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。     

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。     

连续可变气门升程汽油机的管理系统

连续可变气门升程汽油机可按发动机转速优化气门升程和凸轮相位,以减小泵气损失,改善燃油耗和提高最大扭矩。为低燃油耗高功率发动机开发了一种能兼顾驱动性和低排放的新型控制系统。通过选用主从控制的新颖吸入空气管理系统可达到较低的燃油耗和良好的驱动性。为控制怠速,设计了新的、具有协同控制的二自由度滑模算法的控制器。该控制器可改善怠速稳定性,实现较低的怠速转速。为减少冷起动工况下的排放,开发了I—P控制与滑模控制算法相结合的点火定时控制系统。这样可使发动机转速平稳地达到目标值并促进催化转化器的激活。为减小各气缸间空燃比不一致的影响,利用具有扩展乎d调制算法的滑模控制机理,设计了一种新的优化控制器。通过将此控制器用于二次氧反馈,可精确控制催化器后氧传感器的输出,改善催化转化效率。利用这些新技术,可同时实现低的排放和好的驱动性,而不影响连续可变气门升程发动机独特的低燃油耗和高输出的优势。     

可变气门定时在高增压柴油机中的应用

对一种高增压柴油机进行了模拟试验，以调查可变气门定时对优化部分负荷工况产生的作用，用试验数据对模拟进行了比较，发现减少气门重叠度在部分负荷时是有利的，减少重叠的最有效的作法是延迟进气门的开启时间，若调整进气门相位以延迟进气门的开启时间，则可最有效地减少残留燃气倒流到进气歧管内。用一个单一凸轮轴的特别简单机构在柴油机上便可做到这一点，此种机构也可用于在满负荷时控制峰压，且使之易于起动。     

高几何压缩比活塞的燃烧室形状探讨

提高几何压缩比与延迟进气门关闭正时技术相结合的目的是为了在维持最高燃烧压力不超过机械限制的前提下改善燃油经济性。另外,利用数值模拟方法,分析燃烧过程的变化,以观察高几何压缩比条件下的排放性能恶化过程。根据研究结果,改进燃烧室形状,以改善发动机的排放性能。数值模拟和试验结果均证实,改进燃烧室形状,并与延迟进气门关闭正时的技术措施相结合,可以显著改善发动机的排放性能和燃油经济性。     

三菱汽车公司的新型发动机及其智能怠速起停系统

三菱汽车公司开发了一种改善燃油经济性的新技术，其新型1．8L汽油机（4J10型）采用结构简单的连续可变气门机构（MIVEC），以及智能怠速起停（AS＆G）系统。     

Hyundai公司Kappa1．2L双连续可变气门正时汽油机的设计和开发

介绍Hyundai公司为小型乘用车最新开发的Kappa双连续可变气门正时（CVVT）汽油机。该汽油机已在印度和韩国的发动机工厂生产，并被配装在i10、i20、Picanto等小型乘用车上，而且进入了包括印度，以及欧洲在内的全球市场。当今，全球汽车制造商正在竞相开发小型乘用车，以应对日益上涨的油价和越来越严格的二氧化碳（C02）排放法规。该新型汽油机于2010年11月进入市场，其开发的主要目的是为了降低CO2排放和改善燃油经济性。作为小型发动机，它的开发还将充裕的扭矩、轻质量、低噪声、低成本和紧凑的尺寸等要求也考虑在内。这种汽油机的主要技术亮点有：（1）采用双cVVT、滚轮摇臂、偏置曲轴、蜂窝式气门弹簧、二硫化钼涂层活塞和低张力活塞环，以改善燃油经济性；（2）采用16气门双顶置凸轮轴、长流道进气歧管、M12长型火花塞、气门正时优化技术，以提升中、低转速时的扭矩；（3）采用梯型框架机体、液压间隙调整器和静音正时链，以降低噪声。此外，为了减轻整机质量，采用了铝机体、塑料气缸盖罩和塑料进气歧管等。     

降低汽车燃油耗的摩擦学技术

降低发动机燃油耗和减少二氧化碳排放是满足日趋严格的排放法规要求的必经之路。针对降低发动机燃油耗的课题,以发动机周边零部件为中心,着重介绍丰田汽车公司开展的摩擦学相关研究。就利用摩擦学技术降低燃油耗的具体方法,阐述了在优化气缸内圆面（工作表面）、改进活塞组件、优化气门机构及曲轴轴承等方面采用的新技术和新工艺,评价了上述技术措施对降低燃油耗及二氧化碳排放的效果。同时指出,即便是当代先进的内燃机。在利用摩擦学技术与手段优化其内部摩擦及降低燃油耗方面．仍具有很大的发展潜力。     

