汽车发动机的发展与新技术分析

汽车发动机的发展与新技术分析

陈忠骏 李琳琳

湖南三一工业职业技术学院 湖南长沙 410129

摘要:发动机作为汽车的核心部件，是汽车的动力来源，发动机的质量就是汽车的质量，在一定程度上，发动机的设计主要代表了一个国家的工业发展情况，发动机的研究对于推动我国的工业发展有着重要的意义。基于此，本文针对汽车发动机的发展与新技术进行探讨分析，以供参考。

关键词:汽车;发动机;发展;新技术

引言

一个国家汽车品牌的发展在一定程度上能能够反应整个国家的工业水平，而发动机作为汽车的核心部件，发动机的主要设计水平能偶代表整个汽车行业的发展。发动机的工作原理主要是能量的转换过程，通过发动机把燃油的热能转换成机械能，用以驱动汽车前进。根据发动机不同的功能，发动机也分为不同的类型。国家对于发动机的设计研究透入了很多的精力和人力，旨在发展新型的发动机，实现节能减排的主要目标。

1汽车发动机

1.1化油器发动机

化油器发动机主要是以柴油和汽油为主要燃料的发动机，根据不同的情况为发动机提供不同的燃油，燃料经过雾化器雾化之后，通过与空气的接触实现燃烧放热，最终驱动发动机进行工作。这种发动机在热转换效率上面有着强大的优势，燃油的性能越好，发动机的性能就越好，通过提高燃油燃烧效率，能够很好地提高发动机的动力。

1.2缸内直喷发动机

缸内直喷发动机是使用最为常见的一种发动机，利用气缸中的燃油发射喷嘴，把燃油送到燃烧气缸中进行燃烧，实现能量的转换。缸内直喷发动机也分为不同的种类，主要是按照喷嘴的位置和流量大小进行分类，在节油效果上有明显的增强，因此，缸内直喷发动机在市场中得到了广泛地使用。和其他的发动机不同的是，缸内直喷发动机主要是通过喷嘴的位置不是固定的，一男的汽油发动机都是使用电控喷射系统来实现喷射油量的控制，但是缸内直喷发动机可以直接通过喷射燃油实现燃料的喷射，然后与空气混合燃烧产生动力^[1]。目前，这个类型的发动机是国内节能效果较好的发动机之一。

1.3电喷发动机

电喷发动机主要是利用电子燃油喷射装置来控制整个系统的，在发动机的不同位置通过安转不同的感应器来确定发动机在工作过程中的各项参数，在通过相应的程序控制实现燃油的喷射，这种发动机的主要优点是能够精准的控制燃油的喷射量，实现燃油的最大化燃烧。

2汽车发动机新技术

2.1节能环保是未来发动机的主要方向

为了可持续发展和保护环境，我国目前对于发动机的排放有着严格的标准，未来的发动机发展过程中，节能环保应该是发动机发展的主要方向之一。汽车能源目前也是各个国家争夺的重点内容，为了能够实现汽车行业的大发展，汽车发动机的改进势在必行，新技术的使用也是符合时代的主要要求。如何才能够最大化的实现燃油的燃烧效果，也是目前汽油发动机面临的主要问题之一。在使用新技术的条件下，燃油的节油率可以达到20%左右，也就意味着在新技术条件下，燃油的利用率增大好多。比如缸内直喷稀燃能够达到10%的节油率^[2]。

2.2大众FGI发动机

大众旗下的FSI发动机的使用是对于发动机的一次重要的革新，主要优点是通过相关设备实现燃油的分层喷射，实现燃油的充分燃烧。燃油在高压水泵的冲击下，能够通过固定的轨道达到一定的电磁控制阀，这样汽油就能够在这个过程中形成一个涡流，从而使得燃烧的效果最大化，分层的推动式能够让燃烧效率最大化。更需要关注的一点是，在油门半开的状态下能够实现分层注油，把提高燃烧效率的同时又达到了节能的目的。在行驶的过程中，驾驶人员可以根据不同的道路状态选择不同的注油模式，实现燃料的最大化。因此，这种技术不但成为汽车发动机领域的一个重要创新，而且在以后发动机的的发展中有着重要的指导和借鉴意义。

