第1章 发动机新技术.ppt

第1章发动机新技术,1.1可变配气相位与气门升程1.2电子节气门1.3缸内汽油直喷发动机1.4复合火花点火发动机1.5稀燃发动机1.6可变压缩比技术1.7转子发动机1.8柴油机共轨直喷技术1.9发动机增压技术,1.10对置式发动机1.11W12发动机1.12HEMI发动机1.13发动机管理系统1.14柴汽混燃发动机技术,1.1可变配气相位与气门升程,1.1.1可变进气系统作用：能兼顾高速及低速不同工况，提高发动机的动力输出和降低燃油消耗；降低发动机的排放污染；改善发动机怠速及低速时的性能及稳定性。,可变进气系统的分类：（1）多气门分别投入工作；方案：第一，通过凸轮或摇臂控制气门在设定的工况下开或关；第二，在进气道上设置旋转阀门，根据设定工况打开或关闭该气门的进气通道，这种结构比用凸轮、摇臂控制简单。（2）可变进气道系统。双脉冲进气系统。四气门二阶段进气系统。三阶段进气系统。,双脉冲进气系统,a)低速段（n4400r/min）当进气管中动力阀关闭时，可变进气管容积及总长大约为70cm的进气管，能在发动机转速n=3300r/min时，形成谐振进气压力波，提高了充气效率，使转矩达到最大值。当发动机转速大于4000r/min时，进气管中便不能形成有效的进气压力波，于是动力阀门打开，两个中间进气通道便连接成一体。优化选择在每个气缸与总管连接的支管容积后，能形成高速(如：n=4400r/min)下谐振进气脉冲波，使转矩值达到较高值。于是在n=15005000r/min的范围内，转矩曲线变化平缓。,四气门二阶段进气系统,该进气系统由弯曲的长进气管和短的直进气管与空气室相连接，并分别连接到缸盖的两个进气门上，在发动机低、中速工况时由长的弯曲管向发动机供气；而在高速时，短进气管也同时供气(动力阀打开)，提高了发动机功率。,在发动机高速工况(n3800r/min)，动力阀打开，额外的空气从空气室经过短进气管进入气缸，改善了容积效率，并且由另一气门进入气缸的这股气流，将低、中速工况形成的涡流改变成滚流运动，更能满足高速高负荷时改善燃烧的需要。,在发动机低、中速工况(n3800r/min)，动力阀关闭短进气管的通道。空气通过长的弯曲气道，使气流速度增加，并且形成较强的涡流，促进良好混合气的形成。此外，进气管的长度能够在进气门即将关闭时，形成较强的反射压力波峰，使进入气缸的空气增加。这都有助于提高发动机低速时的转矩。,三阶段进气系统,该进气系统由末端连在一起的两根空气室管组成，并布置在V形夹角之间。每根空气室通过3根单独的脉冲管连接到左侧或者右侧的气缸上。每一侧气缸形成独立的三缸机，各缸的进气冲程相位为均匀隔开的240。两根空气室的人口处有各自的节流阀，在两根空气室中部有用阀门控制的连接通道，在空气室末端U形连接管处布置有两个蝶式阀门。在发动机低速工况(n5000r/min）,1.1.2可变气门正时和升程控制系统1.本田汽车公司VTEC技术本田VTEC（VariableValveTiming在怠速状态下，节气门保持在一个极小开启角度来稳定燃烧，提高了燃油经济性，排放也得到进一步控制。(4)具有更高的车辆行驶可靠性。电子节气门控制系统采用传感器冗余设计，从控制角度讲，使用一个传感器就可使系统正常运转，但冗余设计可使两个传感器相互检测，当一个传感器发生故障时能及时被识别，在很大程度上增加了系统的可靠性，保证行车的安全性。(5)可选择不同的工作模式。驾驶员可根据不同的行车需要通过模式开关选择不同的工作模式，通常有正常模式、动力模式和雪地模式三种，区别在于节气门对加速踏板的响应速度不同。(6)可获得海拔高度补偿。在海拔较高的地区，大气压下降，空气稀薄，氧气含量下降，导致发动机输出动力下降。此时，电子节气门控制系统可按照大气压强和海拔高度的函数关系对节气门开度进行补偿，保证发动机输出动力和油门踏板位置的关系保持稳定。