现代内燃机的先进技术

*CBR技术（ControlledBurnRate可控燃烧速率）可以使发动机在怠速和低负荷工况下,增强涡流强度,燃料混合更均匀,动力经济性更好,排放更加清洁。*GDI（GasolineDirectInjection汽油高压缸内直喷）它将喷油嘴安装在燃烧室内喷注高压燃油，与通过进气门进入燃烧室的洁净空气混合，点燃做功。它具有高充气效率、电子控制精确配油、提高发动机的压缩比和热效率等优点，以获得更高的功率、更经济的油耗、更清洁的排放。*TCI（TurboChargerwithInter-cooler废气涡轮增压中冷）用发动机排放的高速废气推动涡轮增压机带VNT的主动叶轮转动，主叶轮带动从动叶轮转动，从动叶轮在转动中增加来自空滤的空气的动能和压力，并通过中冷器冷却增压后的洁净空气，提高气缸的进气量，进一步提高了发动机的有效功率。*VVT(VariableValueTime可变气门正时)在发动机高速运转的时候，需要较大的气门叠开角来达到充气充分的目的。而在发动机怠速的时候，气门叠开角应该相应变小，达到降低排放的目的。传统的固定相位角的凸轮轴由于相位角已经固定所以不能满足这种要求。而VVT技术可以通过螺旋槽式VVT－i控制器调节凸轮轴调节气门开闭，满足不同工况需求，达到增加功率、减少油耗，改善排放的目的。*EGR（ExhaustGasRecirculation废气再循环）由于废气的存在，混合气的含氧量比空气的含氧量要少，燃烧时，由于含氧量的降低，缸内最高燃烧温度也随之降低，于是NOx的生成受到抑制。同时改善了燃烧过程，使燃烧以一种更平稳的方式进行，促使CO、PM有更多机会被充分氧化，从而降低了CO、PM等的生成，抑制碳烟的产生。*CR（CommonRail高压共轨）共轨式喷油系统主要由高压供油系统、高压油轨、每缸一个的喷油器、高压油泵和电控单元（ECU）组成，高压油泵和输油泵集成为一个整体，以节省空间。高压油泵可提供高达1600bar以上压力的燃油，高压燃油先进入油轨中，实际上油轨是一个蓄压器，它有一定容积，并能承受高压。来自高压油泵的燃油压力是脉动的，经过油轨的缓冲作用，油轨的压力可保持在1600bar，然后经高压油管分配到四个喷油器中。为了使发动机工作更加平稳，整个喷油系统采取了预喷、主喷和后喷的工作方式，实现了燃烧过程中燃油再喷射，降低缸内燃烧气体的温度，从而有效降低了NOx的生成，同时发动机的工作变得更平稳，噪音也得到有效的控制。*DMF（Dual-massFlywheel双质量飞轮）双质量飞轮可以在动力从曲轴传到变速箱的过程中，将振动和噪声隔离；提高换档和驾驶的舒适性；减小曲轴的扭转和弯曲载荷；由于较多使用发动机经济区域而使油耗降低,同时能在发动机过载时保护传动链零件；*TVD(TorsionalVibrationDamper扭振减震器)水泵、空调压缩机等由发动机曲轴驱动，汽油机的TCI技术获得了很高的升功率和升扭矩，同时也对曲轴提出了苛刻的要求，TVD技术将曲轴结构分为内、中间、外三层。内、外两层均为金属结构，中间层是有一定弹性胶圈，经过特殊工艺使三者结合成一个整体，调整胶的成分就能改变其固有频率，减轻附件系统对曲轴带来的扭振影响，保证曲轴的寿命。*HCCI（汽油机）（HomogeneousChargeCompressionIgnition）均质混合气压燃烧技术HCCI发动机和传统的汽油发动机一样，都是向汽缸里面注入比例非常均匀的空气和燃料混合气。传统的汽油发动机通过火花塞打火，点燃空气和燃料混合气产生能量。但HCCI发动机则不同，它的点火过程同柴油发动机相类似，通过活塞压缩混合气使之温度升高至一定程度时自行燃烧。