汽车发动机新技术的论文

1、 标签 :标题 篇一：汽车发动机新技术的论文发动机新技术 -缸内直喷式 姓名：吴山林 学号： 5902111009 班级：热能 111 近年来，当代汽车汽车飞速发展，汽车新技术不断涌现和应用，带动汽车性能不断改善。 下面就现代缸内直喷式汽油机进行简单介绍。汽油机的发展经历了 100 多年的漫长历史，其中具有里程碑意义的发展阶段无不是以油气 混合方式和机理的变迁为标志的。早期的化油器式汽油机依靠化油器喉口气流流速增加所产生的真空度将汽油吸出被高速进 气空气流雾化以及汽油油滴本身的蒸发而与空气形成可燃混合汽。 油气混合比 （空燃比 =进气 空气质量 /燃油质量 ）取决于化油器喉口的设计和量孔直径，

2、负荷的调节是由节气门的开度来 调节进入汽缸的油气混合汽量来实现的， 因此属于混合汽外部形成的量调节方式， 且没有任 何反馈控制。由于汽油 -空气混合汽能在相当宽的空燃比范围内点燃，这种不太精确的控制 对早期汽油机的正常运行并不存在什么问题。但是，随着世界工业化的发展，汽车成为不可或缺的主要交通工具，而作为汽车主要动力 的这种化油器式汽油机废气中的有害成分（C O、H C 和 N O X 等）对大气造成了污染，而燃烧产物二氧化碳又产生“温室效应” 导致全球气候变暖。 随着汽车数量的与日俱增，对人类 生存环境的危害日趋加剧，因此汽车的节能减排已成为全球刻不容缓需要解决的重要问题。汽油缸内直接喷射从

3、油气混合机理上可以解决变工况 （ 如车辆加速时 ）和冷启动时油气混合 不足的问题。早期的缸内直喷式汽油机因喷射技术水平的限制，喷雾油滴的直径约为 80卩m。计算表明，一滴这样大小的油滴在200C空气中需要大约 55ms才能完全蒸发。如果发动机的转速为 1500r/min 的话，这段时间相当于 495CA（ 曲轴转角 ）。显然，蒸发时间过长，在 这种情况下油气混合不能主要依靠喷雾来实现。 随着汽油喷射技术的进步， 现代缸内直喷式 汽油机应用的汽油泵的供油压力已达到512MPa，又采用带旋流的喷油嘴，雾化性能得以提高，喷雾的油滴直径约为 20卩m,喷雾锥角可达50100，常压下的贯穿度约为 100

4、mm 。 此时一滴20卩m的油滴在上述同样情况下仅需3.4 ms或31 CA就能完全蒸发，因而汽油的蒸发和与空气的混合可主要依靠喷雾来实现,再加上缸内空气运动的辅助,变工况（如车辆加速时 ）和冷启动时不再需要过量喷油,冷启动喷 油量得以大大减少 （图 1）,有害物排放也将大为降低。同时,由于汽油直接喷入汽缸内,消 除了进气道喷射时形成壁面油膜的弊病, 特别是在发动机尚未暖机的状态下, 因而能改善变 工况时对空燃比的控制,不但能改善车辆的加速响应性,而且还能降低此时的有害物排放。此外,缸内直接喷射还可带来很多其它好处,从而有利于降低燃油耗,达到节能和减少温 室气体二氧化碳排放的目标。 例如：汽油

5、在缸内直接喷射时油滴主要依靠从缸内空气中吸热 而非从壁面吸热, 因而能使混合汽的温度降低和体积减小, 从而有利于提高充气效率, 降低 爆震倾向和提高压缩比。 计算表明, 在汽油油滴蒸发完全依靠从空气中吸热或者完全依靠从 壁面吸热这两种极端情况下, 缸内混合汽的体积在空燃比为 12.5时将相差大约 7,而混合 汽的温度在上止点前将相差大约50 C。因此，与进气道喷射汽油机相比，缸内直喷式汽油机的充气效率提高了 10,同时爆震倾向也大为降低,表现在受爆震限制的点火时刻可提 前若干曲轴转角,因而压缩比可提高1.52,有利于提高汽油机的热效率,降低燃油耗（约2%）。特别是有利于汽油机采用增压,并应用较