,1.2.5电子节气门的缺点(1)汽车在起步时会产生油门迟滞。汽车起步时需要提供浓混合气，而ECU会根据当前的车速、节气门开度等进行分析，从燃油经济性和排放合理的角度考虑，会限制节气门的打开幅度，同时限制喷油系统进行浓混合气供油，其实就是ECU通过限制发动机瞬时输出功率，这就限制了汽车起步时要求较浓混合气的工况实现。目前，大部分厂家通过电子油门加速器来缓解油门迟滞，但这种装置并不能提高发动机性能，改变动力输出及扭矩等，仅是一个信号的放大器，并且油耗也会随着加速器的加速而增加。(2)非线性影响ETC控制系统存在各种非线性影响，除了弹簧非线性、粘滑摩擦及齿隙非线性等影响外，同时受到进气流产生的非线性阻尼力以及进气气流的不稳定扰流阻矩的影响，导致常规PID控制不能精确地设定反馈的增益，影响控制的精确性。(3)成本高。ETC系统采用了智能型传感器、快速响应的执行器、高性能控制单元及冗余设计，使成本大幅度上升，目前ETC系统只装配在高档轿车上。,1.3.1缸内汽油直喷系统概述缸内汽油直喷发动机一般简称FSI发动机，FSI（FuelStratifiedInjection）字面意思为燃油分层喷射，使汽油直喷式发动机的一项创新技术。将燃油直接喷入气缸的FSI发动机相比燃油喷射到进气管的发动机，其优点主要有：动力性显著提高的同时可降低燃油消耗15%左右。,1.3缸内汽油直喷发动机,FSI发动机的工作原理基于分层进气原理。FSI发动机采用类似于柴油机的供油技术，通过一个活塞泵提供所需的油压，将汽油输送到位于气缸内的电磁喷油器。喷油器将喷射时间控制在千分之一秒内，将燃料在最合适的时刻喷入气缸，通过燃烧室的特殊形状，使气体产生较强的涡流，在火花塞周围的混合气较浓，其它区域混合气相对较稀，保证了可靠点火的情况下实现混合气的稀薄燃烧。,1.3.2缸内汽油直喷系统的构造和工作原理EA888发动机燃油供给系统大众一汽发动机(大连)有限公司生产的EA888系列1.8升四缸16气门涡轮增压汽油直喷发动机（TFSI）。,1.3.3缸内汽油直喷系统在车上的应用奥迪A6L3.2FSI和4.2FSI发动机，凯迪拉克CTS3.6LV6FSI发动机，大众高尔夫GolfVariant1.6FSI和2.0FSI发动机，一汽大众迈腾，保时捷卡宴Cayenne，斯柯达明锐Octavia1.8TFSI发动机，林肯MKR概念车，奥迪A53.2FSI和奥迪S5V8FSI发动机，西亚特FreetrackPrototype2.0TFSI发动机，标致207Gti1.6涡轮增压FSI发动机等。,1.3.4FSI、TSI及TFSI区别,FSI(FuelStratifiedInjection)发动机就是“缸内直喷发动机”，采用的是燃油分层燃烧技术。传统的发动机是喷油嘴将汽油喷入进气支管，汽油和空气混合，然后进入汽缸燃烧。在进气支管中，汽油与空气已经均匀的混合在一起了，所以需要空气和燃料的混合比例（空燃比）达到理论状态（14.7：1）才能获得最好的动力和经济性。但是这个状态很难达到，这个问题也是传统发动机解决不了的问题。而FSI发动机就很好的解决了这个问题。FSI发动机在中低速的时候采用分层注油模式，此时的节气门为半开状态，而活塞的顶部制作成了特殊的形状，当压缩过程接近尾声的时候，少量燃油直接喷射到汽缸，在这个形状内充分燃烧，汽缸的其他地方燃烧并不是很剧烈，所以汽缸可以做的比较薄，这样就降低了发动机的重量，节约了成本的同时也降低了油耗。FSI发动机的好处：首先：燃油消耗量降低，改善了排放，其次，发动机重量减轻，在节省燃油的同时降低了制作成本。FSI发动机的缺点：因为本身的压缩比很高，所以对燃油的要求很高，如果按照国内目前的情况来讲，必须使用98号汽油。,目前销售的进口迈腾采用的是FSI发动机，且为四驱,TSI发动机采用两个增压器，达到小排量大功率低油耗的目的。T代表Turbo、S代表Supercharge，所以这个发动机是装配了废气涡轮增压器+机械增压器。