2023高效环保有望标配的主流动力技术解读

在汽车市场竞争日趋激烈的时候，各大厂商都已经相识到，仅仅是靠打价格战已经不能再在这个市场

环境中生存下去了，只有技术的进步才能带来核心的竞争力。因此我们在今年中看到了各合资以及自主汽

车品牌大打技术战，尤其以作为汽车心脏的发动机技术发展最为迅猛，从涡轮增压、可变气门正时，再到

混合动力，各种新技术的宣扬层出不穷。我们从近年来发展最快、应用前景最广的技术中筛选出了部分有

代表性的主流消力技术为大家进行解读，这些技术包含直喷、涡轮增压、可变气门正时系统以及新能源动

力等，下面我们就来一起具体了解一下。

动力技术1——汽油发动机缸内直喷技术

技术特点：燃油喷射更为干脆，燃烧更加充分，达到提升燃油效率的目的

发动机油气混合技术在经验了化油器、单点电喷、多点电喷技术阶段之后，慢慢步入了直喷的时代。

直喷为我们带来了更加高效的燃油利用率，因而成为各大厂商研发的目标。那么缸内直喷发动机的技术原

理和特点是什么呢？

缸内直喷发动机气缸内的工作状态

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直喷采纳多孔高压喷嘴，使油气混合更匀称充分

目前市面上一般的电喷发动机都是将喷油嘴安置在进气歧管内，缺点是混合气的空燃比难以得到精确

的限制。而缸内直喷技术则将喷油嘴安置在气缸内，使燃油喷射和油气的混合过程均在气缸内进行，这样

就可以使油量与油气混合的限制更为精准，消退了缸外喷射的缺点。同时，汽缸内的混合气浓度也可以得

到精确限制，而高压燃油在缸内湍流的作用下也能够得到更充分的混合，因此，燃烧效率大大提高，同时

动力表现也能更加精彩。

组成高压喷油系统的四个主要部分

技术原理解读

看完上文信任大家已经对汽油直喷技术原理有所了解，那么支撑这项技术的关键部件是什么呢？可以

说，高压喷油系统是直喷发动机最核心最关键的部分，其由发动机限制模块（ECM）、高压油轨、高压油

泵和喷油嘴四部分组成。

燃油乐.力传感褂

匍0喷油阀

高压油轨结构图

其中发动机限制模块（ECM）等于是发动机的大脑，主要负责采集发动机数据，依据预定程序限制喷

油时机和喷油量，从而实现最高的燃烧效率；而高压油泵是依靠进气凸轮轴驱动的，主要负责给燃油加压;

高压油轨主要起均衡各喷油嘴喷射压力的作用：最终由耐高温高压的喷油嘴向缸内喷射燃油。

技术差异及应用程度

技术差异：内部配件应用有所不同

应用程度：通用、宝马、大众、奔驰以及现代等品牌多数引擎已普遍应用

1.4TSI发动机的高压油泵

目前已经有多家汽车厂商的发动机运用了缸内直喷技术，包括宝马、大众以及通用等等。而它们各自

的直喷技术原理都基本相同，只是在配件应用上有所不同。以大众主流的1.4TSI发动机为例，其高压燃油

泵可同时配备高压燃油系统和低压燃油系统，低压为4bar,在低压油泵将燃油送到高压油泵之后，高压油

泵可以将燃料加压到100bar的压力（这是一般汽油泵压力的数十倍），并将其送入油轨，从而更易于燃烧,

发动机工作效率更好。

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此外，宝马公司部分发动机还配备了高精度直喷技术，其采纳压电喷油器，其可在0.14毫秒内完成燃

