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1、汽车发动机的新技术,主要内容,1可变配气相位与气门升程2 电子节气门3 缸内汽油直喷发动机4 复合火花点火发动机,1.可变配气相位与气门升程,1.1 可变进气系统作用：能兼顾高速及低速不同工况，提高发动机的动力输出和降低燃油消耗；降低发动机的排放污染；改善发动机怠速及低速时的性能及稳定性。,可变进气系统的分类：（1）多气门分别投入工作；方案：第一，通过凸轮或摇臂控制气门在设定的工况下开或关；第二，在进气道上设置旋转阀门，根据设定工况打开或关闭该气门的进气通道，这种结构比用凸轮、摇臂控制简单。（2）可变进气道系统；双脉冲进气系统。四气门二阶段进气系统。三阶段进气系统。,VTEC工作原理,当发动机
2、在中低速工作时，控制系统使主、副摇臂与中间摇臂分离，利用两侧的低速凸轮A、B驱动主、副摇臂，压动气门开启。中间摇臂在弹簧的作用下与中间凸轮（高速凸轮）一起转动，但此时由于没有油压作用于同步活塞，所以中间摇臂与气门的开闭无关。当发动机高速运转时，控制系统使摇臂内部的液压活塞沿箭头方向移动。此时主、副及中间摇臂在同步活塞的作用下连成一体，均由中间凸轮（高速凸轮C）来驱动，从而获得高功率所需的配气正时和气门升程。,（3）i-VTEC发动机 i-VTEC系统是在VTEC系统的基础上，增加了一个称为VTC（Variable timing control可变正时控制）的装置一组进气门凸轮轴正时可变控制机构
3、，即i-VTEC=VTEC+VTC。2.宝马汽车公司VANOS系统。宝马汽车公司VANOS（Variable camshaft control），称为可变凸轮轴控制系统，属于气门正时连续可变，但一般只是进气气门正时可变。如果进排气气门正时都可变，则采用双可变凸轮轴控制（Double VANOS）。,1.2 可变气门正时和升程控制系统1.本田汽车公司VTEC技术 本田VTEC（Variable Valve Timing&Lift electronic control system），称为电子控制可变气门正时与举升系统，当改变气门升程时，气门正时与气门重叠角随之改变。（1）VTEC结构。,1.3
4、丰田汽车公司VVT-i技术 丰田汽车公司VVT-i（Vatiable Valve Timing intelligent）称为智能可变气门正时系统。（1）VVT-i的结构。VVT-i系统由VVT-i控制器、凸轮轴正时机油控制阀和传感器三部分组成。,VVT-i控制器的结构：,（2）工作原理。根据发动机ECU的指令，当凸轮轴正时控制阀位于图（a）所示时，机油压力施加在活塞的左侧，使得活塞向右移动。由于活塞上的旋转花键的作用，进气凸轮轴相对于凸轮轴正时带轮提前某一角度。当凸轮轴正时控制阀位于图（b）位置时，活塞向左移动，并向延迟的方向旋转。进而，凸轮轴正时控制阀关闭油道，保持活塞两侧的压力平衡，从而保
5、持配气相位，由此得到理想的配气正时。,2 电子节气门2.1 电子节气门的结构 电子节气门一般由节气门位置传感器、节气门执行器、节气门控制ECU、加速踏板位置传感器等组成。,2.2 电子节气门的工作原理 加速踏板位置传感器将驾驶员需要加速或减速的信息传递给节气门控制ECU，ECU 根据得到的信息，计算出相应的最佳节气门位置，发出控制信号给节气门执行器，由节气门执行器将节气门开度控制在计算出的最佳节气门位置。ECU 通过与其它电子控制单元进行通讯，并根据得到的节气门位置传感器、发动机转速传感器、车速传感器等送来的信号对节气门的最佳位置进行不断的修正，使节气门的开度达到理想的位置。,3 缸内汽油直喷
