高效環(huán)保 有望標(biāo)配的主流動(dòng)力技術(shù)解讀

　　在汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的時(shí)候，各大廠商都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，僅僅是靠打價(jià)格戰(zhàn)已經(jīng)不能再在這個(gè)市場(chǎng)環(huán)境中生存下去了，只有技術(shù)的進(jìn)步才能帶來(lái)核心的競(jìng)爭(zhēng)力。因此我們?cè)诮衲曛锌吹搅烁骱腺Y以及自主汽車品牌大打技術(shù)戰(zhàn)，尤其以作為汽車心臟的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展最為迅猛，從渦輪增壓、可變氣門(mén)正時(shí)，再到混合動(dòng)力，各種新技術(shù)的宣傳層出不窮。我們從近年來(lái)發(fā)展最快、應(yīng)用前景最廣的技術(shù)中篩選出了部分有代表性的主流動(dòng)力技術(shù)為大家進(jìn)行解讀，這些技術(shù)包含直噴、渦輪增壓、可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)以及新能源動(dòng)力等，下面我們就來(lái)一起詳細(xì)了解一下。

動(dòng)力技術(shù)1——汽油發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)
技術(shù)特點(diǎn)：燃油噴射更為直接，燃燒更加充分，達(dá)到提升燃油效率的目的

發(fā)動(dòng)機(jī)油氣混合技術(shù)在經(jīng)歷了化油器、單點(diǎn)電噴、多點(diǎn)電噴技術(shù)階段之后，漸漸步入了直噴的時(shí)代。直噴為我們帶來(lái)了更加高效的燃油利用率，因而成為各大廠商研發(fā)的目標(biāo)。那么缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)原理和特點(diǎn)是什么呢？

缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的工作狀態(tài)

直噴采用多孔高壓噴嘴，使油氣混合更均勻充分

目前市面上一般的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)都是將噴油嘴安置在進(jìn)氣歧管內(nèi)，缺點(diǎn)是混合氣的空燃比難以得到精確的控制。而缸內(nèi)直噴技術(shù)則將噴油嘴安置在氣缸內(nèi)，使燃油噴射和油氣的混合過(guò)程均在氣缸內(nèi)進(jìn)行，這樣就可以使油量與油氣混合的控制更為精準(zhǔn)，消除了缸外噴射的缺點(diǎn)。同時(shí)，汽缸內(nèi)的混合氣濃度也可以得到精確控制，而高壓燃油在缸內(nèi)湍流的作用下也能夠得到更充分的混合，因此，燃燒效率大大提高，同時(shí)動(dòng)力表現(xiàn)也能更加出色。

組成高壓噴油系統(tǒng)的四個(gè)主要部分

技術(shù)原理解讀

看完上文相信大家已經(jīng)對(duì)汽油直噴技術(shù)原理有所了解，那么支撐這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵部件是什么呢？可以說(shuō)，高壓噴油系統(tǒng)是直噴發(fā)動(dòng)機(jī)最核心最關(guān)鍵的部分，其由發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECM）、高壓油軌、高壓油泵和噴油嘴四部分組成。

高壓油軌結(jié)構(gòu)圖

其中發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECM）等于是發(fā)動(dòng)機(jī)的大腦，主要負(fù)責(zé)采集發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，按照預(yù)定程序控制噴油時(shí)機(jī)和噴油量，從而實(shí)現(xiàn)最高的燃燒效率；而高壓油泵是依靠進(jìn)氣凸輪軸驅(qū)動(dòng)的，主要負(fù)責(zé)給燃油加壓；高壓油軌主要起均衡各噴油嘴噴射壓力的作用；最后由耐高溫高壓的噴油嘴向缸內(nèi)噴射燃油。

技術(shù)差異及應(yīng)用程度
技術(shù)差異：內(nèi)部配件應(yīng)用有所不同
應(yīng)用程度：通用、寶馬、大眾、奔馳以及現(xiàn)代等品牌多數(shù)引擎已普遍應(yīng)用

