高效環(huán)保 有望標(biāo)配的主流動力技術(shù)解讀

　　在汽車市場競爭日趨激烈的時(shí)候，各大廠商都已經(jīng)認(rèn)識到，僅僅是靠打價(jià)格戰(zhàn)已經(jīng)不能再在這個(gè)市場環(huán)境中生存下去了，只有技術(shù)的進(jìn)步才能帶來核心的競爭力。因此我們在今年中看到了各合資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)動機(jī)技術(shù)發(fā)展最為迅猛，從渦輪增壓、可變氣門正時(shí)，再到混合動力，各種新技術(shù)的宣傳層出不窮。我們從近年來發(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、可變氣門正時(shí)系統(tǒng)以及新能源動力等，下面我們就來一起詳細(xì)了解一下。

動力技術(shù)1——汽油發(fā)動機(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)動機(jī)的技術(shù)原理和特點(diǎn)是什么呢？

缸內(nèi)直噴發(fā)動機(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，高壓噴油系統(tǒng)是直噴發(fā)動機(jī)最核心最關(guān)鍵的部分，其由發(fā)動機(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)動機(jī)控制模塊（ECM）等于是發(fā)動機(jī)的大腦，主要負(fù)責(zé)采集發(fā)動機(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)動機(jī)的高壓油泵

目前已經(jīng)有多家汽車廠商的發(fā)動機(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)動機(jī)工作效率更好。

此外，寶馬公司部分發(fā)動機(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)的燃油利用率會更高。

目前，多家汽車廠商的發(fā)動機(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)動機(jī)，成為主流的油氣混合技術(shù)。

動力技術(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題，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(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)動機(jī)轉(zhuǎn)速下就可以帶來更好的駕駛感受，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改變截面，更好的引導(dǎo)廢氣流（紅色）推動渦輪

技術(shù)原理解讀

渦輪增壓器現(xiàn)在對于消費(fèi)者來說已經(jīng)并不陌生，它的原理其實(shí)非常簡單，是由發(fā)動機(jī)做功燃燒過程中排出的廢氣帶動渦輪，渦輪再帶動葉輪對空氣進(jìn)行增壓，從而有效增大進(jìn)氣量，提升發(fā)動機(jī)動力。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)渦輪增壓器就會由于驅(qū)動力不足而無法達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，在該工作狀態(tài)時(shí)，動力表現(xiàn)甚至小于同排量的自然吸氣發(fā)動機(jī)，這就是大家經(jīng)常說的“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，它們在本質(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)動機(jī)工況進(jìn)行自動調(diào)整，在系統(tǒng)工作時(shí)，廢氣會順著導(dǎo)流葉片送至渦輪葉片上，通過調(diào)整葉片角度，控制流過渦輪葉片的氣體的流量和流速，從而控制渦輪的轉(zhuǎn)速。簡單來說，其原理好比用軟管的一端插入水龍頭，當(dāng)開啟龍頭后，水的壓力比較平緩，但當(dāng)擠壓軟管出水口的開口時(shí)，水壓則會變大，而隨著擠壓開口減小，水的壓力則逐漸加大。

左圖：低轉(zhuǎn)速時(shí)導(dǎo)流葉片開度小，提高空氣流速 右圖：高轉(zhuǎn)速時(shí)開度大，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)動機(jī)低轉(zhuǎn)速排氣壓力較低的時(shí)候，導(dǎo)流葉片打開的角度較小。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加快，增大渦輪處的壓強(qiáng)，從而可以更容易推動渦輪轉(zhuǎn)動，有效減輕渦輪遲滯的現(xiàn)象，也改善了發(fā)動機(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的角度，在發(fā)動機(jī)全負(fù)荷狀態(tài)下，葉片則保持全開的狀態(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)對渦輪的過載保護(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)，從而成功開發(fā)出了首款搭載可變截面渦輪增壓器的汽油發(fā)動機(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)也會相繼推出，在未來，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)動機(jī)也會列入其中。

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

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技術(shù)，可變氣門技術(shù)可以憑借相對簡單的方式有效提升發(fā)動機(jī)的動力并且節(jié)省油耗，因此國內(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正時(shí)/升程技術(shù)。但是它們都是通過什么原理實(shí)現(xiàn)的呢？

發(fā)動機(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，這一套動作的工作原理可以看做是人類的吸氣和呼氣過程。從配氣機(jī)構(gòu)的工作原理來講，其主要功能是在一定時(shí)限內(nèi)自動開啟和關(guān)閉各氣缸的進(jìn)、排氣門，從而使新鮮空氣或者可燃混合氣及時(shí)通過進(jìn)氣門供給氣缸內(nèi)，并且及時(shí)將燃燒做功后形成的廢氣從排氣門排出，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)氣缸換氣補(bǔ)給的整個(gè)過程。

可變氣門正時(shí)技術(shù)

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

可變氣門正時(shí)技術(shù)介紹

前面文章說過，正時(shí)代表了氣門開啟的時(shí)間，那么可變氣門正時(shí)技術(shù)是如何工作的呢？由于發(fā)動機(jī)在做功時(shí)轉(zhuǎn)速很高，每一次燃燒過程僅需千分之幾秒，這樣往往會引起氣門供給汽缸內(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)動機(jī)燃燒效率，這就是可變氣門正時(shí)技術(shù)開發(fā)的初衷。在低轉(zhuǎn)速和怠速工況下，該技術(shù)可縮減排氣門開啟時(shí)間，從而改善低速下的扭矩表現(xiàn)，而高轉(zhuǎn)速情況下，其會自動增加氣門的開啟時(shí)間，以保證發(fā)動機(jī)燃燒過程中進(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)動機(jī)已普遍應(yīng)用

豐田VVT-i可變氣門正時(shí)技術(shù)

而目前，可變氣門正時(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會隨時(shí)控制凸輪軸正時(shí)控制液壓閥，根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整氣門的開啟時(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)動機(jī)（豐田雙VVT-i、通用D-VVT等）在排氣門也配備了可變氣門正時(shí)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)排氣門正時(shí)無級可調(diào)，進(jìn)一步優(yōu)化了燃燒效率。

可變氣門升程技術(shù)介紹

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