6、高的压缩比,克服了由于增压汽油机压缩比 较小而对部分负荷燃油耗所带来的不利影响, 同时提高了增压汽油机在 2500r/min 以下低转 速范围内的增压压力, 1200r/min 时的扭矩能够提高 25%,大大改善汽油机的低速扭矩特性和车辆的行驶性能。 此外，由于汽油直接喷入汽缸内，可实现稀薄混合汽分层燃烧，使得低 负荷工况时的空燃比可提高到40 以上，从而无需关小节气门来限制进气量，采用像柴油机那样的质调节方式， 基本上避免了发动机在换气过程中的泵气损失， 有利于降低燃油耗。 同 时，在高空燃比情况下， 由于混合汽物性的改变、 绝热指数的增加以及混合汽分层致使热损 失减少，使得发动机的热效率进

7、一步提高。由于汽车发动机经常在低负荷工况下运行， 因此分层混合汽燃烧的直喷式汽油机可使平均燃油耗降低1520%。在欧洲机动车排放组合循环 （MVEG） 行驶试验中，其燃油耗明显低于进气道喷射汽油机已达 到了相当于非直喷式柴油机的燃油耗水平（图2）图 3 示出了现代汽油机各种技术改进措施的节油潜力。可以清楚地看出，作为单一措施汽 油缸内直接喷射蕴藏着最大的节油（即降低 CO2 排放量 ）的潜力。这种效果一方面是由于发动机的无节流运行降低了换气损失，另一方面由于充量分层运行，燃烧在燃烧室中央进行， 周围有隔热的空气层而减少了壁面热损失，同时全负荷时的爆震倾向降低， 因而发动机能够以较高的压缩比运行

8、。 这些措施在发动机整个特性曲线场范围内对燃油耗都 起到了有利的作用。 而燃烧室内的充量运动也使得在以化学计量比混合汽运转的范围内具有 较高的 EGR 兼容性，因而在该 运转范围内也能够获得节油效果。综上所述，无论是从节能和减排的角度，还是从提高汽油机动力性能的角度来看，现代缸 内直喷式汽油机在进气道喷射技术的基础上，又将汽油机技术向前推进了一大步， 从而成为世界汽油机发展历史上又一个重要的里程碑，不言而喻同样是我国汽车汽油机的重要的发展方向。以上海大众EA888发动机为例，说起EA888，可谓大众的明星发动机。大众在中国一直以来背负着“桑塔纳发动机用 30 年”的王八壳子，就是 EA888

9、给揭掉的。先进的直喷涡轮增 压技术，全球最佳发动机的头衔让大众从一干自然吸气引擎（ NA 机）中脱颖而出，扬眉吐 气。值得一提的是， 在外国大众汽车中搭载的 EA888 引擎还带有稀燃技术以进步降低油耗， 但在引入中国后被大众阉割。 EA888 的身上具备了多种大众潜心研究多年的核心高科技， 其核心的核心就是缸内直喷技术。 普通自然进气发动机， 燃料和空气的预混合是在进气歧管 内的，油压（汽油）只有 3bar 左右。等到活塞冲程下行吸气，预混合的混合气进一步混合， 在燃烧室的高温下进一步雾化， 以达到更好的空混比， 最后被火花塞引燃推动活塞。 这样产 生的油气混合物的浓度， 气缸各个不同部位的

10、油气混合比很难做到精确的控制，燃烧效率无法提高的很多。 而缸内直喷顾名思义就是把燃油以极高的压力使其雾化喷入缸内，它不同于自然吸气发动机， 将汽油直接喷入缸内， 这里没有进气道的预混合， 且进气压力比非涡轮的 要大， 能达到更精确的混合比， 更好的控制气缸内的混合物的浓度和分布， 提高燃油效率和 扭矩。但是普通油泵 3bar 喷油压力是无法直接喷入缸内的，就算喷进去，也来不及混合无 法点燃， 换句话说就是无法工作的。 这中间就需要一个特殊的部件共轨高压油泵。所谓高压油泵主要的作用就是产生高压油； 采用三个径向布置的柱塞泵油元件产生高压油。低压燃油泵（3-6bar）将燃油输入高压油泵，高压油泵将