2.3 FSI和TSI的统一结合

TSI中文名为涡轮增压和缸内直喷，是大众旗下的发动机类型。这款发动机由于涉及巧妙，材料使用得当等多种优点得到了广泛的使用，并且有超强的性能优势。缸内直喷通过喷油嘴把燃油输送到气缸中，保证燃油的燃烧效率，获得最大的动力输出和燃烧效果，实现最大的经济性。T代表的是涡轮增压技术，是利用内燃机运作产生的废气驱动空寂压缩机的一种技术，能够很好地提高汽车发动机的进气量，从而提高发动机的动力输出和扭矩，让汽车能够更加有输出动力。一般来说，涡轮增压能够提高40%的动力输出，这就意味着同等排量的发动机，经过涡轮增压的发动机能够提高至少40%的动力，但是油耗都是一样的。一般来说，涡轮增压技术能够广泛的使用在发动机上面，对于发动机的材料也提出了较高的要求。一般来说，涡轮发动技术是在钻速达到2000转以后才使用的，从而提高发动机的动力输出^[3]。

3未来汽车发动机技术发展趋势

3.1多元化技术路线

传统燃油汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车、纯电动汽车都有各自的优劣势。未来汽车行业的发展有很多不确定性，但我个人坚信，传统发动机在未来仍有很大优势。燃油经济性方面，传统发动机还有很大的潜力。目前我们已经拥有很多技术，可以用来提升传统发动机的燃油经济性，例如缸内直喷、涡轮增压、集成排气歧管、高效热管理系统等。未来，随着更加严苛的排放法规和燃油经济性标准，我们需要更多的“黑科技”。稀薄燃烧、超稀薄燃烧技术将会成为减少污染物排放最有利的帮手。目前碳排放方面，传统发动机与纯电动力系统在现实中的表现不完全是我们认为的那样，原因在于目前世界范围内煤电依然占有很大比例。如果我们在现阶段大量投入纯电动车型，在不增加额外的核电、天然气发电等清洁能源发电设施的前提下，纯电动车型的大量普及在某种程度上来说，依然会加剧碳排放。所以，每个国家都应当根据自身实际情况制定相应目标，不要一味否定传统发动机，多元化的技术路线才是正解

^[4]。

3.2提升热效率

未来，日系企业对于传统发动机的研发仍旧不会放缓脚步，提升传统发动机热效率是日系企业的最终目标。想要把热效率从目前的37%～41%提升到45%，需要很多新技术的帮助。例如可变压缩比、HCCI(均质充量压燃)、高效热管理、燃油喷射系统、混合动力系统等。丰田公司和本田公司，未来在传统发动机技术方面的主要方向是混合动力系统。丰田的THS-II和本田的iMMD混合动力系统使传统发动机的热效率都突破了40%。日产公司则采用可变压缩比技术，压缩比可在8:1～14:1间随时切换，保证各个工况点，车辆都有着良好的动力性和经济性。此外，日产公司最新推出的E-Power技术则采用了另外一种技术路线，马自达公司除了最新推出的SKYACTIVX，还将会推出全新一代的SKYACTIVD/G。虽然日系企业采用的技术路线各不相同，但他们的目标一致。提高传统发动机热效率是大家共同追求的目标，下一阶段各家企业将会挑战51%的热效率目标。为了提升日系企业相对于欧美竞争对手的竞争力，加快行业、产业的发展，日本推行了“政府合作计划”。经过5年的筹备，“政府合作计划”于2019年开始实施。“政府合作计划”可以使企业、学校和政府间的合作、交流变得更加通畅和紧密。

