发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结

[复制链接]
查看: 1615|回复: 0

454

主题

523

帖子

1442

积分

金牌会员

Rank: 6Rank: 6

积分
1442
发表于 2021-3-1 17:13:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
哈喽哈喽大家早上好!

对大多数的人来说,都会对一款车的发动机排气量、马力、扭矩这些名词略知一二。可是当我们去了解一款车时,往往会被汽车厂商的那些不明觉厉的发动机技术宣传搞得一头雾水。

确实当今的发动机已经变得越来越复杂可汽车厂商热衷于将自己在发动机技术上的“成就”传达给消费者,我们却难以“get”到这些技术的功用。

在我看来,这些技术的功用大体上有三类:

1. 发动机用更少的油,得到更多的动力

2. 发动机的“呼吸”更顺畅

3. 减少发动机负担

那在我们了解到了这三大功用,那么本文接下来的这10项发动机技术,理解起来其实就很容易了。

用更少的油 得更多动力

稀薄燃烧

举一个不太严谨的例子,假设维持发动机最佳运转区间需要1份空气和1份汽油,但我们发现我们用2份空气和0.5份汽油同样能够维持发动机的运转,汽油少了空气多了,发动机还能转,车还能继续走,油耗就这样降低了,这就是稀薄燃烧的意义。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-1.jpg


对于汽油发动机来说,汽油与空气有一个理论最佳比例,1kg燃料需要14.7kg的空气才能完全燃烧,这个空气与燃料的质量比就是空燃比,14.7:1。如果考虑燃油经济性,就需要提高空燃比,让空气富余,而空燃比大于14.7大的空燃比叫做稀薄燃烧。其目的就在于不影响发动机扭矩需求前提下增加空气,减少燃油消耗,从而提升燃油经济性。

缸内直喷系统

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-2.jpg


缸内直喷顾名思义是在汽缸内喷注汽油,它将喷油嘴安装在燃烧室内,将汽油直接喷注在气缸燃烧室内,空气则通过进气门进入燃烧室与汽油混合成混合气被点燃作功。 因为直喷精度高,容易对燃烧进行控制,且空燃比可以达到40:1(一般汽油发动机的空燃比是15:1),从而实现一部分稀薄燃烧的效果。

而且缸内直喷所喷出的汽油可以降低燃烧室温度,从而让发动机的温度得到一定控制,得以进一步适当提升发动机的功率和扭矩。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-3.jpg


但是缸内直喷也存在弱点,采用缸内直喷的供油系统成本相比传统的歧管喷射会更高,而且由于进气门侧缺少汽油的清洁作用,缸内直喷发动机比歧管喷射发动机更容易产生积碳。

燃油混合双喷射系统

双喷射系统是在缸内直喷的基础上,在进气歧管侧又增加了传统低压的多点喷射系统。燃油系统根据发动机的不同工况,采取合适的喷射模式。这样能够实现更广的喷射覆盖面积以及更高的燃油雾化率,使喷射的燃油更多地参与燃烧,改善燃油经济性,降低油耗和排放。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-4.jpg


当然相比于传统的燃油单喷射系统,混合双喷射会更加复杂,两组供油系统会导致相应的成本上升,同时对于控制系统的要求非常高,十分考验厂家的技术底蕴,目前大多为一线大厂有搭载此项技术,比如丰田TNGA架构下的2.0/2.5升发动机,大众的2.0T发动机(部分)、日产VC-Turbo 2.0T发动机。

丰田的双喷射技术称为D4-S

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-5.jpg


高压燃油喷射系统

高压喷射系统一般由博世、德尔福等供应商巨头提供,超高的燃油喷射压力可以大幅度降低颗粒物的排放,减少喷射平均粒径(SMD),改善混合气均匀性,使得燃料的燃烧也会更加的充分,提升发动机的效率。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-6.jpg