HCCI是一种以往复式汽油机为基础的一种新型燃烧模式，简单来说就是汽油机的一种压燃方式。*HCCI特点优点：由于它采用压缩点燃的缘故，可以采用相当稀薄的混合气；HCCI发动机的燃烧温度低，对燃烧室壁的传热很低，能够减少辐射热的传递，还能大幅降低氮氧化合物的形成。燃烧周期很短可以采用汽油、天然气、二甲醚等辛烷值较高的燃油作为主要燃料，也可以采用多种燃料混合燃烧。缺点：在燃烧时刻的控制上，HCCI发动机靠汽缸的压力和温度自燃，油气混合气的密度，汽缸的温度和压力都需要进行精确的检测和控制，所以发动机的ECU管理程序也要进行相应的加强。由于HCCI的同时压燃和放热，瞬时间汽缸和活塞会受到强大的压力，有可能会产生爆震的现象，所以必须降低混合气的空燃比（低于传统的14.7：1），这就需要HCCI在稀燃状态下工作，排气的温度也比较低，使得发动机较难采用涡轮增压。在大负荷高转速的时候或者冷机状态下发动机还必须依靠传统的火花塞点火系统，这就间接要求了发动机的压缩比可变，在传统点火模式的时候变回低压缩比。所以气门正时系统及众多的压力传感器也是必须的。*PCCI(柴油机)预混压缩燃烧能有效地解决传统柴油机燃油经济性差和尾气排放高的问题,特别是能够降低NOx和PM的排放,并进一步提高热效率。柴油机的PCCI燃烧存在HC和CO排放偏高的问题,有待进一步降低,并且由于PCCI燃烧存在的燃烧控制以及适用工况范围窄等问题,因而目前柴油PCCI发动机还未能实现大规模商品化。*均质充量压缩燃烧是一种新型的发动机燃烧方式,它综合了汽油机均质点燃和柴油机压缩自燃的特点,像汽油机那样在进气及压缩行程形成均质混合气,当压缩到上止点附近时均质混合气自燃着火,在缸内形成多点火核,从而有效地维持着火燃烧的稳定性。这种燃烧方式能有效地解决传统柴油机存在的燃油经济性差和尾气排放高的问题,是能够降低NOx和PM的排放,并进一步提高热效率。*柴油机PCCI燃烧的特点柴油机采用PCCI燃烧方式与普通的柴油机燃烧方式相比区别在于:前者燃油在进气和压缩行程已经与空气完全均质混合,进行的是预混合燃烧模式,其燃烧速率只与本身的化学反应动力学有关;而后者在进气行程中进入燃烧室的是纯空气,在压缩行程接近终了时,才把柴油喷入燃烧室内,让其与空气在极短的时间内形成可燃混合气(极不均匀),进行的是扩散燃烧模式,它的燃烧速率主要与燃油蒸发速率及其与空气混合速率有关。*PCCI柴油机的优点(1)可以同时保持较高的动力性和燃油经济性。由于采用压缩点火方式,节流损失减少,同时压缩比较高,多点同时着火的燃烧方式使得放热率显著提高,接近于理想的等容燃烧,改善了部分负荷下的燃油经济性。同时稀燃混合气比热比大,做功能力强;缸内工质熵增相对低,因此指示热效率也得以大幅度地提高。(2)稀薄燃烧,不存在缺氧情况,并且由于它不存在柴油机的液滴蒸发扩散燃烧现象,因此可有效降低PM排放;同时,由于燃烧室内部混合气为均质混合气,在活塞压火,没有明显的火焰前锋,减少了火焰传播距离和缩作用下燃烧室内多点同时着燃烧持续期,避免了高温反应区的产生,因此能够大大减少NOx排放。*PCCI柴油机的优点(3)只与燃油本身的物理化学性质有关,着火和燃烧速率只受燃油氧化反应的化学反应动力学控制,受燃烧室内流场影响较小,因此可以简化对发动机燃烧系统的设计。(4)在低负荷工况下具有很高的热效率。目前PCCI技术被认为是柴油机实现欧V排放标准的最佳技术路线之一。*PCCI柴油机的缺点（1）HCCO的排放较高,有待于进一步降低（2）高负荷工况容易出现爆震燃烧,目前仍无法实现全工况的HCCI燃烧运行模式（3）由于使用的燃料是较难挥发和较易自燃的柴油,蒸发性和流动性比较差,均质混合气的制备相对困难;同时柴油作为高十六烷值燃料,化学安定性差,容易发生低温自燃反应,并且均质混合气的燃烧速度难于控制,容易造成不稳定燃烧。