累计增长市场份额一广西玉柴机器集团有限公司5501489.136.28二一汽大众汽车有限公司4921407.745.61三柳州五菱柳机动力有限公司4868676.355.55四重庆长安汽车股份有限公司442907-5.345.05五中国第一汽车集团公司33958312.443.87六哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司33032118.073.77七上海大众汽车有限公司327164-7.093.73八奇瑞汽车股份有限公司3222081.313.68九一汽丰田（天津）发动机有限公司31125532.343.55十广汽丰田发动机有限公司308460-11.373.52前10家合计 39110535.0944.62 国内发动机1.8对比情况：生产厂家匹配车型发动机型号排量（L）缸径冲程（mm）功率（kW/r/min）转矩（Nm/r/min）升功率（kW/L）主要技术特点一汽-大众新奥迪A4、A6、迈腾、明锐EA8881.79882.584.1118/6200250/1500420065.63FSI一汽海马普力马HF483Q1.83983.085.060/6000160/400048.94L4、VICS上海大众帕萨特领驭BGC11.7881.086.4110/5700210/1700460061.76L4、五气门、VVT、增压东风本田思域R18A11.79981.087.3103/6300174/430057.3L4、PGM-F1、i-VTEC长安福特福克斯CFA483Q1.79883.083.191.4/6000161/400050.8L4、单缸独立点火华晨中华尊驰、骏捷BL1.8T1.79381.087.0125/5500235/2000450069.7L4、SOHC奇瑞东方之子SQR481FC1.79981.087.297/5750170/430053.92L4吉利远景4G181.79279.091.4102/6000172/4100430056.92CVVT江淮汽车宾悦HFC4GA31.99785.088.095/5500172/3000450047.57L4东安三菱骏捷4G931.83481.089.088/5500161/460047.98L4、SOHC4G931.83481.089.0103/6500170/550056.16L4、SOHC内发动机2.0对比情况：生产厂家匹配车型发动机型号排量缸径冲程（mm）功率（kW/r/min）转矩（Nm/r/min）升功率（kW/L）主要技术特点一汽-大众奥迪A6LBOW3.39381.077.4130/6000230/3000500054.33V6、VVT、可变进气歧管长度一汽丰田皇冠、锐志5GR-FE2.49787.569.2145/6200242/440058.07V6、2气门、VVT-I神龙汽车凯旋RFN10LH3X1.99785.088.0108/6000200/400054.08CVTS广汽丰田凯美瑞2AZ-FE2.36288.596.0123/6000224/400052.1L4、VVT-i奇瑞A520、瑞虎SQR484FC1.97183.590.0102/5750182/430051.75L4江淮汽车瑞风、瑞鹰HFC4GA31.99785.088.095/5500172/3000450047.57L4东安三菱4G941.99981.595.8094/5500175/450047.02L4沈阳航天三菱三菱SUV4G69S4M2.37887.0100.0121/6000217/400050.88L4、MIVEC缸内 直喷技术（GDI) 缸内直喷技术（GDI)，燃油以细微滴状的薄雾方式进入汽缸，而不是以蒸汽的方式。这也就意味着当燃油雾滴吸收热量变为可燃蒸汽时，实际上对发动机的汽缸起到了冷却的作用。这种冷却作用降低了发动机对辛烷的需要，所以其压缩比可以有所增加。而且正如柴油一样，采用较高的压缩比可以提高燃料的效率。采用GDI技术的另一个优点是它能够加快油气混合气体的燃烧速度，这使得GDI发动机和传统的化油器喷射发动机相比，可以很好地适应废气再循环工艺。 