上图为长安汽车蓝鲸发动机技术宣传

虽然高压喷射系统也有着不可避免的缺点,例如喷射噪音更大、对发动机的负载更大,但瑕不掩瑜,在效率的提升面前,这点影响微不足道。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-7.jpg


发动机“呼吸”更顺畅 甚至按需“呼吸”

可变气门正时(VVT)/升程(VVL)

大家都知道,发动机的进排气需要气门的开闭来进行控制。这里有两个名词:气门正时和气门升程。

简单的说,气门正时影响气门开闭的时机,而气门升程可以理解为气门开闭的大小。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-8.jpg


在过去的很长一段时间里,发动机的气门正时、气门升程是固定不可变的。这就造成了该升程不可能使发动机在高速区和低速区都得到良好响应,其结果是发动机既得不到最佳的高速效率,也得不到最佳的低速扭矩,但得到了全工况下最平衡的性能。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-9.jpg


可变气门正时系统通过在凸轮轴的传动端加装一套机构,从而实现凸轮轴在一定范围内的角度调节。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-10.jpg


也就是说,有了这样一套机构,发动机的气门的开启和关闭时刻都可以进行调整。这样使得发动机的高低转速下都能获得理想的进、排气效率,这就是可变气门正时技术开发的初衷。

本田vtec系统就是VVL的典型例子

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-11.jpg


可变气门升程的采用,使发动机在高速区和低速区都能得到满足需求的气门升程。从而改善发动机高速功率和低速扭矩。

米勒循环

对于市面上绝大多数发动机来说,采用的都是奥拓循环,奥拓循环的特征就是压缩比等于膨胀比。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-12.jpg


而作为可变气门正时/升程的进阶技术,米勒循环是将进气门的关闭时间延迟到压缩冲程的某个位置,这样在关闭进气门之前活塞已经离开下止点了,从而减少了部分负荷下发动机的泵气损失。解决了采用节气门负荷控制的奥拓循环时,发动机泵气损失大、经济性差等一系列问题。

当发动机的膨胀比大于压缩比,在膨胀行程中可最大限度的将热能转化为机械能,达到提升发动机热效率,降低燃油消耗,降低污染物排放等作用。

可变气缸技术

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-13.jpg


上图为通用LSY发动机技术宣传

作为可变气门升程的进阶技术,通过切换使用不同大小的凸轮,从而改变气门的升程实现变缸,当完全关闭两个缸的气门,两个的进气门和排气门的升程同时为零时,这两个缸就停止了做功,最终减少喷油量。所以当一款四缸发动机切换到两缸超经济模式时,燃油经济性可以提升至15%。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-14.jpg


当然,发动机可变气缸技术一开始是用于多缸数发动机,当发动机处于高速低负载、稳态工况时,可变气缸技术的效果更明显。而在城市拥堵以及加速频繁的路况下,这一技术是无法施展作用的。

更早进入状态 再减少点阻力

缸盖集成排气歧管

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-15.jpg


上图为缸盖集成排气歧管

对于一般的发动机而言,排气歧管是与缸盖分开的。当排气歧管被集成在缸盖内之后,第一可以利用废气的高温使发动机快速暖机,集成在缸盖内的排气歧管,可以使流经缸盖水路内的冷却液更快速的升温,达到工作温度,帮助发动机更快暖机,从而尽快达到发动机理想工况,提升发动机效率;而在发动机高负荷时,冷却液也可以对车辆的排气起到降温的作用。当排气温度降低之后,尾气中的污染物含量会明显降低,这有助于发动机满足更严苛的环保法规。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-16.jpg


当然一些厂家的高性能涡轮增压发动机,为了避免发动机系统的热量累积过多,只在低功率发动机上使用缸盖集成排气歧管技术,高功率则使用传统的缸盖。

可变排量机油泵

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-17.jpg


上图为东风风神C15TDR发动机技术宣传

可变排量机油泵,能够根据发动机润滑和冷却需求调整泵油量,主动控制使机油流和压力满足发动机需求,从而消除过量机油流从而降低发动机曲轴上的负载,避免机油泵浪费过多的能量,以达到节省燃油的目的。与传统的定量机油泵相比,可变排量机油泵一般能够降低1%-2%左右的油耗。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-18.jpg