2．0L涡轮增压进气道喷射与缸内直接喷射汽油机应用无节气门负荷控制策略的对比研究

对1台2．0L涡轮增压进气道喷射汽油机和1台对比用的2．0L涡轮增压缸内直接喷射汽油机进行了台架试验研究,这2台汽油机都采用全机械式连续可变气门升程技术的无节气门负荷控制策略。对比中使用的基础发动机是不带连续可变气门升程机构的缸内直接喷射涡轮增压汽油机。运行试验重点是研究部分负荷时的燃油耗及全负荷时的低速最大扭矩。在这2种发动机运行模式下,采用连续可变气门升程机构后,发动机性能比无连续可变气门升程机构的涡轮增压发动机更好。这是因为更好的涡轮增压器响应优化了扭矩特性。带连续可变气门升程机构的涡轮增压进气道喷射发动机的扭矩与涡轮增压直接喷射的基础发动机相当,但低速状态下扭矩比基础发动机更好。涡轮增压连续可变气门升程缸内直接喷射汽油机在全负荷低速状态下能获得最大扭矩。涡轮增压连续可变气门升程进气道喷射汽油机在降低燃油耗方面具有更大的潜力。     

小型4缸汽油机系列的设计和升级改进（第1部分）

在BMW公司的主持下，BMW公司和PSA公司合作开发了一种小型汽油机系列，这一系列具有进气道喷射自然吸气和缸内直接喷射增压2种机型。这是合作双方在降低二氧化碳排放方面迈出的关键一步。这种先进的小型汽油机系列在同等级排量的汽油机上首次应用了全可变气门机构（配气相位和气门升程调节）、体积流量可调的机油泵和可脱开的机械传动冷却水泵，并将双涡道增压器与缸内直接喷射相结合，同时充分挖掘了减少摩擦损失的潜力，以降低摩擦功率，使得所有机型的扭矩特性曲线更为丰满，燃油耗显著降低。自2006年起，这一技术被应用于BMW公司的Mini轿车，以及PSA集团Peugeot和Citroen的所有车型，2010年又进行了升级改进设计，在改善动力性能的同时，燃油耗和排放大幅度降低，令世人所瞩目。这种集成了当代最先进技术的汽油机系列堪称同类型汽油机的典范，其在设计和升级改进方面的成功经验值得国内同行借鉴。     

Hyundai公司新一代1．8L汽油机

Hyundai公司开发出1款新型1．8L汽油机,以替代紧凑型及中型轿车上的老机型。该汽油机首次被配装在2011年亮相北美市场的Hyundai公司新款Elantra汽车上。通过应用双连续可变气门正时系统,以及能获得中、低速大扭矩和高速大功率的两级可变进气系统,这一新机型实现了高动力性能和低燃油耗。此外,优化了下部结构件和进气系统零部件,与此同时,也十分重视减轻部件质量,以降低噪声水平。该汽油机符合美国特超低排放车和欧5排放法规。简要介绍了新一代1．8L直列4缸汽油机（Nu汽油机）,以及为提高动力性能、减少燃油耗、降低排放和振动噪声而采取的各种相关技术。     

汽油机技术的10年回顾

在过去的10年中，汽油机的动力性能、燃油经济性及排放性能都得到了稳步发展。尤其是汽油机的燃油耗每年降低的幅度超过2％，这为降低二氧化碳排放作出了极大贡献。实现这些进步的关键技术是直接喷射的燃油喷射系统、可变气门配气机构，以及高效率的催化装置。预计汽油机技术今后将进一步得到稳步发展。     