采用计算机来模拟进出燃烧室的燃料和空气流的情况是一项突破性的技术。燃烧室和活塞的形状、喷油脉冲的能量和方向、活塞和发动机热量的运动情况都会影响油气混合物雾滴的位置。这项技术采用了 指燃油分层喷射。燃油分层喷射技术是发动机稀燃技术的一种。什么叫稀燃？顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：25以上。 大众FSI发动机利用一个高压泵，使汽油通过一个分流轨道（共轨）到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。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。 FSI特点是：能够降低泵吸损失，在低负荷时确保低油耗，但需要增加特殊催化转换器以有效净化处理排放气体。 FSI发动机按照发动机负荷工况，基本上可以自动选择2种运行模式。在低负荷时为分层稀薄燃烧，在高负荷时则为均质理论空燃比（14.6-14.7）燃烧。在这两种运行模式中，燃料的喷射时间有所不同，真空作动的开关阀进行开启/关闭。在高负荷中所进行的均质理论空燃比燃烧中，燃油则是在进气冲程中喷射。理论空燃比的均质混合气易于燃烧，不必借助涡流作用，因此，由于进气阻力减少，开关阀打开。而在全负荷以外，进行废气再循环，限制泵吸损失，由于直喷化而使压缩比提高到12.1，即使在均质理论空燃烧比混合气燃烧中，仍能降低燃油耗。进一步说，在FSI发动机中，在低负荷与高负荷之间，作为第三运行模式而设定均质稀薄燃烧，在这种运行模式中，燃油在进气冲程喷射，并且由于产生加速稀薄混合气燃烧的纵涡流，开关阀被关闭。这时，阻碍燃烧的废气再循环（EGR）暂不进行。与均质理论空燃比燃烧不同的是，吸入空气量超过燃油的喷射量.所以实际上FSI发动机有三种工作模式：分层稀薄燃烧，均质稀薄燃烧，均质理论空燃比燃烧。共轨燃油喷射系统（CRS) 共轨系统将燃油压力产生和燃油喷射分离开来。共轨系统与之前以凸轮轴驱动的柴油喷射系统不同，共轨式柴油喷射系统将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开。电磁阀控制的喷油器替代了传统的机械式喷油器，燃油轨中的燃油压力由一个径向柱塞式高压泵产生，压力大小与发动机的转速无关，可在一定范围内自由设定。共轨中的燃油压力由一个电磁压力调节阀控制，根据发动机的工作需要进行连续压力调节。电控单元作用于喷油器电磁阀上的脉冲信号控制燃油的喷射过程。喷油量的大小取决于燃油轨中的油压和电磁阀开启时间的长短，及喷油嘴液体流动特性。 最近2年，匹配直喷柴油发动机的轿车在欧洲得到了显著发展，有着高效和出色的燃油经济性，并降低了发动机噪音。直喷柴油发动机使用的是泵喷嘴系统，国内生产的1.9TDI宝来就应用这一系统，最高喷射压力可达到1800巴。泵喷嘴直喷系统好虽好，但燃油压力不能保持恒定，随着排放控制的更加苛刻，就需要更高及恒定的柴油喷射压力和更完善的电子控制，于是众多制造商们就把优点更多的柴油共轨系统作为柴油发动机的发展。这一系统有很高的燃油压力，并能提供弹性燃油分配控制，通过ECU灵活地控制燃油分配、燃油喷射时间、喷射压力和喷射速率。通过对以上特性的控制，共轨已经使柴油机的响应性和驾驶舒适性达到了汽油发动机水平，同时它具有着显著的燃油经济性和低排放特性。 由凸轮轴驱动控制的轴向柱塞式分配泵的发动机，燃油系统压力与发动机转速呈线性关系，在发动机低转速时形成燃油压力不足，而共轨系统能够在发动机的所有转速范围内获得非常高的燃油压力。灵活的电子控制系统对正时和喷射压力的控制在发动机各种工况下都能够获得低排放和高效率。由于压力的形成与喷射过程分离，使发动机设计人员在研究燃烧和喷油过程时获得了更大的自由。可根据发动机工况的要求调节喷射压力和喷射正时，使发动机在低速工况下也能实现完全燃烧，所以既使是在很低的转速也能获得大扭矩。预喷射技术的应用在降低排放和噪音方面取得了更大的进步。 第一代共轨高压泵总是保持在最高压力，导致能量的浪费和很高的燃油温度。