1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓油泵

目前已經(jīng)有多家汽車廠商的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)用了缸內(nèi)直噴技術(shù)，包括寶馬、大眾以及通用等等。而它們各自的直噴技術(shù)原理都基本相同，只是在配件應(yīng)用上有所不同。以大眾主流的1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī)為例，其高壓燃油泵可同時(shí)配備高壓燃油系統(tǒng)和低壓燃油系統(tǒng)，低壓為4bar，在低壓油泵將燃油送到高壓油泵之后，高壓油泵可以將燃料加壓到100bar的壓力（這是普通汽油泵壓力的數(shù)十倍），并將其送入油軌，從而更易于燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率更好。

此外，寶馬公司部分發(fā)動(dòng)機(jī)還配備了高精度直噴技術(shù)，其采用壓電噴油器，其可在0.14毫秒內(nèi)完成燃油噴射，并且可實(shí)現(xiàn)單次燃燒過(guò)程噴射兩次燃油，使燃油與空氣更好的融合。與傳統(tǒng)噴油嘴相比，BMW高精度直噴系統(tǒng)的燃油利用率會(huì)更高。

目前，多家汽車廠商的發(fā)動(dòng)機(jī)已普遍應(yīng)用了直噴技術(shù)，如寶馬經(jīng)典的N55、N54及Prince等系列引擎、福特EcoBoost系列和大眾TFSI系列等等發(fā)動(dòng)機(jī)，而像江淮、吉利等自主品牌也列入研發(fā)此技術(shù)的行列，相信在未來(lái)兩年中，采用直噴技術(shù)的引擎將全面替代現(xiàn)有的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，成為主流的油氣混合技術(shù)。

動(dòng)力技術(shù)2——渦輪增壓器可變截面技術(shù)
技術(shù)特點(diǎn)：避免傳統(tǒng)渦輪器的遲滯現(xiàn)象，高/低轉(zhuǎn)速時(shí)均可獲得充足進(jìn)氣量

相信大家都知道，傳統(tǒng)的渦輪增壓器多數(shù)有“渦輪遲滯”的現(xiàn)象，而可變截面渦輪增壓技術(shù)則有效的解決了此問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)高/低轉(zhuǎn)速時(shí)都能獲得充足進(jìn)氣量，讓車輛在低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下就可以帶來(lái)更好的駕駛感受，那么它的技術(shù)原理和結(jié)構(gòu)又是什么呢？

可變截面渦輪增壓器可以通過(guò)改變截面，更好的引導(dǎo)廢氣流（紅色）推動(dòng)渦輪

技術(shù)原理解讀

渦輪增壓器現(xiàn)在對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)已經(jīng)并不陌生，它的原理其實(shí)非常簡(jiǎn)單，是由發(fā)動(dòng)機(jī)做功燃燒過(guò)程中排出的廢氣帶動(dòng)渦輪，渦輪再帶動(dòng)葉輪對(duì)空氣進(jìn)行增壓，從而有效增大進(jìn)氣量，提升發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力。但傳統(tǒng)的放氣閥式渦輪增壓器也有弊端，就是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，由于排氣量較小，此時(shí)渦輪增壓器就會(huì)由于驅(qū)動(dòng)力不足而無(wú)法達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，在該工作狀態(tài)時(shí)，動(dòng)力表現(xiàn)甚至小于同排量的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，這就是大家經(jīng)常說(shuō)的“渦輪遲滯（turbo lag）”現(xiàn)象。

也有的廠商將這項(xiàng)技術(shù)成為VNT，比如沃爾沃和奧迪，它們?cè)诒举|(zhì)上是一樣的

而VGT可變截面渦輪增壓技術(shù)（或稱VNT可變截面渦輪增壓技術(shù)）則很好的解決了渦輪遲滯現(xiàn)象，其核心是在于其渦輪內(nèi)部增加了可由電子系統(tǒng)控制角度的導(dǎo)流葉片，其位置固定，但角度可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，在系統(tǒng)工作時(shí)，廢氣會(huì)順著導(dǎo)流葉片送至渦輪葉片上，通過(guò)調(diào)整葉片角度，控制流過(guò)渦輪葉片的氣體的流量和流速，從而控制渦輪的轉(zhuǎn)速。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，其原理好比用軟管的一端插入水龍頭，當(dāng)開(kāi)啟龍頭后，水的壓力比較平緩，但當(dāng)擠壓軟管出水口的開(kāi)口時(shí)，水壓則會(huì)變大，而隨著擠壓開(kāi)口減小，水的壓力則逐漸加大。