6、发动机,3.1 缸内汽油直喷系统概述 缸内汽油直喷发动机一般简称FSI发动机，FSI（Fuel Stratified Injection）字面意思为燃油分层喷射，使汽油直喷式发动机的一项创新技术。将燃油直接喷入气缸的FSI发动机相比燃油喷射到进气管的发动机，其优点主要有：动力性显著提高的同时可降低燃油消耗15%左右。,FSI发动机的工作原理基于分层进气原理。FSI发动机采用类似于柴油机的供油技术，通过一个活塞泵提供所需的油压，将汽油输送到位于气缸内的电磁喷油器。喷油器将喷射时间控制在千分之一秒内，将燃料在最合适的时刻喷入气缸，通过燃烧室的特殊形状，使气体产生较强的涡流，在火花塞周围的混合气较浓
7、，其它区域混合气相对较稀，保证了可靠点火的情况下实现混合气的稀薄燃烧。,3.2 缸内汽油直喷系统的构造和工作原理EA888发动机燃油供给系统,3.3 缸内汽油直喷系统在车上的应用 奥迪A6L 3.2FSI和4.2FSI发动机，凯迪拉克CTS 3.6L V6 FSI发动机，大众高尔夫Golf Variant 1.6FSI和2.0FSI发动机，一汽大众迈腾，保时捷卡宴Cayenne，斯柯达明锐Octavia 1.8T FSI发动机，林肯MKR概念车，奥迪A5 3.2FSI和奥迪S5 V8 FSI发动机，西亚特Freetrack Prototype 2.0T FSI发动机，标致207Gti 1.6涡
8、轮增压FSI发动机等。3.4 TSI发动机与FSI发动机比较,4 复合火花点火发动机1.本田飞度1.3L I-DSI发动机。,2.克莱斯勒300C 5.7L HEMI发动机。3.奔驰AMG G500 5.0L V8发动机。奔驰AMG G500的动力系统是一部5.0升V8发动机，保留了奔驰传统的3气门技术但用上了较为先进的双火花塞点火系统，这款发动机曾经最先装备于奔驰S500之上，最大功率296千瓦，最大扭矩456Nm/2800转。,五 可变压缩比技术1.绅宝SVC发动机。SAAB公司的可变压缩比技术称为SVC（saab variable compression）。它的核心技术就是在缸体与缸盖之
9、间安装楔型滑块，缸体可以沿滑块的斜面运动，使得燃烧室与活塞顶面的相对位置发生变化，改变燃烧室的客积，从而改变压缩比。其压缩比范围可从8:1至14:1之间变化。2.可变压缩比的优点适合于多元燃料。有利于降低排放。提高运行稳定性。,六 转子发动机1 转子发动机的发展历史转子发动机由德国人菲加士汪克尔发明。2 转子发动机的结构和工作原理转子发动机的运动特点是：三角转子的中心绕输出轴中心公转的同时，三角转子本身又绕其中心自转。,转子发动机的工作过程,3 转子发动机与传统往复式发动机的比较（1）转子发动机的优缺点体积小重量轻。结构简单。理想的扭矩输出特性。运转平稳，噪声小。可靠性和耐久性提高。油耗大。,
10、（2）转子发动机与传统活塞往复式发动机的比较燃料燃烧产生的热能转化为机械能的途径不一样。活塞往复式发动机的四个工作行程（进气、压缩、作功、排气）都是在一个气缸内进行，而对于转子发动机来说，在转子的转动过程中，转子与缸壁形成的三个工作室的容积不停地变动，在摆线形缸体内相继完成进气、压缩、作功和排气四个行程。每个过程都是在摆线形缸体中的不同位置进行，这明显区别于往复式发动机。转子发动机的排量通常用单位工作室容积（工作室最大容积和最小容积之间的差值）和转子的数量来表示。,4 转子发动机的应用马自达RX8跑车,直列发动机（L）：1.定义：将所有气缸排成一排，称为直列发动机。2代表符号：“直列”可用L代
11、表，后面加上汽缸数就是发动机代号，现代汽车上主要有L3、L4、L5、L6型发动机。,3优、缺点：直列发动机的所有汽缸均肩并肩排成一个平面，它的缸体和曲轴结构简单，而且使用一个汽缸盖。优点：制造成本较低，稳定性高，低速扭矩特性好，燃料消耗少，尺寸紧凑，应用比较广泛。缺点:功率较低。直列布局是如今使用最为广泛的，尤其是在2.5L以下排量的发动机上。这种布局的发动机的所有气缸均是按同一角度并排成一个平面，并且只使用了一个气缸盖，同时其缸体和曲轴的结构也要相对简单，好比气缸们站成了一列纵队。,V型发动机：（气缸数：5、6、8、10、12、16）1.定义：将所有气缸分成两组，把相邻的气缸以一定的夹角布置