第二代可根据发动机需求而改变输出压力，并具有预喷射和后喷射功能。预喷射降低了发动机噪音：在主喷射之前百万分之一秒内少量的燃油被喷进了气缸压燃，预加热燃烧室。预热后的气缸使主喷射后的压燃更加容易，缸内的压力和温度不再是突然地增加，有利于降低燃烧噪音。在膨胀过程中进行后喷射，产生二次燃烧，将缸内温度增加200250，降低了排气中的碳氢化合物。由于其强大的技术潜力，今天各制造商已经把目光定在了共轨系统第3代压电式(piezo)共轨系统，压电执行器p代替了电磁阀，于是得到了更加精确的喷射控制。没有了回油管，在结构上更简单。压力从2002000巴弹性调节。最小喷射量可控制在0.5mm3，减小了烟度和NOX的排放。 国外汽车发动机的新技术扫描汽车节能、环保技术在发动机开发中的关键作用 伴随汽车产销量快速增长而来的是大气污染和石油消耗。先进的发动机技术在汽车节能、环保技术开发中起着关键的决定性的作用。与美国上世纪90年代中实施的联邦排放法规相比，于2007年全面实施的新联邦排放法规将要求汽车氮氧化物排放降低幅度高达95%，碳氢排放物降低幅度高达84%。而于此同时，与排放相关的系统及零部件耐久性要求达到12万英里。2007年美国联邦排放标准中第五分组碳氢排放极限约为欧排放极限的一半(由于测试循环的不一致，真正的排放要求比欧排放的一半还低)。这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等。由于各国国情的不同，在环境保护及节能方面所侧重的技术也有所区别。日本出于国土资源的因素，微型车辆、经济型车的比例较高，小排量发动机就既能满足节能环保的要求，又能给这类车提供足够的驱动力；而在欧洲，由于柴油便宜，热效率远高于汽油机，使消费者容易接受柴油机驱动的汽车要比汽油机驱动的同类汽车贵1000-2000美元的事实。另外，柴油机的低速扭矩远胜于汽油机，这也使偏爱汽车运动感的欧洲人更将直喷柴油机视为高科技的代表。现在的西欧，超过35%的新车销售是柴油机。在发动机节能环保新技术开发的同时，人们不能忽视燃油特性对发动机技术普及的巨大影响。汽车尾气的净化完全依赖于废气催化后处理装置，而燃油中硫含量是催化后处理装置的“克星”。燃油中的硫在气缸内燃烧后氧化成二氧化硫，二氧化硫与载体涂层中的催化物起反应，使催化器的转换效率大幅度下降。根据燃油含硫量法规，欧洲柴油机的含硫量在50ppm以下，而美国联邦目前限制300ppm，到2007年将降低到80ppm。欧洲低硫柴油为柴油机的普遍应用创造了条件。在美国，随着含硫量的降低，直喷柴油机在轻型车上的应用的条件日趋成熟，所有的跨国汽车公司都在开发针对北美市场的高速直喷柴油机，以待近几年后投入市场。涡轮增压发动机(Turbo)在宝来1.8T、速腾1.8T、途安1.8T、帕萨特1.8T、奥迪A4、1.8T/2.0T、奥迪A62.0T等车型上，都装有涡轮增压发动机(Turbo)。增压技术是一种提高发动机进气能力的方法。它通过采用专门的压气机，预先对进入气缸的气体进行压缩，提高进入气缸的气体密度，增大进气量，更好地满足燃料的燃烧需要，从而达到提高发动机功率的目的。在不增加发动机排量的基础上，可大幅度提高功率和扭矩。但涡轮工作有迟滞现象，并且保养费用高。机械增压发动机(Supercharger)北京奔驰E200K路虎揽胜运动版等车型上，都装有机械增压发动机。机械增压的压缩机直接被发动机的曲轴带动，它的优点是响应性好。但是它本身需要消耗一部分能量，因此机械增压不能产生特别强大的动力，尤其是在高转速时，从而影响到发动机转速的提高。它响应性好完全没有涡轮的迟滞现象，可以在任何时候都能输出源源不断的扭力。但高转速时会产生大量的摩擦，从而影响到转速的提高，并且噪音大。汽油直喷技术(FSI)汽油机直喷技术，就是将汽油通过高压(约100大气压)供油系统将汽油直接喷到燃烧室内与空气混合、燃烧。GDI在电子喷射和控制技术取得长足发展后，于上世纪90年代后期开始进入市场。