采用进、排气门正时控制系统的新1．6L4缸直接喷射涡轮增压汽油机的开发

介绍一种采用汽油直接喷射系统和双连续可变气门正时控制系统的新1．6L4缸涡轮增压汽油机。较高的环境性能要求迫使汽油机必需进一步提高效率。同时,改善动力性能对于增强车型的竞争力及市场的认知度十分重要。为了满足上述要求,开发了一种1．6L直接喷射涡轮增压汽油机。通过采用多种减摩技术,该机型达到了与2．5L自然吸气汽油机相同的高动力性能,而且其较低的燃油耗可与排量较小的汽油机相媲关。此外,该汽油机达到了美国低排放车第2阶段一超低排放车和欧5排放法规要求的低尾气排放性能。该汽油机已被命名为MR16DDT,第1款配装MR16DDT汽油机的车型是Juke。详细介绍了该款新型汽油机采用的各项技术。     

带有可变气门正时和升程的新一代V8发动机的开发

介绍了为Infiniti FX50车开发的新款5．0L V8发动机VK50VE。VK50VE发动机配备了能够对气门正时和升程进行连续控制的机构,即可变气门正时和升程（VVEL）机构,以及对进、排气凸轮轴都能控制的液力可变气门正时控制系统,即双可变气门正时控制（D—VTC）系统。与之前用于FX45车的VK45DE发动机相比,这款新型发动机能够在节气门全开时获得较高的动力性,同时提供更佳的燃油经济性。另外,通过VVEL和D-VTC优化气门正时,这款发动机的排放性能较之VK45DE也有所改善。介绍了VK50VE发动机的技术特点,以及新近为改善带有VVEL和D-VTC系统的废动机性能而开发的控制技术．     

采用全可变气门机构的BMW公司V8双涡轮增压直接喷射汽油机

2012年6月,BMW公司将采用双涡轮增压技术的新型V8汽油机推向市场,该发动机采用汽油缸内直接喷射、Valvetronic全可变气门机构和双涡轮增压等先进技术,其主要开发目标是明显降低燃油耗和适度提高功率,同时推出4．0L机型,并且与BMWM公司采用相同基础发动机的新型BMWM5直接喷射汽油机具有较高的零部件通用率。新型V8汽油机首次同时配装于BMW公司新型6系GranCoup6轿车、5系GranTurismo轿车,以及6系和改进版7系轿车。     

减排——对涡轮增压的新挑战

在今天的发动机开发中人们关注的主要焦点是如何满足未来排放法规的要求。这在很大程度上取代了传统的发动机开发的推动因素,诸如功率密度、效率和成本,所有这些因素在整个上世纪90年代已取得重大改进。这个新的焦点自然也对涡轮增压器制造商的开发工作有很大的影响。因为有效压比的积极作用被进气门关闭提前所消化,所以在过去10年中的开发工作已经导致功率密度的提高稍有停滞。在已实施严格的低NOx排放法规的地区,众所周知的发动机效率和低排放之间的折衷,常常需要喷射定时的延迟,这样就会导致发动机效率的损失。预计在不久的将来还将存在进一步降低排放的压力。一个很重要的问题是:这将会阻碍功率密度的进一步提高或针对高增压比水平而开展的开发工作将会充当发动机新一轮发展浪潮的推动力吗?非常高的增压比水平打开了降低循环温度之门,在诸多降低缸内温度的方法中,有一种特别令人感兴趣的方法是采用Miller定时。较低的循环温度不仅可以减少发动机的NOx排放量,而且还可以改善发动机效率和功率密度。对增压空气进行明智的管理也是保证在每种发动机负荷下提供适量空气的需要,并有助于对烟度和颗粒物排放量实行有效控制。ABB涡轮增压器公司在该领域通过与发动机制造商、大学及其他研究机构进行合作,积极开展了各项课题研究。研究结果表明,伴随着Miller方法、废气再循环、共轨或可变喷射压力、长行程等诸多发动机新技术的应用,高压比涡轮增压(单级或多级)的潜力仍然是巨大的。通常,单靠涡轮增压不可能解决所有问题。因此,本文客观地介绍未来实现高压比的多种方案,以满足各种型式和用途发动机的需要。然而,用来评判某个解决方法的适用性的标准在每种情况下都是一样的:低的排放(NOx和颗粒物),增强的工作能力,负荷响应和可靠性。所有这些都会为环境、发动机制造商、终端用户以及涡轮增压器制造商本身带来巨大益处。     