12、在一起（一般为90度），从侧面看气缸呈V字型，称为V型发动机。2.分类：V5、V6、V8、V10、V12、V16,3.优、缺点：优点：V型发动机的高度和长度尺寸小，在汽车上布置起来较为方便。它便于通过扩大汽缸直径来提高排量和功率并且适合于较高的汽缸数。现代汽车比较重视空气动力学，要求汽车的迎风面越小越好，也就是要求发动机盖越低越好。另外，将发动机的长度缩短，便能为驾乘室留出更大的空间，从而提高舒适性。V型发动机的气缸成一角度对向布置，还可以抵消一部分振动。V型发动机的汽缸数一般为5、6、8、10、12、16。缺点：（1）必须使用两个气缸盖，结构较为复杂。（2）宽度加大后，发动机两侧空间较小，不
13、易再安排其他装置。,水平对置发动机：1.定义：将V型发动机的夹角继续扩大到180度，让相邻气缸相互对立设置，即为水平对置发动机。2.代表符号：水平对置发动机可简称为B型发动机或H型发动机，如B6、B4，分别代表水平对置6缸和4缸发动机。,3.优、缺点：优点：低重心产生的横向震动容易被支架吸收、有效将全车较重的发动机重心降低，更容易达到整体平衡。低振动：活塞运动的平衡良好（180度左右抵消）。相比直列式，在曲轴方面所需的平衡配重因素减少，有助转速提升。它能保持650转的低转速，并保证发动机平稳的工作。同样相比其它发动机型式油耗最低。发动机的运转平顺性比V型发动机更好，运行时的功率损耗也是最小。增
14、强汽车的行驶稳定性：由于相邻两个气缸水平对置，水平对置发动机可以很简单地相互抵消振动，使发动机运转更平稳。,水平对置发动机的重心低，能让车头设计得又扁又低。发动机活塞平均分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动。使发动机的整体高度降低、长度缩短、整车的重心降低，车辆行驶更加平稳,发动机安装在整车的中心线上，两侧活塞产生的力矩相互抵消，大大降低车辆在行驶中的振动，使发动机转速得到很大提升，减少噪音。缺点：结构较为复杂、机油润滑等问题很难解决。横置的气缸因为重力的原因，会使机油流到底部，使一边气缸得不到充分的润滑。高精度的制造更高的养护成本，并且由于机体较宽，因而并不利于布局。,由于活塞水平放置和其自
15、身重力的作用，其水平往返运行中的顶部和底部与缸套的摩擦程度就不一样，这会使得缸套的上下两个内面出现不同的磨损，底部会磨损的要多一些。水平对置能够抵消横向的振动，只是一种理想状况，如果由于积碳等原因导致气门不能完全闭合，也会造成缸压不等，这就会造成横向力不等，这种情况下同样会造成左右抖动。,W型发动机：（德国大众专属发动机技术）1.定义：将V型发动机的每侧汽缸再进行小角度的错开（如帕萨特W8的小角度为15度），就成了W型发动机。或者说W型发动机的汽缸排列形式是由两个小V形组成一个大V形。严格说来W型发动机还应属V型发动机的变种。2.W型发动机分类：现有四种W型发动机：W8、W12、W16和W18
16、。,（1）W8发动机：现在只有帕萨特W8使用W8型发动机，排量为4升，最大功率为270马力/6000rpm。由于W8的长度较短，因此它可以纵置在并不太大的发动机室，为驾乘舱留出更大空间。,（2）W12发动机：,3.优、缺点：优点：发动机更短、更轻，节省发动机所占空间。缺点：宽度更大，辅助装置不易布置发动机由一个整体被分为两个部分，运作时振动变大，结构更复杂，为解决振动问题，需增加平衡轴等辅助装置，成本更高。,7 柴油机共轨直喷技术1.柴油机电控燃油系统的分类第一代电控喷油系统是位置控制式。第二代电控喷油系统是时间控制式。第三代电控喷油系统是时间压力控制式，即电控共轨式喷油系统。2.柴油机电控燃