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。     

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。     

建模技术在涡轮增压汽油机中的应用

一维发动机建模精度和计算速度的提高使发动机在开发过程中可以更大程度地依赖这种仿真技术。建模的效益体现在诸多方面：增加模拟迭代次数,以实现更好的优化;减少硬件原型迭代数,以缩短项目开发的时间和降低总成本。在最初设计阶段和整个项目中,都采用涡轮增压发动机系统的一维GT—Power模型进行辅助设计。该模型是采用Chrysler集团预测燃烧和爆燃的专利建模软件开发的。在这个项目的所有阶段,通过对预测结果与测功器数据进行系统地研究,提高了模型的精度。研究重点是通过一维GT—Power模型优化与测功器试验相结合,选择发动机压缩比和涡轮增压器,并减小各循环间变动和缸内变动。在出现上述变动时,发现从进气门和排气门倒流的残余废气、冷却的再循环废气、空气与燃油的混合气（仅针对进气道燃油喷射发动机）在本循环及下一个循环被重新分配到每个气缸。因此,进气门和排气门的倒流是导致在每个气缸中产生变动的主要因素之一。据此,通过一维GT—Power模型优化,并结合气门设计工程师的输入参数,设计了1组新的气门升程曲线。结果表明,使用该方法后,在燃油耗、废气再循环耐受性和发动机稳定性及发动机性能改善方面均产生了效益。     

小型4缸汽油机系列的设计和升级改进（第2部分）

BMW公司和PSA公司合作开发成功一种1．4～1．6L的小型汽油机系列。这种先进的汽油机系列除了采用全可变气门机构、双涡道增压器、可调式机油泵和冷却水泵之外，还进一步改善了燃烧过程，减少了泵吸损失，降低了曲柄连杆机构和配气机构中的摩擦功率，同时不断地挖掘减少摩擦损失的潜力，使得所有机型的扭矩特性曲线更为丰满，燃油耗显著降低。2010年又进行了升级改进设计，在改善动力性能的同时，其燃油耗和排放大幅度降低，令世人所瞩目。这种集成了当代最先进技术的汽油机系列堪称同类型汽油机的典范，其在设计和升级改进方面的成功经验值得国内同行借鉴。     

未来汽油机的小型化

近年来,汽油机小型化已成为降低燃油耗和二氧化碳排放的重要技术措施之一。以Mahle公司1．2L汽油机为例,小型化率已达到50％,与同排量的自然吸气汽油机相比,其新欧洲行驶循环燃油耗的优势高达30%。     

2013年型Accord轿车用2．4L直列4缸汽油机的开发

全新开发的2．4L带智能可变气门正时及升程电控系统的4缸直喷汽油机是本田公司下一代机型,应用了带多孔高压喷油器的直喷系统,实现了低二氧化碳排放和高功率输出。对气缸盖进气道和燃烧室形状、喷油器喷雾形状,以及燃油喷射控制都进行了优化,以确保形成均质混合气,实现稳定、高效的燃烧。全新的发动机结构使摩擦也得到降低。新型发动机的功率和扭矩都增加10％,燃油耗则降低5％。配装新发动机的2013年型Accord轿车配合高效率无级变速器,以及改进后的底盘,使组合行驶工况燃油耗降低11％,并达到美国加州空气资源委员会排放法规中准零排放车级别的排放要求。此外,新结构的发动机减轻了质量．并通过优化气缸体刚度。使噪声一振动一平顺性性能优于旧机型。     

多重链路连续可变气门动作和升程系统的研究

应用多重链路机构开发出一种新型可变气门动作和升程（VVEL）系统。该系统可在从极小动作角和升程到较大动作角和升程的宽广范围内连续改变气门的配气正时角和升程。这种能力具有改善燃油经济性、功率输出、排放和发动机其他性能参数的潜力。采用VVEL系统获得的气门升程特性包括多重链路机构的摆动运动特性和摆动凸轮轮廓。采用多重链路机构,摆动凸轮的角速度在气门升高期间发生变化,但气门升程特性包括缓慢倾斜上升区段和急剧升高区段2个部分,这与常规发动机相同。根据系统基本原理概念模型和样机系统验证的模拟仿真数据,描述了多重链路VVEL系统的机械特性和所获得的性能水平。     

通过优化热管理降低涡轮增压直接喷射汽油机的二氧化碳排放

在Behr、Behr—Hella热管理和AVL三家公司共同合作的项目中,为降低涡轮增压直接喷射汽油机的二氧化碳排放,对各种热管理技术进行了试验研究。通过对外部废气再循环的冷却,能在发动机典型的工作点部分负荷时使燃油耗降低5％,在全负荷时由于避免了加浓而使燃油耗下降18％。在实际运行中可节省燃油约6％。在暖机阶段,通过停止冷却液的供给使新欧洲行驶循环中的燃油耗进一步降低约3％。此外,发动机试验表明,通过按工况控制的节温器在不同的负荷点改变冷却液温度（最大为10K）能进一步挖掘降低燃油耗的潜力1．4％。