油喷射，并且可实现单次燃烧过程喷射两次燃油，使燃油与空气更好的融合。与传统喷油嘴相比，BMW高

精度直喷系统的燃油利用率会更高。

目前，多家汽车厂商的发动机已普遍应用了直喷技术，如宝马经典的N55、N54及Prince等系列引擎、

福特EcoBoost系列和大众TFSI系列等等发动机，而像江淮、吉利等自主品牌也列入研发此技术的行列，

信任在将来两年中，采纳直喷技术的引擎将全面替代现有的电喷发动机，成为主流的油气混合技术。

动力技术2——涡轮增压器可变截面技术

技术特点：避开传统涡轮器的迟滞现象，高/低转速时均可获得足够进气量

信任大家都知道，传统的涡轮增压器多数有“涡轮迟滞的现象，而可变截面涡轮增压技术则有效的解决

了此问题，实现发动机高/低转速时都能获得足够进气量，让车辆在低发动机转速下就可以带来更好的驾驶

感受，那么它的技术原理和结构又是什么呢？

可变截面涡轮增压器可以通过变更截面，更好的引导废气流(红色)推动涡轮

技术原理解读

涵轮增压器现在对于消费者来说已经并不生疏，它的原理其实特别简洁，是由发动机做功燃烧过程中

排出的废气带动涡轮，涡轮再带动叶轮对空气进行增压，从而有效增大进气量，提升发动机动力。但传统

的放气阀式涡轮增压器也有弊端，就是当发动机转速较低时，由于排气量较小，此时涡轮增压器就会由于

驱动力不足而无法达到工作转速，在该工作状态时，动力表现甚至小于同排量的自然吸气发动机，这就是

大家常常说的“涡轮迟滞(turbolag)现象。

VNT(VariableNozzleTurbine)Turbo

Volvo5-cylinderCommonRailDiesel

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也有的厂商将这项技术成为VNT,比如沃尔沃和奥迪，它们在本质上是一样的

而VGT可变截面涡轮增压技术（或称VNT可变截面涡轮增压技术）则很好的解决了涡轮迟滞现象，

其核心是在于其涡轮内部增加了可由电子系统限制角度的导流叶片，其位置固定，但角度可以依据发动机

工况进行自动调整，在系统工作时，废气会顺着导流叶片送至涡轮叶片上，通过调整叶片角度，限制流过

涡轮叶片的气体的流量和流速，从而限制涡轮的转速。简洁来说，其原理好比用软管的一端插入水龙头，

当开启龙头后，水的压力比较平缓，但当挤压软管出水口的开口时，水压则会变大，而随着挤压开口减小,

水的压力则渐渐加大。

左图：低转速时导流叶片开度小，提高空气流速右图：高转速时开度大，减小排气负压

上述比方的例子与可变截面涡轮增压技术相像，当发动机低转速排气压力较低的时候，导流叶片打开

的角度较小。依据流体力学原理，此时导入涡轮处的空气流速就会加快，增大涡轮处的压强，从而可以更

简洁推动涡轮转动，有效减轻涡轮迟滞的现象，也改善了发动机低转速时的响应时间和加速实力。而在随

着转速的提升和排气压力的增加，叶片也渐渐增大打开的角度，在发动机全负荷状态下，叶片则保持全开

的状态，减小了排气背压，从而达到传统大涡轮的增压效果。

长城VGT可变截面增压器内部结构

此外，由于变更叶片角度能够对涡轮的转速进行有效限制，这也就实现对涡轮的过载爱护，因此运用

了可变截面技术的涡轮增压器都不须要设置排气泄压阀。而须要指出的是，VGT可变截面涡轮增压器只能

通过变更排气入口的横切面积变更涡轮的特性，但是涡轮的尺寸大小并不会发生变更。

技术差异与应用程度

技术差异：此技术在各家汽车厂商发动机中的结构原理都基本相同

应用程度：在柴油发动机领域此技术已普遍应用，而汽油机目前只局限于保时捷品牌引擎

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保时捷可变涡轮叶片增压器

在柴油发动机领域，VGT可变截面涡轮增压技术已得到了很广泛的应用，而汽油机由于排气温度要远

远高于柴油发动机，其可变截面增压器的硬件材质很难承受如此高温的环境，因此汽油机上运用的较少，

而目前只有博格华纳与保时捷联手克服了这个难题，运用了耐高温的航空材料技术，从而胜利开发出了首

款搭载可变截面涡轮增压器的汽油发动机，保时捷则将这项技术称为VTG(VariableTurbineGeometry)