3.3新型缸内燃油喷射和点火技术

未来发动机燃烧系统在设计上将应用新型缸内燃油喷射和点火技术。在欧洲，目前对整机的运行工况已经有了清醒的认识，在传统发动机中，一些极限工况，如冷启动、城市低速低负荷以及高温高负荷是当前发动机技术需要关注的要点，可以利用电气化技术将发动机运行在最佳工况点。一些最新的技术可以应用在新的燃烧系统中。高压喷射技术高达1000bar(1bar=105Pa)的压力可以极大增强雾化，提升局部湍流度，增强混合，增强快速燃烧。目前，很多高温工况点为了避免爆震，利用加浓的燃烧策略使得发动机经济性以及效率并不高，而新的喷水技术利用水蒸气降温，降低燃烧温度，减少爆震发生，燃烧系统可以进一步提前点火时刻以及降低空燃比，增加效能。预混室点火系统设置一个预先点燃的火焰喷射系统，将火焰喷射到燃烧室中，可以极大增加燃烧速度，降低爆震倾向，并且这种燃烧模式可以极大提升稀薄极限。电晕点火可以区别于普通的火花塞点火方式，利用等离子体点火实现深度稀薄燃烧，降低燃烧温度。在喷油方式上，一些新型的喷射技术以及喷雾模型，如超临界喷雾，可以实现瞬间汽化，大幅度增加雾化程度。

3.4集成化、模块化的热管理系统

随着发动机热效率的逐步提升，稀薄燃烧对发动机热管理系统提出了更高的要求。这将会彻底改变整个热管理系统，同时给热管理零部件带来很大的影响。稀薄燃烧可能会带来高增压、EGR(废气再循环)，热负荷在不断提高，但空间又在不断缩小。我国油耗法规要求2020年达到5L/100km，接下来还有更加严苛的法规。其中对温控的要求也更高，以前汽车温控系统的功能以冷却为主，现在则需要将各套系统始终控制在最佳工作区间。之前传统乘用车大部分采用自然吸气方式，涉及的部件只有换热器和水箱；现在随着小排量增压成为主流，汽车上越来越多地的用到EGR(废气再循环)技术，以降低油耗。另外，用排气提高油温或水温的余热回收系统将加热的阶段尽可能缩短，降低了实际运行中车辆的油耗，同时降低排放。尤其是混合动力系统，因为混合动力系统发动机启停非常频繁，余热回收系统的作用更能发挥出来。纯电动车型有很多电控和电动部件，包括电子水泵、电子水阀、空调系统，也需要传统的冷却。夏天的时候水温较高，所以我们采用了电池深冷器模块，它与水泵集成在一起。不断提高的需求，使热管理系统需要迎接更多的挑战，只有集成化、模块化的解决方案才能满足更多、更高的需求。

结束语

优化发动机的结构，采用多种新技术，在发动机的制造过程中使用新材料，确保发动机的经济性和动力性能。比如电控喷射技术，多气门技术等，让燃油充分燃烧，释放出最大的能量，提高燃油的热效率，从而提高汽车的动力性能和降低废气排放。在以后的汽车发动机的设计和研究中，除了动力输出之外，环保应该是首要考虑的一条，降低燃油消耗和废气排放对于整个汽车行业有着重要的作用。有些发达国家正在进行一些新能汽车的开发和研究，旨在为环境保护做出一些基本的贡献，实现可持续发展。

参考文献

[1]李树会.汽车发动机技术发展趋势研究[J].内燃机与配件,2019(21):40-41.

[2]邹明珠.试论汽车发动机的维修技术现状与发展[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2019(11):195-196.

[3]郑俊丽.汽车发动机技术发展趋势分析[J].时代汽车,2019(15):125-126.

[4]曾曦.浅谈汽车发动机新技术的应用及发展趋势[J].科学咨询(科技·管理),2019(07):24.