17、油喷射系统的特点（1）柴油机的排放降低，经济性提高。（2）发动机的工作可靠性提高。（3）响应快，控制精确。（4）控制策略灵活多样。,3.电控共轨系统的组成,8 发动机增压技术 增压是在不改变气缸工作容积大小的前提下，利用增压器增加进入气缸前的空气压力，有效地提高进入气缸中的充气密度。大功率柴油机、半数以上车用柴油机及相当比例高性能汽油机均采用增压技术。,1、按工作的原理分：容积式、离心式2、按驱动方式分：机械增压和废气涡轮增压,增压,容积式,离心式,机械增压,废气涡轮增压,罗茨增压,气波增压,复合增压,单级增压,多级增压,发动机的增压方式,特点：匹配简单可靠。对往复活塞式内燃机，各工况增压效果
18、基本相同，与发动机工况无关;冲击和噪声大，增压压力低;密封困难；运动件多，可靠性差。,罗茨容积式,特点：转速高 增压压力高 体积小,离心式,由发动机经传动系驱动，称为机械增压,特点：经传动系驱动，安装受限，降低机械效率,51,机械增压 增压器由发动机的曲轴通过机械传动系统直接驱动，将气体压缩并送入发动机气缸，实现对进气的压缩。机械增压发动机具有较好的低速转矩和加速响应性能，但由于噪声和使用寿命问题影响了实际使用。,52,由废气经涡轮机驱动，称为废气涡轮增压,复合增压 复合增压将上述多种增压方式加以组合，以获得更好的增压效果。复合增压不是一种独立的增压方式，它只是前面几种增压方式的组合，如机械增
19、压与涡轮增压的组合，一般用于大型船用发动机；二级涡轮增压方式可获更高的增压压力等。,低速时使用机械增压高速时使用涡轮增压完美结合了机械增压和涡轮增压的优点，但是结构复杂,机械复合增压技术,废气两级增压系统组成,6升V8发动机自然吸气220马力,2.5升L4发动机涡轮增压220马力,295公斤 114公斤,涡轮增压的优点（1）,涡轮增压器的自 我补偿能力，涡轮增压发动机的高原性能要远远优于自然吸气发动机。功率下降幅度小，油耗低,涡轮增压的优点（2）,涡轮增压的优点（3）,采用涡轮增压后由于机械效率的提高，发动机燃油经济性大幅改善。在同等功率下，涡轮增压发动机的噪声小，这主要是因为发动机体积小，发
20、射噪声的表面积小，同时涡轮也有消声的作用。,对于柴油机来说，采用涡轮增压可使燃烧更为充分，CO、HC及PM的排放降低，采用增压中冷可降低NOX排放。采用涡轮增压可通过采用不同的增压度及增压中冷等措施使同一发动机形成不同的功率系列，这样使得发动机公司更容易满足不同客户的要求。,涡轮增压的优点（4）,涡轮增压的基本结构,涡轮增压器由压气机、涡轮和中间体组成,有的增压器还带有放气阀,可变几何涡轮增压,有的增压器还带有可变几何喷嘴机构,排气涡轮增压系统简介,定压涡轮增压系统 脉冲涡轮增压系统,1、定压涡轮增压系统,定压增压 把内燃机所有气缸的排气收集到一个体积足够大的排气管内，然后再引入涡轮。由于排气
21、管的稳压作用，涡轮入口处的压力基本不变，故称为定压增压。特点 涡轮在定压下全周进气，涡轮效率较高 气流引起的激振和冲击小，工作稳定 排气系统简单，成本较低，易于布置和维护缺点 脉冲能量的利用率较低，加速性能差。,2、脉冲涡轮增压系统,排气管短而细，排气系统容积小，排气过程造成涡轮进口压力的周期性脉动。涡轮是在进口压力有较大波动的情况下工作的，所以称为脉冲涡轮增压。,脉冲增压,缺 点,特 点,排气系统容积小，涡轮是在进口压力脉动节流损失减小，排气能量利用率提高加速响应快,排气系统结构复杂，布置较困难。涡轮受冲击较大，对寿命有一定影响。,发动机增压技术的优势与代价,发动机增压技术在车上的应用涡轮增压器的应用：奥迪 1.9 TDi L4，2.5 TDi V6，3.3 TDi V8 柴油增压发动机；宝马2.0L4，3.0 L6和 4.0 V8柴油增压发动机；奔驰2.2 CDI L4，2.7 CDI L5 和 3.2 CDi V6柴油增压发动机。机械增压器的应用：阿斯顿 马丁 DB7 3.2 六缸和 Vantage 5.3 V8 发动机；通用3.8 V6发动机；捷豹4.0 V8发动机；奔驰 2.0 和2.3 四缸发动机；马自达 Miller Cycle V6发动机。机械增压+涡轮增压技术的应用：大众 Golf GT 1.4TSI发动机。,