与传统的多点气道喷射的汽油机相比，GDI有四大显著的优点：能有效降低发动机的未燃碳氢化合物的排放，因为GDI技术避免了气道喷射汽油机在冷起动时燃油在气道壁面沉积的问题，而且极大地提高了燃油与空气的混合程度，更为精确地控制了每个燃烧循环的空气与燃油的比例，从而达到缸内完全燃烧的目的；使汽油在燃烧室内雾化、蒸发，降低了燃烧室内空气的温度，从而增加了燃烧室内空气的质量；因汽油蒸发降低了充气的温度，使发动机设计师有可能提高发动机的压缩比，提高发动机的热效率；GDI使发动机能很容易实现分层燃烧。奥迪A4 2.0T、奥迪A6 2.0T等车型上，都装有汽5由直喷技术。燃油分层喷射技术是发动机稀燃技术的一种。什么叫稀燃?顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：25以上。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。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。共轨柴油喷射系统共轨柴油喷射是近年来工程师们开发的使柴油燃油在极高的压力下喷入气缸内的一种新技术，由于采用了这种新技术和先进的涡轮增压技术以及效率更高的燃烧室设计使稀燃柴油机运行得更加平稳、安静，而柴油机也更加干净。由于采用了共轨燃油喷射技术，某些在欧洲销售的紧凑型轿车，如：大众的Lupo和奥迪的A2，在高速公路上行驶时，显示了较好的燃油经济性，其耗油仅为90mpg。还有一种燃油直接喷射技术，柴油燃油在很高的压力下直接猛然喷入气缸内的特定目标区使燃油燃烧得更加充分。通用汽车公司雪佛兰分部的Du-ranmax V-8柴油机是美国第一台用在载货车上的共轨直喷柴油发动机，这项技术使该柴油机运行得比以前的柴油机更为平稳和安静。美国于2004年实行新排放标准，新标准规定了极为苛刻的氮氧化合物及碳烟微粒排放要求。即使采用欧洲目前最先进的柴油机技术也很难满足这种要求，因此，柴油车在美国市场上不会出现像欧洲市场那样快速增长的销售势头，除非美国调整其将于2004年开始实行的新排放标准。为了解决排放问题，现在许多零部件供应商正在积极研究一种后处理系统，如装在排气系统里的可烧掉有害排放物的电气点火触媒装置。为了满足新的排放标准，2006年美国还使用一种更为洁净的低含硫柴油燃油。减少汽车的排气污染是一项综合性工作，在这项工作中完善柴油机技术才是至关重要的。宝来1.9TDI、奥迪A6 2.5TDI、华泰、现代、特拉卡2.9CRD等车型上，都装有共轨柴油喷射系统。共轨式柴油喷射系统将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开。电磁阀控制的喷油器替代了传统的机械式喷油器，燃油轨中的燃油压力由一个径向柱塞式高压泵产生，压力大小与发动机的转速无关，可在一定范围内自由设定。它的特点是很好经济效率，并且低速扭矩可以获得很好的动力。但发动机产生的噪音和震动大。可变气门定时技术(VVT)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调节。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。本田雅阁、本田CR-V、丰田花冠、马自达6、新欧蓝德、宝马325等车型上，都装有可变正时气门技术(VVT-iVECT)。发动机可变气门正时技术是近些年来被逐渐应用子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。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。可变排量技术另一项最近两年开始投入市场的汽油机技术就是切缸工作循环，或称为可变排量。可变排量技术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及戴克的们2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。对子12缸发动机来说，采用这种技术，及D相当于安装了两个独立的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。