11、燃油加压至 100-150bar送入高压油轨， 最后由共轨油嘴喷入气缸，完成一个燃料的传递和加压工作，根据大众EA888 引擎官方设计文档，高压共轨泵的正常工作压力为 725.1 psi （50 个大气压 ） 到 2175.5psi （150 个大气 压） ，极限承压 200 个大气压！事实上，最早把燃油加压喷入，以获得油气混合物实现充分 燃烧的设计， 并非出现在汽车上。 而是来自于美国波音公司幻影工作室这个专为国防部 设计炸弹的工作室发现， 普通炸药之所以威力总比设计时候的小， 原因就在于炸药无法和空 气充分燃烧。如果在炸弹爆炸瞬间，先释放出高压油气混合物（被称作云爆剂），再点燃，那就就能获

12、得比常规武器威力大得多的炸弹。 1 公斤云爆剂就相当于 3.2 公斤 TNT 炸药的威 力。根据这一原理，美军设计出了被称作炸弹之母 （MOAB） 的“掩体粉碎机”云爆弹。1991 年 2月 13 日下午 4 点，伊拉克巴格达阿米里亚防空洞。幻影工作室设计的“掩体粉碎 机”穿透几十米的地面和钢筋水泥墙体， 将防空洞炸出一个大洞， 火光伴着爆炸产生的巨大 压力把人体撕成碎片甩到墙壁上。五分钟后， 第二颗“掩体粉碎机”从炸开的大洞直接钻进 防空洞内， 剧烈的爆炸产生冲天大火， 将烧焦的尸体在墙壁上形成人形图案。 大火造成 4500 度的高温， 转眼间把没炸死的老人、 孩子烧成灰烬。防空洞的自动灭火

13、装置自行启动， 喷出 了高压水龙，大水瞬间被高温加热至沸腾，将防空洞下一层受伤的人全部烫死。既然油气混合物能有如此惊人的杀伤力，那在汽车上引入显然也会获得更高的动力和更省 油的表现。 根据云爆弹原理， 大众为高压泵设计了一个非常精巧的结构， 通过进气阀的凸轮 轴来为油泵提供动力， 这样很好的解决了油泵和进气阀之间的正时问题， 也提高了燃油效率； 同时作为一个纯机械的结构，这个高压泵具备了非常高的可靠性， 大众 （博世）甚至还设计 了一个内部保护回路防止油压过高。 可惜的是， 大众和博世的设计尽管确保了机械自身的可 靠性，但高压燃油轨 （Rail） 里的高压燃料是无法保护的，为了保证发动机运转的

14、顺畅性，燃 油轨中必须保持一定的压力。 这个在平时是没有问题的， 问题就出在了碰撞上。 当发动机受 到巨大的外力撞击时， 位于发动机前部的高压共轨喷射系统就成了发动机首先受到撞击的部 分。未来汽车设计的发展必然随着汽车技术的进步而日新月异， 众多设计师的艺术风格也会更 广泛更强烈地体现在汽车设计之中， 而给予人们更加广泛的选择。 高科技下，个性鲜明、更 加人性化的汽车将是 21 世纪汽车产业发展的必然，因为它符合人类对文化、个性的追求和 需要。 因此，加大对概念汽车的设计的重视和投入， 将对我国汽车产业的发展起到极大的推 进作用。篇二：汽车发动机新技术的论文浅谈汽车发动机新技术 - 缸内直喷式

15、 近年来，当代汽车汽车飞速发展，汽车新技术不断涌现和应用，带动汽车性能不断改善。 下面就现代缸内直喷式汽油机进行简单介绍。汽油机的发展经历了 100 多年的漫长历史，其中具有里程碑意义的发展阶段无不是以油气 混合方式和机理的变迁为标志的。早期的化油器式汽油机依靠化油器喉口气流流速增加所产生的真空度将汽油吸出被高速进 气空气流雾化以及汽油油滴本身的蒸发而与空气形成可燃混合汽。 油气混合比 （空燃比 =进气 空气质量 /燃油质量 ）取决于化油器喉口的设计和量孔直径，负荷的调节是由节气门的开度来 调节进入汽缸的油气混合汽量来实现的， 因此属于混合汽外部形成的量调节方式， 且没有任 何反馈控制。由于汽