涡轮增压系统优化与发动机开发的整合

车辆动力系统在提高功率、降低燃油耗和排放方面提出了越来越高的要求,使得整机在优化过程中外协件的集成化程度也越来越高。因此,废气涡轮增压器在未来动力系统方案中对降低二氧化碳排放起着重要的作用。原因是,一者能量转换机技术复杂;二者涡轮增压器对提高行驶性能和降低燃油耗具有巨大的影响力,而后者特别能迎合发动机缩缸强化的发展趋势。FEV公司与亚琛工业大学内燃机研究所进行了合作研究,介绍了一种在动力系统研发过程中通过不同工具和方法组合来研发和优化涡轮增压器的方法。     

单级顺序增压涡轮增压器——超低排放柴油机的增压新理念

涡轮增压柴油机以超低排放达到了较高的平均有效压力水平。传统涡轮增压器的涡轮与压气机的匹配要达到期望的性能和响应特性变得越来越困难。为了满足排放法规的要求,采用超高水平的废气再循环控制氮氧化物排放,采用柴油颗粒过滤器控制碳烟和颗粒排放。这些技术使涡轮修正流量减少到压气机修正流量的一半,从而使压气机与涡轮的匹配恶化。介绍一种通过改变压气机作功一转速关系来显著改善涡轮性能的新设计理念。通过使用双面压气机叶轮,使压气机的1个叶轮停止工作,从而改善压气机的流量范围。由于压气机的流量范围得到改善,叶轮后弯曲率得以减小,进而改善了高压比能力。与球轴承相结合,该理念会使单级涡轮增压器的涡轮效率改善几十个百分点,压力高、流量范围大、尺寸小的压气机能提供传统结构的涡轮增压器所无法达到的性能水平。     

新开发的三菱可变气门正时V6汽油机

介绍了一款三菱公司为北美市场开发的新型运动型多功能车（SUV）OUTLANDER用的新型V6汽油机。自2004年以来,该公司在全球共同关注高性能、低燃油耗、低排放、轻量小型的背景下,不断开展车用汽油机的研究,2004年5月开始销售用于欧洲版COLT车的4A9型4缸发动机（1．3L、1．5L）;2005年10月开始销售面向日本国内市场OUTLANDER车的4BI型4缸发动机（2．4L）;2006年1月销售用于“i”（三菱公司的紧凑型车）的382型3缸发动机（0．66L）,随后,由6B3型V6发动机（3L）完成了新一代发动机的型谱图。6B3型V6发动机与其他新发动机系列一样,采用了可变气门正时机构、铝制机体及树脂可变进气系统等技术,实现了顶级水平的最高功率和最大扭矩性能,同时与以往三菱公司推出的6G7型3LV6发动机相比,质量约减轻25kg,并使燃油耗改善约5％。还采用了高性能催化器,满足了“加利福尼亚低排放车辆法”中规定的特超低排放车限值。与应对零蒸发排放法规的技术相结合,在紧凑型SUV车中,首次获得了3L级发动机的准零排放车认证。     

Volkswagen公司新型2L4气门共轨燃油喷射涡轮增压直喷式柴油机

为了应对未来10年日趋严格的排放限值,以及满足“行人保护”的迫切要求,并改善车内外声学性能以进一步提高舒适性,Volkswagen公司开发了新一代柴油机。介绍了首次装在新型Volk-swagenTiguan运动型多用途车上、采用共轨燃油喷射系统的2L4气门涡轮增压直喷式柴油机,这种柴油机标志着一种动力性好、效率高的柴油机系列已揭开序幕。通过将2L涡轮增压直喷式柴油机与共轨燃油喷射相结合,已开发出一台低于欧5排放限值、能提供驾驶乐趣、经济省油的,并在运转平稳和舒适性方面表现尤为突出的发动机。     