可变涡轮叶片技术。两者在原理上没有本质区分，结构也基本相同。

目前，涡轮增压技术已在多数引擎上应用，而为了迎合用户的需求，高/低转速均可输出足够动力的可

变截面增压技术有望得到广泛运用，随着科技的发展，更多耐高温材质也会相继推出，在将来，汽油机可

变截面增压器可能不仅只有保时捷拥有该项技术，更多汽车厂家的汽油发动机也会列入其中。

动力技术3——可变气门正时/升程技术

技术特点：依据不同的工况调整气门的开启大小/开启时间，提升动力和燃油效率

多家汽车厂商在宣扬自身产品时，习惯运用VVTi,i-Vtec和VVEL等字眼大力推广，而这些字母均代

表了可变气门技术，可变气门技术可以凭借相对简洁的方式有效提升发动机的动力并且节约油耗，因此国

内众多尚未采纳该技术的厂商，尤其是自助品牌车型都在纷纷推出自己的可变气门正时/升程技术。但是它

们都是通过什么原理实现的呢？

发动机内部的配气机构主要负责向汽缸供应汽油燃烧做功的气体，并将燃烧后的废气排出，这一套动

作的工作原理可以看做是人类的吸气和呼气过程。从配气机构的工作原理来讲，其主要功能是在肯定时限

内自动开启和关闭各气缸的进、排气门，从而使簇新空气或者可燃混合气刚好通过进气门供应气缸内，并

且刚好将燃烧做功后形成的废气从排气门排出，实现发动机气缸换气补给的整个过程。

可变气门正时技术

那么传统的配气机构也有自己的缺点，对于没有配备可变气门技术的一般发动机而言，进排气门开闭

时间和开启大小都是相对固定的，这会使气门很难顾及到发动机在不同转速工况时的工作须要，从而影响

发动机的工作效率。而可变气门正时/升程技术则有效的解决了这项难题，其中升程代表气门开启的大小，

正时代表气门开启的时间。这两项技术可使发动机在不同负载状况都能够自由的调整“呼吸，从而提升动力

表现，使燃烧更有效率。

可变气门正时技术介绍

前面文章说过，正时代表了气门开启的时间，那么可变气门正时技术是如何工作的呢？由于发动机在

做功时转速很高，每一次燃烧过程仅需千分之几秒，这样往往会引起气门供应汽缸内的空气不足，排气不

净，造胜利率下降。而解决这项难题最志向的方法是使发动机在凹凸转速下都可以获得志向的进气量，从

而提升发动机燃烧效率，这就是可变气门正时技术开发的初衷。在低转速和怠速工况下，该技术可缩减排

气门开启时间，从而改善低速下的扭矩表现，而高转速状况下，其会自动增加气门的开启时间，以保证发

动机燃烧过程中进气量。

技术差异与应用程度

技术差异：原理基本相同，但结构上各品牌做了相应优化，如丰田双VVT-i、通用D-VVT等

应用程度：目前像丰田、通用、本田、三菱等汽车厂商的发动机已普遍应用

丰田VVT-i可变气门正时技术

而目前，可变气门正时技术在各个厂商的称谓都各有相同，但是基本原理都大同小异，以丰田VVT-i

为例，其是由ECU协调限制，而发动机各部位的传感器随时向ECU报告运转工况，ECU会随时限制凸轮

釉正时限制液压阀，依据发动机转速调整气门的开启时间，或提前，或滞后，或保持不变。此外，还有少

数汽车厂家的发动机（丰田双VVT-i、通用D-VVT等）在排气门也配备了可变气门正时技术，从而实现进

排气门正时无级可调，进一步优化了燃烧效率。

可变气门升程技术介绍

可变气门正时技术的确可以有效提高发动机效率和经济性，但是对发动机性能的提升却作用不大，下

面将要介绍的可变气门升程技术则可以弥补这个不足。

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发动机的动力表现是取决于单位时间内汽缸的进气量，而气门正时只能变更气门开启的时间，并不能