发动机缸孔涂层

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-19.jpg


上图为福特EcoBoost发动机技术宣传

在新型发动机中,铝合金的发动机缸体早已取代铸铁缸体。然而铝合金缸体的耐磨损性能较差,造成发动机在工作过程中,气缸壁面容易磨损。另一方面,铸铁和铝的热容性特征是不同的,这也直接影响了铝质发动机缸体的耐用性。而为了提升铝质发动机缸体的耐用性,发动机缸孔涂层技术也应运而生。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-20.jpg


发动机缸孔涂层的原理是利用热喷涂技术在铝制发动机气缸内壁喷涂一层耐磨涂层,经过缸孔涂层处理后,涂层表面的平滑程度可以降低至25%,并能够加强缸孔表面的强度,提高热传导能力,最终减少损耗达到降低油耗和排放的目的。

发动机热效率? 有何作用?

以上这些技术说白了,最终的目的是提升发动机的热效率。

热效率的定义为实际转化成驱动力的能量(机械能),和消耗燃料的当量热量总和的比值,也就是说,燃烧等量的燃料,产生越多驱动力,热效率就越高,这也是衡量发动机技术水平的一个重要数据。

同等排量下这个比值越高发动机动力越高,同时油耗、排放更低。目前大多数的发动机上,只有一半都不到的燃料能被真正地转化为机械能被加以利用,普遍最高热效率为30%-40%左右,而目前能够量产的汽油机最高热效率能达到43%。

值得注意的是,发动机的热效率并不是一成不变的,它是随着发动机工况而不断改变的。最高热效率只是一个点,决定实际热效率的,是热效率分布,并通过传动系统匹配来共同决定。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-21.jpg


如果高燃效区间足够宽广,并且能够大范围地覆盖日常使用工况,那么这款发动机的实际省油的能力就越强,反之,如果高燃效区间达成条件苛刻,那这款发动机的实际油耗可能并不理想。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-22.jpg


上图为比亚迪发动机技术宣传

所以在发动机排量相近的发动机进行比较时,厂家标称的发动机最大功率、最大扭矩以及热效率越高;最大扭矩转速越低,转速区间越宽泛,往往意味着这款发动机的相对“能力”更强,技术水平相对更高。但并不意味着这款发动机的整体表现就更好,因为这些参数往往是一个最高点,还要结合发动机的特性曲线图来具体分析。

用上了新技术 可靠吗?

其实得益于计算机仿真模拟的强大,以及计算机算力的提升,基于模型开发优势是可以在算法开发阶段就可以验证算法是否合理,而不必要等到嵌入式台架或者实车验证,节省了大量的时间,使得汽车的研发效率大大的提升。你也可以简单的理解为,现在的汽车设计离不开计算机仿真应用的强大。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-23.jpg


上图为发动机运转模拟

而且内燃机发展到今天,经验已经积累了很多,无论是整车研发还是动力系统的研发,从设计到生产到试验,每一步都有迹可循,每一个阶段工程师都会尽全力去确保发动机的可靠性和耐久性。

发动机技术太高深?其实就这3个作用,看完买车不再纠结-24.jpg


所以从目前来说,这些面向市场的发动机已经很难出现结构性的缺陷了,行业整体发动机故障率的降低,也使得车企对车主提供的质保里程以及年限变得越来越长,甚至有一些自主品牌推出了动力总成终身质保的政策,这也是自信的体现。

当然本期的这10项发动机技术更多在提升效率的层面,而还有很多发动机的技术是为了轻量化、小型化以及提升耐用性的设计,本篇文章也就不一一列举了,而接下来我还会酌情更新其他方向的发动机技术给大家的,欢迎讨论~
回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册  

本版积分规则

发布主题 客服中心
快速回复 返回顶部 返回列表