燃烧速率控制滑片类似的设计思想在Toy-ota和Ford的发动机上有所体现。汽油机在怠速和小负荷时，燃烧室内残余废气所占的比例很高，会导致点火困难、火焰传播速度慢，这会负面影响发动机的排放及效率。而另一方面，在一般城市交通中，汽车发动机绝大部分时间是在中、小负荷及怠速状况。优化汽油机在这些状态下的排放和热效率具有重大的意义。燃烧速率控制滑片就是通过促进燃烧室内在火花塞附近创造稳定的、容易点燃的空气燃油混合比，通过增加燃烧室湍流的强度达到节能环保的目的。发动机在怠速或小负荷时，发动机电子控制器会实时调节滑片在发动机进气道的位置，使滑片挡住进气道部分截面积，从而使新鲜空气燃油混合气在进入燃烧室时有一切向的速度，在燃烧室内形成有序的涡流。在着火及燃烧的早期，有序的涡流碎化成小尺度的涡流，从而大大提高火焰的传播速度。气缸节能技术80年代初期，凯迪拉克曾努力设计一种变排量气缸发动机，但由于技术不成熟，这种尝试最后还是失败了。凯迪拉克在其V8、V6、V4发动机上的失败使变排量发动机技术的前景蒙上了一层阴影。梅塞德斯一奔驰却不甘心失败，该公司在其2001年新款V12S级高级轿车和CL单排座双门厢式车身小轿车上装备了节能气缸。在默谢台斯的这种气缸控制系统里，计算机控制的对开式摇臂可随时在发动机不需要最大能量时使凸轮轴断开气阀，关闭某一侧的气缸。通用汽车公司在2004年采用伊顿公司开发的新气缸节能技术。新的气缸节能装置首先在其现生产的V8载货车发动机上应用。据称，载货车装用该节能装置后可使燃油经济性提高6%12%。转子发动机马自达RX-8等车型上，都装有转子发动机。壳体的内部空间(或旋轮线室)总是被分成三个工作室。在转子的运动过程中，这三个工作室的容积不停地变动，在摆线形缸体内相继完成进气、压缩、燃烧和排气四个过程。每个过程都是在摆线形缸体中的不同位置进行，这明显区别于往复式发动机。它的特点是燃油经济效率高、发动机结构简单、振动小率。用在RX-8上的新一代转子发动机命名为RENESIS，比马自达公司以前的产品结构紧凑、重量减轻、动力更强，排放达到了欧IV标准。装于RX-8上的水冷、双转子发动机，每个型腔的排量为0.654L。新系列发动机可以提供两种动力输出级，一个是最大功率为141kW(7000r/min)、最大扭矩为220Nm的发动机，它的0-l00km/h加速时间仅为7.2s，最高车速可达223km/h。而另一款高性能版本的RX-8动力输出数据则更加惊人，170kW(8200r/min)的最大功率、211Nm(5500r/min)的最大扭矩，使它的0-100km/h加速时间仅为6.4s，最高车速则升至228km/h，无愧于跑车的称号。全铝发动机我们日常所说的全铝发动机是指缸盖和缸体都是铝合金制造的发动机。而缸盖是铝合金，缸体是铸铁的发动机，一般我们还是称作铸铁发动机。现在，全铝发动机已经在大量的车型上被采用，在国外，罗孚的k系列发动机，宝马的M52直列六缸发动机，日产的VQ发动机，捷豹的-AJ-V8发动机、奔驰的V6和V8发动机、通用的LSl和北极星V8发动机、标致的2升四缸发动机和通用的新型直列四缸发动机等等都是采用铝合金制造。国内的许多小排量发动机也逐步采用全铝发动机，如国产铃木系列的发动机G13、K14等。甚至包括一些国产发动机也采用铝合金材质了，最著名的就是东安动力开发的468发动机，这款发动机被配备在哈飞路宝和昌河爱迪尔上，获得了很大的成功。很早以前的汽车发动机就开始大规模采用全铝缸盖了。缸盖的重量并不大，所以汽车制造商喜欢它并不是因为它重量轻，而是因为它有更好的散热性能。随着发动机技术的发展，四气阀结构成为发动机的主流设计趋势。与一起的两气阀发动机相比，每缸四气阀的气缸盖比每缸两气阀的气缸盖在工作时要产生更多的热量，采用全铝缸盖是最好的解决办法。出于成本的考虑，气缸体采用全铝设计比气缸盖要晚得多。气缸体是发动机上最重的部分，因而使用铝合金材料可以减轻发动机的重量，从而达到减轻整车重量的目的。这一点对于前置前驱车型来说，显得尤为可贵，当然在另一方面，由于材料价格和加工工艺的区别，采用铝合金缸体的发动机会增加一些成本。发动机的响应性与发动机部件的运动惯性是分不开的，发动机的运动部件包括曲轴、活塞、连杆等。