国外汽车发动机技术现状及发展趋势

国外汽车发动机技术现状及发展趋势
伴随汽车产销量快速增长而来的是大气污染和石油消耗。

目前，中国已成为仅次于美国和1本的第三大石油进口国。

而汽车的石油消耗又占了中国石油年消耗量的50%。

无疑，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。

自20世纪末期以来，汽车排放法规1益严格。

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Ⅳ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Ⅳ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。

1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1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2007年后投入市场。

汽油机直喷（GDI）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。

可变气门定时技术（VVT）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，发动机容易发生自燃引起的爆震，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。

燃烧速率控制滑片是另一项节能环保技术，类似的设计思想在Toyota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。

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V12汽油机。

(奇瑞汽车工程研究院辛军)。