16、油 -空气混合汽能在相当宽的空燃比范围内点燃，这种不太精确的控制 对早期汽油机的正常运行并不存在什么问题。但是，随着世界工业化的发展，汽车成为不可或缺的主要交通工具，而作为汽车主要动力 的这种化油器式汽油机废气中的有害成分（C O、H C 和 N O X 等）对大气造成了污染，而燃烧产物二氧化碳又产生“温室效应”导致全球气候变暖。随着汽车数量的与日俱增， 对人类生存环境的危害日趋加剧， 因此汽车的节能减排已成为全球刻不容缓需要解决的重要 问题。汽油缸内直接喷射从油气混合机理上可以解决变工况（ 如车辆加速时 ）和冷启动时油气混合不足的问题。早期的缸内直喷式汽油机因喷射技术水平的限制，喷雾油滴的直

17、径约为 80卩m。计算表明，一滴这样大小的油滴在200C空气中需要大约 55ms才能完全蒸发。如果发动机的转速为 1500r/min 的话，这段时间相当于 495CA（ 曲轴转角 ）。显然，蒸发时间过长，在 这种情况下油气混合不能主要依靠喷雾来实现。 随着汽油喷射技术的进步， 现代缸内直喷式 汽油机应用的汽油泵的供油压力已达到512MPa，又采用带旋流的喷油嘴，雾化性能得以提高，喷雾的油滴直径约为 20卩m,喷雾锥角可达50100，常压下的贯穿度约为 100mm。 此时一滴20卩m的油滴在上述同样情况下仅需3.4 ms或31 CA就能完全蒸发，因而汽油的蒸发和与空气的混合可主要依靠喷雾来实现,

18、再加上缸内空气运动的辅助,变工况（如车辆加速时 ）和冷启动时不再需要过量喷油,冷启动喷油量得以大大减少（图 1）,有害物排放也将大为降低。同时,由于汽油直接喷入汽缸内,消除了进气道喷射时形成壁面油膜的弊病, 特别是在发动机尚未暖机的状态下, 因而能改善变工况时对空燃比的控制, 不但能改善车辆 的加速响应性,而且还能降低此时的有害物排放。此外, 缸内直接喷射还可带来很多其它好处, 从而有利于降低燃油耗, 达到节能和减少温室 气体二氧化碳排放的目标。 例如：汽油在缸内直接喷射时油滴主要依靠从缸内空气中吸热而 非从壁面吸热, 因而能使混合汽的温度降低和体积减小, 从而有利于提高充气效率, 降低爆 震

19、倾向和提高压缩比。 计算表明, 在汽油油滴蒸发完全依靠从空气中吸热或者完全依靠从壁 面吸热这两种极端情况下, 缸内混合汽的体积在空燃比为 1 2.5时将相差大约 7,而混合汽 的温度在上止点前将相差大约50C。因此，与进气道喷射汽油机相比，缸内直喷式汽油机的充气效率提高了 10,同时爆震倾向也大为降低,表现在受爆震限制的点火时刻可提前 若干曲轴转角,因而压缩比可提高1.52,有利于提高汽油机的热效率, 降低燃油耗 （约2%）。特别是有利于汽油机采用增压, 并应用较高的压缩比,克服了由于增压汽油机压缩比较小而 对部分负荷燃油耗所带来的不利影响,同时提高了增压汽油机在2500r/min 以下低转速

20、范围内的增压压力, 1200r/min 时的扭矩能够提高 25%,大大改善汽油机的低速扭矩特性和车辆 的行驶性能。此外, 由于汽油直接喷入汽缸内,可实现稀薄混合汽分层燃烧,使得低负荷工 况时的空燃比可提高到 40 以上,从而无需关小节气门来限制进气量,采用像柴油机那样的 质调节方式,基本上避免了发动机在换气过程中的泵气损失,有利于降低燃油耗。 同时,在高空燃比情况下, 由于混合汽物性的改变、 绝热指数的增加以及混合汽分层致使热损失减少, 使得发动机的热效率进一步提高。 由于汽车发动机经常在低负荷工况下运行, 因此分层混合 汽燃烧的直喷式汽油机可使平均燃油耗降低1520。在欧洲机动车排放组合循环