所以它能在很小排量的情况下达到很大的动力，属于大功率、低转速大扭矩的发动机。TSI发动机的优点：动力损耗小，可以在小排量的情况下获得较大的动力。TSI发动机的缺点：与FSI发动机相比缺少了分层燃烧功能，技术含量降低了很多。,TFSI发动机也是涡轮燃油直喷发动机，四个字母分别代表Turbo-chargingFuelStratifiedInjection，它可以说是FSI发动机和TSI发动机的结合。它的T和TSI中的T一样，表示采用涡轮技术，其中的S与FSI中的S一样，表示“分层次的”，而不是TSI中表示增压的意思。TFSI发动机既有涡轮，又有分层燃烧，可以说是集合了FSI发动机和TSI发动机的优点。TFSI发动机的优点：集合了FSI和TSI的优点TFSI发动机的缺点：同样需要较高标号的汽油,国外有采用TFSI发动机的迈腾,1.3.5双喷射系统发动机丰田雷克萨斯LS4604.6LV8发动机采用直接燃油喷射和进气口燃油喷射两个系统。1.3.6奔驰压电直喷发动机CGI,1.本田飞度1.3LI-DSI发动机。,1.4复合火花点火发动机,2.克莱斯勒300C5.7LHEMI发动机。3.奔驰AMGG5005.0LV8发动机。奔驰AMGG500的动力系统是一部5.0升V8发动机，保留了奔驰传统的3气门技术但用上了较为先进的双火花塞点火系统，这款发动机曾经最先装备于奔驰S500之上，最大功率296千瓦，最大扭矩456Nm/2800转。,1.5稀燃发动机1.5.1发动机稀燃系统的特点喷油正时对稀燃系统的燃烧速度和燃烧稳定性具有一定的影响。稀燃系统的点火正时需要合理匹配。汽油机实现稀燃的关键技术：提高压缩比。分层燃烧技术。高能点火。,1.5.2发动机稀燃系统的控制1.空燃比的闭环控制（反馈控制）。,2喷油时刻的控制。3.点火正时的控制。1.6可变压缩比技术1.绅宝SVC发动机。SAAB公司的可变压缩比技术称为SVC（saabvariablecompression）。它的核心技术就是在缸体与缸盖之间安装楔型滑块，缸体可以沿滑块的斜面运动，使得燃烧室与活塞顶面的相对位置发生变化，改变燃烧室的客积，从而改变压缩比。其压缩比范围可从8:1至14:1之间变化。,2.可变压缩比的优点适合于多元燃料。有利于降低排放。提高运行稳定性。1.7转子发动机1.7.1转子发动机的发展历史转子发动机由德国人菲加士汪克尔发明。,1.7.2转子发动机的结构和工作原理转子发动机的运动特点是：三角转子的中心绕输出轴中心公转的同时，三角转子本身又绕其中心自转。,转子发动机的工作过程,1.7.3转子发动机与传统往复式发动机的比较转子发动机的优缺点体积小重量轻。结构简单。理想的扭矩输出特性。运转平稳，噪声小。可靠性和耐久性提高。油耗大。,2.转子发动机与传统活塞往复式发动机的比较燃料燃烧产生的热能转化为机械能的途径不一样。活塞往复式发动机的四个工作行程（进气、压缩、作功、排气）都是在一个气缸内进行，而对于转子发动机来说，在转子的转动过程中，转子与缸壁形成的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、作功和排气四个行程。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。转子发动机的排量通常用单位工作室容积（工作室最大容积和最小容积之间的差值）和转子的数量来表示。,1.7.4转子发动机的应用马自达RX8跑车,1.8柴油机共轨直喷技术1.8.1柴油机电控燃油系统概述1.柴油机电控燃油系统的分类第一代电控喷油系统是位置控制式。第二代电控喷油系统是时间控制式。第三代电控喷油系统是时间压力控制式，即电控共轨式喷油系统。2.柴油机电控燃油喷射系统的特点（1）柴油机的排放降低，经济性提高。（2）发动机的工作可靠性提高。（3）响应快，控制精确。（4）控制策略灵活多样。