左圖：低轉(zhuǎn)速時(shí)導(dǎo)流葉片開(kāi)度小，提高空氣流速 右圖：高轉(zhuǎn)速時(shí)開(kāi)度大，減小排氣負(fù)壓

上述比喻的例子與可變截面渦輪增壓技術(shù)相似，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速排氣壓力較低的時(shí)候，導(dǎo)流葉片打開(kāi)的角度較小。根據(jù)流體力學(xué)原理，此時(shí)導(dǎo)入渦輪處的空氣流速就會(huì)加快，增大渦輪處的壓強(qiáng)，從而可以更容易推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，有效減輕渦輪遲滯的現(xiàn)象，也改善了發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)的響應(yīng)時(shí)間和加速能力。而在隨著轉(zhuǎn)速的提升和排氣壓力的增加，葉片也逐漸增大打開(kāi)的角度，在發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷狀態(tài)下，葉片則保持全開(kāi)的狀態(tài)，減小了排氣背壓，從而達(dá)到傳統(tǒng)大渦輪的增壓效果。

長(zhǎng)城VGT可變截面增壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

此外，由于改變?nèi)~片角度能夠?qū)u輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效控制，這也就實(shí)現(xiàn)對(duì)渦輪的過(guò)載保護(hù)，因此使用了可變截面技術(shù)的渦輪增壓器都不需要設(shè)置排氣泄壓閥。而需要指出的是，VGT可變截面渦輪增壓器只能通過(guò)改變排氣入口的橫切面積改變渦輪的特性，但是渦輪的尺寸大小并不會(huì)發(fā)生變化。

技術(shù)差異與應(yīng)用程度
技術(shù)差異：此技術(shù)在各家汽車廠商發(fā)動(dòng)機(jī)中的結(jié)構(gòu)原理都基本相同
應(yīng)用程度：在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域此技術(shù)已普遍應(yīng)用，而汽油機(jī)目前只局限于保時(shí)捷品牌引擎

保時(shí)捷可變渦輪葉片增壓器

在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，VGT可變截面渦輪增壓技術(shù)已得到了很廣泛的應(yīng)用，而汽油機(jī)由于排氣溫度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其可變截面增壓器的硬件材質(zhì)很難承受如此高溫的環(huán)境，因此汽油機(jī)上運(yùn)用的較少，而目前只有博格華納與保時(shí)捷聯(lián)手克服了這個(gè)難題，使用了耐高溫的航空材料技術(shù)，從而成功開(kāi)發(fā)出了首款搭載可變截面渦輪增壓器的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，保時(shí)捷則將這項(xiàng)技術(shù)稱為VTG（Variable Turbine Geometry）可變渦輪葉片技術(shù)。兩者在原理上沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，結(jié)構(gòu)也基本相同。

目前，渦輪增壓技術(shù)已在多數(shù)引擎上應(yīng)用，而為了迎合用戶的需求，高/低轉(zhuǎn)速均可輸出充沛動(dòng)力的可變截面增壓技術(shù)有望得到廣泛運(yùn)用，隨著科技的發(fā)展，更多耐高溫材質(zhì)也會(huì)相繼推出，在未來(lái)，汽油機(jī)可變截面增壓器可能不僅只有保時(shí)捷擁有該項(xiàng)技術(shù)，更多汽車廠家的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)也會(huì)列入其中。

動(dòng)力技術(shù)3——可變氣門(mén)正時(shí)/升程技術(shù)
技術(shù)特點(diǎn)：根據(jù)不同的工況調(diào)整氣門(mén)的開(kāi)啟大小/開(kāi)啟時(shí)間，提升動(dòng)力和燃油效率

多家汽車廠商在宣傳自身產(chǎn)品時(shí)，習(xí)慣運(yùn)用VVTi，i-Vtec和VVEL等字眼大力推廣，而這些字母均代表了可變氣門(mén)技術(shù)，可變氣門(mén)技術(shù)可以憑借相對(duì)簡(jiǎn)單的方式有效提升發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力并且節(jié)省油耗，因此國(guó)內(nèi)眾多尚未采用該技術(shù)的廠商，尤其是自助品牌車型都在紛紛推出自己的可變氣門(mén)正時(shí)/升程技術(shù)。但是它們都是通過(guò)什么原理實(shí)現(xiàn)的呢？