Audi公司新一代1．8L增压燃油分层喷射汽油机（第1部分）——基础发动机及其热管理

Audi公司已成功将EA888型4缸汽油机系列的第3代机型,即1．8L增压燃油分层喷射汽油机投放市场。鉴于日趋严格的二氧化碳排放限值和未来的欧6排放标准,对该机型进行了全面改进,应用了众多的创新技术（例如,集成在气缸盖中的整体式废气冷却）,使用了缸内直接喷射和进气道喷射的双重喷油系统,以及采用双凸轮轴相位调节器的可变气门机构（Audi可变气门升程机构）。同时,运用新颖的全电动冷却液调节,使实施创新的热管理成为可能。介绍了这种新一代汽油机的基础发动机及其热管理。     

3MW公司装用3个涡轮增压器的新型6缸两级增压柴油机（第1部分）——曲柄连杆机构和增压系统

BMW公司为运动型汽车开发的装用3个涡轮增压器的新型TwinPowerTurbo-3．0L-6缸两级增压柴油机是柴油机发展史的又一个里程碑。新机型进一步拓宽了BMW公司发动机的标准部件,并以93kw的升功率和247N·m的升扭矩成为轿车柴油机中的顶级机型,其动力性能超过了更大排量和更多缸数的机型,而燃油耗并不高。第1部分介绍基本型发动机的设计、增压方案、热力学和喷油系统。     

机车柴油机可变涡轮增压技术开发与应用

结合可变涡轮增压技术的特点,分析了可变涡轮增压技术对机车柴油机发展的影响,指出采用可变涡轮增压技术对改善机车柴油机部分负荷性能及对提高机车柴油机适应环境条件的能力方面具有很大的优势,最后介绍了可变涡轮增压技术在280系列机车柴油机上的开发与应用情况.     

电机驱动可变气门正时系统的开发

为了满足低燃油耗、低排放和高性能的要求,新开发了一种电机驱动的可变气门正时（VVT—iE）系统。该系统最先用于丰田公司新款4．6L和5．0L的V8点燃式系列发动机进气机构。VVT—iE由连接到进气凸轮轴的凸轮相位调节机构和集成有智能驱动器的无刷电机组成。该电机驱动系统完全避免了液压带来的运行限制,降低了冷态碳氢化合物排放,也使燃油耗进一步降低。     

Opel公司新型1．0L涡轮增压直接喷射汽油机

Opel公司开发了一种新型1．0L涡轮增斥直接喷射汽油机,其功率为85kw。当发动机转速为1800～4700r／min时,扭矩可达到166N·m。12气门的1．0L火花点燃直接喷射汽油机是1．6L以下排量的3缸、4缸汽油机型谱中首款模块化发动机。该发动机运用了火花点燃直接喷射技术、可变气门控制机构,以及铝合金机体。据研发人员称,新型发动机的运行噪声比同类3缸机的低,甚至比4缸机的低。     

Accord插电式混合动力车用新型汽油机的开发

作为本田公司的下一代发动机系列,配装于Accord插电式混合动力车的新型2．0L汽油机具有燃油耗低和排放性能好的特点。采用可变气门正时及升程电子控制系统,具有2种特定凸轮（即功率凸轮和燃油经济性凸轮）。功率凸轮作用持续期短,用于大功率输出和发动机起动;燃油经济性凸轮作用持续期长,可通过延迟进气门关闭正时,获得阿特金森循环效应。还采用了冷却废气再循环（EGR）技术,并对控制系统进行了改进,实现了低燃油耗目标。首先,能确保EGR阀前后压差的新型控制系统改善了EGR流量的控制性能。其次,改进了扭矩控制,可以预测因点火延迟引起的发动机扭矩下降。驱动性和燃油经济性在极苛刻的条件下保持原有水平。最后,采用了基于大气压力改变运行点的控制技术,即使环境发生变化,仍可保持低油耗性能。开发了混合动力车用催化转化器的新型快速预热系统。在发动机起动阶段,通过改变电机运行来控制发动机负荷,这样可有效预热催化转化器,从而使尾气排放降低到能满足特超低排放车SULEV20标;住的水平。     