有效改善汽缸内单位时间的进气量，因此对于发动机动力性的帮助并不大。而假如气门开启大小（气门升

程）也可以实现可变调整的话，那么就可以依据发动机的转速运用合适的气门开度，从而提升发动机在各

个转速内的动力性能，这就是可变气门升程技术。

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奥迪AVS气门升程限制系统

当发动机处于低转速时，可变气门升程技术会采纳较小的气门开度，这样有利于增加缸内紊流提高燃

烧速度，增加发动机低速输出扭矩，而高转速时运用较大的气门开度，则可以显著提高进气量，进而提上

升转速时的功率输出。

技术差异和应用程度

技术差异：通过变更联动气门的传动结构，限制单位时间内的进气量

应用程度：奥迪，三菱、丰田、宝马以及日产等发动机己普遍应用

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可实现气门升程分段可调的i-VTEC系统

目前，多家汽车厂商都拥有自己的可变气门升程技术，其中本田i-vtec技术是最好的范例，其是通过

第三根摇臂和第三个凸轮即实现了气门升程变更，当发动机达到肯定转速时，系统就会限制连杆将两个进

气摇臂和特别设计的摇臂连接为一体，此时三个摇臂就会同时被高角度凸轮驱动，而气门升程也会随之加

大，单位时间内的进气量更大，从而发动机动力更强。

日产的工程师运用了一组螺杆（螺栓）和螺套（螺母）就实现了气门升程的连续可变

宝马则是运用偏心凸轮轴来变更摇臂转轴位置限制气门升程

另外，像奥迪，三菱和丰田等厂商也通过增加凸轮轴上的凸轮来实现了气门升程的分段可调。而在近

几年，日产和宝马则推出了连续可变气门升程技术，它可依据变更摇臂结构来限制气门升程，从而实现气

门升程的无级可调。另外，目前的可变气门升程技术的运用基本还只停留在进气端，因此可变气门升程技

术在将来还搦有很大的提升空间。

目前，可变气门正时/升程技术已得到多家海外厂商的广泛应用，但配备在自主研发的引擎中还处于少

数，信任在将来近两年中，可变气门技术将成为自主引擎中的研发重点之一。而排气端的可变气门升程技

术也将成为各大汽车厂商研发重点。

动力技术4------混合动力技术

技术特点：对经济和环保性能提升巨大/纯电动汽车技术瓶颈解决前最好的过渡产品

混合动力汽车是今年来发展最为火爆的新能源汽车了，作为汽油和纯电动车型的过度期产品，混合动

力无疑是现阶段最为简洁实现的汽车新能源动力技术了，虽然目前还鲜有真正实现量产并普及开来的混合

动力车型，但毫无疑问，混合动力必将成为将来一段时间内的主流产品。另外我们知道，混合动力技术是

一个统称，不同的布置方式从根本上确定了各自的特点，下面我们就来具体了解一下。

混合动力系统简洁来形容，就是在一般的汽油发动机车型的基础上，加入电动机和电池组，利用这套

系统来给车辆供应另一种动能的转化方式。依据发动机和电动机联动形式的不同，还分为串联式、并联式

以及混联式等。其中，我们最常见的就要算是混联式了，而采纳串联式的车型也有一些出彩的车型。

串联式混合动力系统

串联式混合动力系统结构

先来说一下较为简洁的串联式混合动力，这种动力系统的实质就是在电动机以及电池之外，加入了能

够给电池进行充电的发电系统，即汽油发动机和发电机的组合。这种混合动力系统最为接近通常意义上的

纯电动车型，发动机和发电机的出现仅仅是为了将燃料进行能量转化，为电动机供应电能，从而增加行驶

里程。串联式混合动力系统的优点是结构较为简洁，成本相对较低，发动机可以在一个较为恒定的转速下

工作，对燃油的利用率较高。但由于能量须要经过多次的转化才能传递到车轮，因此总体的能量损失并不

小。目前采纳这种驱动方式的车辆主要为客车，而在轿车领域，串联式混合动力车型运用较少。