,1.8.2电控共轨系统的组成,1.8.3典型电控共轨系统的结构和工作原理1.供油泵结构和工作原理,2.喷油器的结构与工作原理,3.共轨组件,1.8.4电控共轨系统应用举例华泰现代2.9升特拉卡CRDI。哈弗TC柴油车。1.9发动机增压技术1.9.1增压系统的特性和种类,1.9.2发动机增压技术的发展历史1.9.3机械增压器的结构和工作原理,1.9.4涡轮增压器的结构和工作原理,1.9.5发动机双增压技术1.双涡轮增压。2.综合运用机械增压和废气涡轮增压。1.9.6增压中冷技术1.9.7TDI与SDI技术,1.9.8发动机增压技术在车上的应用涡轮增压器的应用：奥迪1.9TDiL4，2.5TDiV6，3.3TDiV8柴油增压发动机；宝马2.0L4，3.0L6和4.0V8柴油增压发动机；奔驰2.2CDIL4，2.7CDIL5和3.2CDiV6柴油增压发动机。机械增压器的应用：阿斯顿马丁DB73.2六缸和Vantage5.3V8发动机；通用3.8V6发动机；捷豹4.0V8发动机；奔驰2.0和2.3四缸发动机；马自达MillerCycleV6发动机。机械增压+涡轮增压技术的应用：大众GolfGT1.4TSI发动机。,1.10对置式发动机1.10.1发动机结构形式概述直列发动机(LineEngine)。V型发动机。W型发动机。水平对置发动机。转子发动机。,1.10.2典型对置式发动机结构和工作原理,1.10.3对置式发动机应用举例保时捷CaymanSSUBARU2.5升水平对置（DOHC）双顶置凸轮轴涡轮增压发动机。,1.11W12发动机W12型发动机采用MotronicME7.1.1管理系统,W12发动机的特点：结构紧凑，重量轻。发动机的高度显著降低。采用干式润滑系统。1.12HEMI发动机1.12.1HEMI发动机的发展历史HEMI发动机最早出现在1948年，当时开发了一款用于捷豹汽车的6缸HEMI发动机，随后在1951年，克莱斯勒汽车公司发布了180马力的V-8HEMI发动机，排量5.4升(331立方英寸)，因此被命名为“331HEMI”。,就是克莱斯勒HEMI发动机，代表可关闭一半汽缸，保留另一半汽缸工作，HEMI最基本的特征应该是拥有半球型燃烧室汽缸结构.还采用了多排量系统(MDS)和每缸双火花塞设计。其中多排量系统能使发动机在4缸运行模式和8缸模式之间相互转化，使得发动机能兼顾高性能和低油耗两方面要求，对不能实现多气门结构做了良好的补偿，克莱斯勒认为MDS可以使燃油经济性改善20%。汽缸运行模式之间的转换是通过收缩液压挺柱，使气门保持关闭，从而关闭汽缸，据称，两种模式的转换可在40豪秒内完成。双火花塞成纵列布置在汽缸中央，作用是使缸内可燃混合气燃烧更完全、速度更快，进而改善燃油经济性和降低尾气排放水平。,5.7升HEMIMagnumV-8发动机,1.12.2HEMI发动机MDS系统结构和工作原理MDS是英文MultiDisplacementSystem的简称，即多段式排气量调节系统。,MDS系统使发动机工作汽缸在8缸和4缸之间切换，它最大的好处就是提高了发动机的燃油经济性。,1.13发动机管理系统1.13.1发动机管理系统概述汽车发动机管理系统（EngineManagementSystem，简称EMS）1.国外发动机管理系统制造商。（1）德国博世有限公司。（2）西门子威迪欧公司。（3）德尔福公司。（4）摩托罗拉公司。（5）日本电装株式会社。,2.国内发动机管理系统制造商。（1）上海联合汽车电子有限公司。（2）北京德尔福万源发动机管理系统有限公司。（3）西门子威迪欧汽车电子（长春）有限公司。（4）长安伟世通汽车发动机控制系统（重庆）有限公司。（5）马瑞利动力系统（上海）有限公司。（6）意昂神州科技有限公司。（7）北京美加汽车科技公司。（8）北京志阳同光汽车电控软件有限公司。（9）中顺电子（东莞）有限公司。（10）康佳汽车电子公司。（11）上海新代车辆技术