發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的配氣機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)向汽缸提供汽油燃燒做功的氣體，并將燃燒后的廢氣排出，這一套動(dòng)作的工作原理可以看做是人類的吸氣和呼氣過(guò)程。從配氣機(jī)構(gòu)的工作原理來(lái)講，其主要功能是在一定時(shí)限內(nèi)自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉各氣缸的進(jìn)、排氣門(mén)，從而使新鮮空氣或者可燃混合氣及時(shí)通過(guò)進(jìn)氣門(mén)供給氣缸內(nèi)，并且及時(shí)將燃燒做功后形成的廢氣從排氣門(mén)排出，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸換氣補(bǔ)給的整個(gè)過(guò)程。

可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)

那么傳統(tǒng)的配氣機(jī)構(gòu)也有自己的缺點(diǎn)，對(duì)于沒(méi)有配備可變氣門(mén)技術(shù)的普通發(fā)動(dòng)機(jī)而言，進(jìn)排氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)間和開(kāi)啟大小都是相對(duì)固定的，這會(huì)使氣門(mén)很難顧及到發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速工況時(shí)的工作需要，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。而可變氣門(mén)正時(shí)/升程技術(shù)則有效的解決了這項(xiàng)難題，其中升程代表氣門(mén)開(kāi)啟的大小，正時(shí)代表氣門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間。這兩項(xiàng)技術(shù)可使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同負(fù)載情況都能夠自由的調(diào)整“呼吸”，從而提升動(dòng)力表現(xiàn)，使燃燒更有效率。

可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)介紹

前面文章說(shuō)過(guò)，正時(shí)代表了氣門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間，那么可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)是如何工作的呢？由于發(fā)動(dòng)機(jī)在做功時(shí)轉(zhuǎn)速很高，每一次燃燒過(guò)程僅需千分之幾秒，這樣往往會(huì)引起氣門(mén)供給汽缸內(nèi)的空氣不足，排氣不凈，造成功率下降。而解決這項(xiàng)難題最理想的辦法是使發(fā)動(dòng)機(jī)在高低轉(zhuǎn)速下都可以獲得理想的進(jìn)氣量，從而提升發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率，這就是可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)的初衷。在低轉(zhuǎn)速和怠速工況下，該技術(shù)可縮減排氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)間，從而改善低速下的扭矩表現(xiàn)，而高轉(zhuǎn)速情況下，其會(huì)自動(dòng)增加氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程中進(jìn)氣量。

技術(shù)差異與應(yīng)用程度
技術(shù)差異：原理基本相同，但結(jié)構(gòu)上各品牌做了相應(yīng)優(yōu)化，如豐田雙VVT-i、通用D-VVT等
應(yīng)用程度：目前像豐田、通用、本田、三菱等汽車廠商的發(fā)動(dòng)機(jī)已普遍應(yīng)用

豐田VVT-i可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)

而目前，可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)在各個(gè)廠商的稱謂都各有相同，但是基本原理都大同小異，以豐田VVT-i為例，其是由ECU協(xié)調(diào)控制，而發(fā)動(dòng)機(jī)各部位的傳感器隨時(shí)向ECU報(bào)告運(yùn)轉(zhuǎn)工況，ECU會(huì)隨時(shí)控制凸輪軸正時(shí)控制液壓閥，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間，或提前，或滯后，或保持不變。此外，還有少數(shù)汽車廠家的發(fā)動(dòng)機(jī)（豐田雙VVT-i、通用D-VVT等）在排氣門(mén)也配備了可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)排氣門(mén)正時(shí)無(wú)級(jí)可調(diào)，進(jìn)一步優(yōu)化了燃燒效率。

可變氣門(mén)升程技術(shù)介紹

可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)確實(shí)可以有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率和經(jīng)濟(jì)性，但是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提升卻作用不大，下面將要介紹的可變氣門(mén)升程技術(shù)則可以彌補(bǔ)這個(gè)不足。