Audi公司TT RS轿车用新型2．5L涡轮增压燃油分层喷射汽油机

Audi轿车搭载直列5缸涡轮增压发动机具有悠久的传统史。经过持续不断的开发,又将缸内直接喷射与涡轮增压相结合,2．5L发动机在5400～6500r／min时功率达到250kW,并在1600r／min时扭矩达到450N·m。Audi轿车的发动机动力指标与优化匹配的6档手动变速箱相结合,在保持适当燃油耗的情况下,能使其加速性和机动性指标达到运动型车型的水平。     

进气参数对涡轮增压柴油机性能及排放的影响

涡轮增压柴油机的燃烧和排放性能在很大程度上受进气管增压空气参数(诸如进气总管空气压力和温度)的影响。为更深入地了解两种进气变量之间的关系及其对增压柴油机缸内燃烧和输出性能(包括燃油效率和排放)的影响,进行了分析和试验研究,本文概述其研究结果。了解和描述了进气总管状态对缸内燃烧性能参数的影响。研究指出,进气总管空气压力和温度是紧密相关的,与部分负荷工况或自然吸气柴油机相比,增压柴油机高负荷工况下两者有更强的依赖关系增压柴油机全负荷下进气总管空气温度改变时,总管空气压力亦随之变化,并且因此增压空气密度、柴油机效率和CO以及排烟都将发生变化,而NOx的变化相对来说更为明显。只改变进气总管空气压力,则性能和排放在部分负荷下的变化情况不同于全负荷。在进气总管温度保持不变的情况下,得出了进气总管空气压力随柴油机进口空气温度(即环境温度)的简单的变化关系式。还通过试验对进气总管空气变量对柴油机燃烧及其性能和排放的总的影响进行了研究。分析得出的预测值与试验值非常吻合。     

三菱汽车公司降低燃油耗的新技术

以三菱汽车公司在RVR车及GalantFortis车上配装的4儿0型1．8I。直列4缸汽油机为例,介绍该机型所采用的新型三菱可变气门正时控制系统（MIVEC）,以及自动怠速起停（AS＆G）系统．采用这些新技术的目的是降低车辆的燃油耗。在日本JC08工况下,上述车型的燃油经济性可改善13％～15％;在10-15工况下,燃油经济性约改善12％。新型M1VEC的特点在于可通过单一机构的机械联动,同时连续改变气门升程、气门开启持续期（作用角）,以及气门开启和关闭正时（相位）,以实现所期望的气门控制功能。如在低负荷时。可使进气门早关．以降低泵气损失;而在高负荷时,使进气门升程及开启角最大,以延迟进、排气凸轮相位,通过延迟关闭进气门来降低泵气损失。AS＆G系统可在,临时停车的情况下自动停止汽油机的运转,以降低燃油耗。     

Hyundai汽车公司连续可变气门升程汽油机的开发

开发了一种采用连续可变气门升程（CVVL）机构的汽油机。这一CVVL机构是韩国Hyundai汽车公司设计的,其特点是结构紧凑。CVVL汽油机的高度没有增加,因而可与基本型汽油机使用相同的车辆罩盖型线。基本型汽油机不采用CVVL技术,除气门系统外,其他发动机规格均相同。CVVL机构基于6杆机构设计,虽然在气门升程相同时,CVVL汽油机气门机构的摩擦高于基本型汽油机,但与Hyundai汽车公司生产的其他汽油机相比仍具有竞争力。与基本型汽油机相比,CVVL汽油机的燃油耗减少了5％以上,这主要得益于泵气损失和摩擦的减小。6杆机构具有较低的气门开启持续期一升程比,这对减小泵气损失有很大益处。新开发的CVVL机构拥有良好的动力学特性,并且气门升程曲线随发动机转速的变动最小,在标定转速相同的情况下,与基本型汽油机相比,CVVL汽油机的最大功率增加3％以上。CVVL汽油机在采用延迟点火冷起动之后的怠速运转很稳定,而延迟点火确保了催化剂快速加热。     

可变气门机构技术的发展与动向

可变气门机构现已几乎成为车用汽油机的标准配置,对提高发动机效率及降低发动机排放正在发挥较大的作用。介绍了可变气门机构的种类及结构,并较为详细地描述了可变气门机构的发展过程和采用的新技术,以及在不同时期对提高发动机性能所作出的贡献,也阐述了可变气门机构技术未来的发展动向。