由于曲轴要求瞬间强度非常高，所以只能采用高强度钢来制造。活塞就没有曲轴这样的局限了，在高转速发动机上，通常都是用铝合金来制造活塞。更轻的活塞重量能产生更高的发动机转速，从而能获得更大的动力输出。使用铝合金来制造活塞，成本并不是非常昂贵，主要问题是出在摩擦阻力上。在发动机运转的时候，活塞与气缸壁之间肯定会产生摩擦。而铝和铝直接的摩擦系数是很高的，它比铝和铸铁之间的摩擦系数要高得多。这样一来，如果全铝缸体配合全铝活塞，发动机运转的时候摩擦阻力就会非常大，这显然是不可取的，这也就是为何许多发动机使用铝合金活塞，但必须使用铸铁缸体的原因。但如果为了采用全铝缸体而采用铸铁活塞，那显然是更得不偿失的。目前最主流的解决办法，就是在铝制的气缸体内镶一个钢制的气缸套，让铝合金活塞不会与铝制的气缸壁相接触。这种设计可以解决这一矛盾，当然也会增加一些成本。这种方法在70年代中期首先被雪佛兰Vega所采用。它的发动机采用全铝设计，在铝合金的气缸体内镶上了一个铸铁的缸套，当然活塞同样也是用铝合金制造的。它的摩擦阻力比全铸铁的发动机要小得多，因此它的动力得到了很大程度的提高。不仅如此，这台发动机还能获得更轻的重量和更小的运劲惯性，改善了车子的加速性、操控性和经济性。后来，这种方法被许多配备了高转速发动机的汽车所采用。还有一个解决办法，就是采用增强型金属纤维气缸套(FRM)。本田在它的NSX3.2升发动机上采用了这个技术。它的成本和升功率在铸铁缸体和镶缸套之间。这种解决办法，是在全铝的缸体上直接把金属纤维加热融化以后，通过特殊工艺把金属粒子渗透到气缸壁上，就仿佛在气缸壁上电镀了一层厚度只有0.5毫米的金属纤维。与铸铁缸体相比，它能产生更低的摩擦阻力，因而改善了转速和功率。同时，金属纤维是直接渗透到气缸缸体里的，所以它的强度非常大(相当于整个缸体的强度)。钛是一种重量很轻，强度很大的材料，而且价格非常昂贵，一般只在航空领域采用。但是，这种航空材料最终还是被应用在了汽车上，不过仅限于高性能的运动轿车，因为只有这些汽车才会为了提高性能而不计成本的采用尽可能适合的材料。兰博基尼的Diablo、法拉力的F355/360M/550M、还有保时捷的911GT3等都采用钛合金来制造连杆，以提高发动机的转速。骐达SWIFT、雨燕、奥迪A8等车型上，都装有全铝发动机。有两种材质发动机最大的不同就是重量，全铝合金发动机比铸铁发动机可以轻一半的重量。本来轿车的总重量就不高，发动机所占的比例可是不能忽略，重量减轻的最直接效果便是油耗方便表现的增强。而发动机的重量也直接影响车辆的行驶性能，由于一般轿车多为前轮驱动，如前舱重量过重，车辆拐弯时会引起过多转向，并且制动距离也会加长。它的特点是可以轻一半的发动机重量，能有效降低燃油消耗和提高操控表现。但铝制材料价格昂贵。启动机一发电机技术首次在本田Insight和丰田Prius等混合动力车上使用的整体式启动机一发电机是一种节油无污染装置，在这个装置里启动机和发电机合为一体。当汽车停车灯亮时，发动机关闭，施加的制动力使装置转入发电机工作状态，电流输入蓄电池；当驾驶员踏下加速踏板时，该装置在几秒钟之内重新启动发动机。据有关方面预测，美国的所有汽油电力混合动力汽车最终都要装上这种整体式启动机一发电机装置。据估计，通用2004年在其全尺寸的皮卡上装备这种启动机一发电机整体装置使其燃油经济性提高15%。油、电、氢混合动力技术混合动力车属于电动汽车，采用传统的内燃机和电动机作为动力能源，通过混合使用热能和电能两套系统开动汽车。混合动力系统的最大特点是油、电发动机的互补工作模式。在起步或低速行驶时，车子仅依靠电力驱动，此时汽油发动机关闭，车辆的燃油消耗量是零；当车辆行驶速度升高(一般达40km/h以上)或者需要紧急加速时，汽油发动机和电机同时启动并开始输出动力；在车辆制动时，混合动力系统能将动能转化为电能，并储存在蓄电池中以备下次低速行驶时使用。日本马自达汽车公司于去年年底展出了一款全新的普力马混合动力概念车，并向人们展示了其全新的油、电、氢共三种能源的混合动力技术。该款混合动力车本身就具备了混合动力车的特征，它内部有一个内燃发动机，从电动机获得助力，所需电