21、 （MVEG）行驶试验中, 其燃油耗明显低于进气道喷射汽油机已达到了相当于非直喷式柴油机的燃油耗 水平 （图2）。图 3 示出了现代汽油机各种技术改进措施的节油潜力。可以清楚地看出,作为单一措施汽 油缸内直接喷射蕴藏着最大的节油（即降低 CO2 排放量 ）的潜力。这种效果一方面是由于发动机的无节流运行降低了换气损失,另一方面由于充量分层运行,燃烧在燃烧室中央进行, 周围有隔热的空气层而减少了壁面热损失, 同时全负荷时的爆震倾向降低, 因而发动机能够 以较高的压缩比运行。 这些措施在发动机整个特性曲线场范围内对燃油耗都起到了有利的作 用。而燃烧室内的充量运动也使得在以化学计量比混合汽运转的范围内

22、具有较高的EGR 兼容性,因而在该 运转范围内也能够获得节油效果。综上所述,无论是从节能和减排的角度,还是从提高汽油机动力性能的角度来看,现代缸 内直喷式汽油机在进气道喷射技术的基础上, 又将汽油机技术向前推进了一大步, 从而成为 世界汽油机发篇三：汽车概论论文 -汽车发动机新技术汽车发动机新技术河北工业大学 /内燃机/韩超【内容提要】 汽车的诞生发展已经经历的一个多世纪,汽车技术的发展已成为带动整个 社会科技进步的重要标志, 对人类文明有着不可忽视的影响, 而汽车的心脏发动机的科 学技术水平起着重中之重的作用， 随着信息、 机械和电子等技术的快速发展， 发动机电子控 制、多气门、可变气门正时

23、、可变气门升程、双涡轮增压、高压共轨等先进技术也已经深入 人心， 此外，为适应汽车的多变工况运行，还有一些特别的新技术可变压缩比、缸内直 喷、自动启停等应运而生。【关键字】汽车发动机、可变压缩比、缸内直喷、自动启停伴随汽车工业近百年的连续进步,汽车发动机技术也综合了大量的高新技术使其具有更高的功率密度、更好的燃油经济性、更低的排放污染，如发动机电子控制、多气门、可变气门 正时、可变气门升程、双涡轮增压、高压共轨、可变压缩比、 BlueDIRECT 、缸内直喷、自 动启停等等。下面我们就后四种作详细介绍。一、可变压缩比( Variable Compression Ratio ) 可变压缩比( V

24、CR )的目的在于提高增压发动机的燃油经济性。 在增压发动机中为了防止爆震其压缩比低于自 然吸气式发动机。 在增压压力低时热效率降低使燃油经济性下降。 特别在涡轮增压发动机中 由于增压度上升缓慢在低压缩比条件下扭矩上升也很缓慢形成增压滞后现象。 即发动机在低 速时，增压作用滞后， 要等到发动机加速至一定转速后增压系统才起到作用。解决这个问题，可变压缩比是重要方法。 即在增压压力低的低负荷工况使压缩比提高到与自然吸气式发动机 压缩比相同或超过， 在高增压的高负荷工况下适当降低压缩比。 换言随着负荷的变化连续调 节压缩比以便能够从低负荷到高的整个工况范围内有提高热效率。多连杆 VCR 系统VCR

25、系统使用一种新的活塞 -曲轴系统并入一个多连杆机制来改变活塞在上 止点的移动并因此获得了与工况相匹配的最佳的压缩比。 这一多连杆可变压缩比机构可以在 不提高发动机尺寸和重量的情况下安装。 运动规律：活塞与曲轴通过上连杆与下连杆连在 一起。下连杆也通过控制连杆连接到了控制轴偏心轴颈中心。 曲轴的旋转导致了下连杆围绕 着主轴颈的中心旋转，同时围绕着曲柄销的中心转动。 压缩比改变的原理：移动偏心轴的 中心向上使下连杆顺时针倾斜，因此使活塞的上止点和下止点的位置同时下降以降低压缩 比。相反，偏心轴的中心向下移动可以提高压缩比。在低速低负荷时采用高压缩比14：1 以获得提高燃油经济性的最佳效果；随着负荷