并联式混合动力系统

并联式混合动力系统结构

并联式混合动力系统的应用特别广泛，这种混合动力系统既可以由电动机和发动机共同驱动车辆，有

些车型的并联式混合动力系统的电机和发动机还可以分别单独驱动车辆。而依据对电动机依靠程度的不同,

电动机还有协助及独立驱动车辆的区分。

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宝马7系混合动力车型就采纳了并联式混合动力系统，其双涡轮增压V8发动机作为主要的动力输出,

而拥有15kw、210Nm动力输出的电动机则作为协助驱动系统，在诸如启动、上坡、急加速等须要动力爆

发时供应更多动力输出，但该电动机并不能单独驱动重达两吨多的7系行进。

奥迪Q5混合动力车型的驱动方式更进一步，它的动力系统由最大输出功率为208马力的2.0升TFSI

四缸直喷发动机和可输出44马力的电动机组成。依靠这套混合动力系统，奥迪Q5Hybrid可在纯电动模式

下续航3公里。与之类似，保时捷PanameraSHybrid车型也采纳了这种并联式的混动方式，在采纳纯电

动机驱动的状况下，其最高时速为85km/h,续航里程可达2km。这种并联的混合动力也是采纳最为广泛

的。

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除了上述两种并联式混合动力以外，保时捷在其跑车上还应用了另一种并联式的混合动力系统，例如

911GT3RHybrid以及918RSRCouper,它的发动机负责驱动后轮，而电动机会在须要的时候将动力输出

至前轮。目前这种并联混动技术由于技术困难，尚未大量推广在量产车型上。

混联式混合动力

混联式混合动力系统结构

相比较串联式和并联式，混联式混合动力系统取了这两者的特长：它既能够运用电动机和发动机共同

将动力干脆应用于驱动车辆前进，实现并联式混动的特性，同时在无需大负荷运转时，发动机还可以通过

发电机将机械能转化为电能，并将其储存于电池或干脆用于给电动机供电，实现串联式混动的特性。虽然

拥有最好的适应性和优秀的油耗表现，但其相较前两种混动方式的弱点也特别明显，那就是对于技术要求

高，造价也会相应较高。

丰田普锐斯一量产混合动力车型的胜利代表之一

丰田普锐斯车型就采纳了这种混联式混合动力系统，1.5L排量的VVT-i发动机在50kw电动机的协作

下，其综合动力输出可以达到2.0L排量发动机的水平。依据车辆不同的形式状态，行车电脑会自动调整发

动机和电动马达的协作驱动方式，达到最佳的油耗限制。另外，在自主品牌中，比亚迪F3DM车型也采纳

了混联式混合动力系统。

东风风神S30混合动力车型

在国内，几乎全部的合资以及自主品牌都有着混合动力车型的研发安排和试做产品。随着国家扶持政

策进一步的出台，将来两年中，我们很可能会见到混合动力车型大量的实现量产推出，更加节能环保的混

合动力汽车即将走入更多百姓的家庭。

动力技术5——发动机启停系统

技术特点：运用便利/节能环保/应用前景广泛

在拥堵的城市中行车，我们不得不走走停停、怠速行驶，此时许多的燃油都损失在了怠速的过程中，

不但没有将能量有效的利用起来，而且排出的尾气严峻的污染着空气。为解决这些问题，发动机启动/停止

系统(start/stop)应运而生。

发动机启动/停止系统是由车辆中多种系统协作来实现功能的，通过了解其操作方式我们会知道其工作

原理：对于手动挡车型，在遇到红灯时减速停车，退出挡位到空挡，此时再抬起离合器，当车轮转速传感

器显示为零，并且蓄电池传感器显示电池有足够电量进行下次启动时，行车电脑即会自动停止发动机的工

作。而须要再次启动前进时，只需踩下离合器，系统中的“启动停止器电机就