26、的增加，减小压缩比以防止爆震发生；为了在全负荷时采用高增压，将压缩比设为最低值8 1。结果发现：通过在发动机低负荷下应用废气再循环并提高压缩比、在高负荷下采用更高的 增压压力并降低压缩比，这样都可以提高发动机的燃油经济性和输出功率。二、缸内直喷技术( BlueDirect 、 TFSI、 EcoBoost 、SIDI ) 缸内直喷就是将燃油喷嘴安装 于气缸内，直接将燃油喷入气缸内与进气混合。喷射压力也进一步提高，使燃油雾化更加细致， 真正实现了精准地按比例控制喷油并与进气混合， 并且消除了缸外喷 射的缺点。同时，喷嘴位置、喷雾形状、进气气流控制，以及活塞顶形状等特别的设计，使 油气能够在整个气

27、缸内充分、均匀的混合，从而使燃油充分燃烧，能量转化效率更高。缸内直喷结构BlueDIRECT 是奔驰的第三代汽油缸内直喷技术，这一技术的核心主要是能 够在一毫秒内连续四次放电的多火花点火技术( Multi-spark ignition )和能够在一个行程内 最多喷射五次燃油的压电式喷油嘴， 再加上优化的缸内涡流设计， 带来了混合更充分的混合 气和更充分的燃烧效果，使燃料的燃烧效率进一步提高，同时达到了更高的排放标准。搭载这一技术的发动机于 2010 年正式亮相， 目前该技术已经较广泛的应用于奔驰的新V6、V8 以及直列四缸发动机上，他们分别服役于奔驰的 S 级、 E 级以及最新的奔驰 B 级和

28、新 ML 车型上。多火花点火技术TFSI 代表的是 Twincharger Fuel Stratified Injection 这几个单词首字母的缩写，通过字母表 面意思可以理解为双增压 + 分层燃烧 + 喷射的意思。 TSI 发动机是在 FSI 技术的基础之上 ,安 装了一个涡轮增压器和一个机械增压器,鉴于涡轮增压和机械增压的特性，机械增压可以从怠速开始就能为发动机提供增压效果,弥补了涡轮增压系统的延时缺点 ,所以 TFSI 是一种极高效率的发动机形式 ,会是动力性与燃油燃油经济性的完美统一。EcoBoost 是福特对于未来使用涡轮增压和缸内直喷两项核心技术发动机的总称。在传统汽 油发动机的

29、基础上， EcoBoost 发动机进一步添加了燃油缸内直喷、涡轮增压和双独立可变 气门正时系统这三大关键技术优势， 不仅保证了澎湃的动力输出， 而且优化了燃油经济性高 达 20% ，并降低 15% 的二氧化碳排放。福特 EcoBoost 发动机融合了三大关键技术的协同优势： 燃油高压直喷、 先进涡轮增压器和 双独立可变气门正时系统。每项技术各有所长，三大技术的整合体现了 EcoBoost 发动机设计理念，包 括：优化的发动机效率 - 有效提升燃油经济 20%，同时降低二氧化碳排放 15%。 更丰富的 驾驶乐趣 -低转速下的强大扭矩和宽转速范围内的优异响应。 小排量带来的优势 -享受传 统高排量发动机的输出动力，却拥有小排量发动机体积小、重量轻和油耗低的好处。福特 EcoBoost SIDI 是 Spark Ignition Direct Injection 的缩写，直译为火花点燃直接喷射技术。其实现的原 理和一般的直喷发动机并无二致： 凸轮轴驱动的燃油泵为供油系统提供高压燃油， 共轨喷油 嘴将高压燃油直接注入汽缸， 点火时间就可以得到精确的控制， 而且高压喷射和极细的喷嘴 设计则保证了喷油量的精确计算。缸