*LTC（低温燃烧）柴油机要同时降低Nox和碳烟排放，柴油机低温燃烧是一条有效的技术途径。在LTC中，废气再循环是重要的控制手段。通过EGR稀释进气来控制氧浓度，而EGR经冷却后，废弃主要有N2，CO2和O2组成。*VTEC（VariableValveTimingandValveLifeElectronicControlSystem可变气门配气相位和气门升程电子控制系统）由本田汽车开发的VTEC是世界上第一款能同时控制气门开闭时间及升程两种不同情况的气门控制系统，现在已演变成i-VTEC。i-VTEC发动机与普通发动机最大的不同是，中低速和高速会用两组不同的气门驱动凸轮，并可通过电子系统自动转换。此外，发动机还可以根据行驶工况自动改变气门的开启时间和提升程度，即改变进气量和排气量，从而达到增大功率、降低油耗的目的。*VVT-i（VariableValveTiming-intelligent智能可变配气正时）VVT-i是丰田独有的发动机技术，已十分成熟，近年国产的丰田轿车，包括新款的威驰等大都装配了VVT-i系统。与本田汽车的VTEC原理相似，该系统的最大特点是可根据发动机的状态控制进气凸轮轴，通过调整凸轮轴转角对配气时机进行优化，以获得最佳的配气正时，从而在所有速度范围内提高扭矩，并能改善燃油经济性，从而有效提高了汽车性能。*CVVT（ContinueVariableValveTiming连续可变的气门正时）CVVT是在VVT-i和i-VTEC的基础上研发而来。以现代汽车的CVVT引擎为例，它能根据发动机的实际工况随时控制气门的开闭，使燃料燃烧更充分，从而达到提升动力、降低油耗的目的。但是CVVT不会控制气门的升程，也就是说这种引擎只是改变了吸、排气的时间。*FSI（FuelStratifiedInjection燃油分层喷射）FSI是汽油发动机领域的一项全新技术，有些类似于柴油发动机的高压供油技术。它配备了按需控制的燃油供给系统，然后通过一个活塞泵提供所需的压力，最后喷油嘴将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室。通过对燃烧室内部形状的设计，使火花塞周围会有较浓的混合气，而其他区域则是较稀的混合气，保证了在顺利点火的情况下尽可能地实现稀薄燃烧，这也是分层燃烧的精髓所在。FSI比同级引擎动力性显著提高，油耗却可降低15%左右。*MDS（Multi-DisplacementSystem多排量系统）克莱斯勒研发的HEMI发动机配备了MDS系统，这套系统可在4缸和8缸模式间自动转换。这种技术最适合多汽缸的发动机使用，在不影响驾驶者追求大排量车型的加速刺激时，又有效降低了堵车时的燃油消耗。例如一台常规的8缸发动机在采用了这种技术后，就等于装了两个独立的4缸发动机，可以根据驾驶的需要让一台发动机运行，而让另一台休息。*电控气门系统汽车上应用越来越广泛的电控技术将彻底取代上述系统，使发动机进，排气全面电子化。与凸轮轴控制的传统气门装置相比，电控气门系统减少了动力，油耗和排放万面的损失。例如急加速时，发动机电脑只需延长气门开启时间并提前正时就可以了，正常行驶时为了降低排放，可以对进，扫气门开关时间的重叠进行修正以改进废气再循环。由于机械部件的减少(王要是凸轮轴及其相关元件)，电控气门系统的结构非常简单，快和2冲程发动机差不多了。这不仅意味着零件成本的降低，还将减少装配和维修的工时消耗。*VCR可变压缩比优点：体积小,重量轻,功重比高,压缩比随负荷变化,从几瓦到几十瓦的输出功率都可通过缩放内燃机的本体来达到,并且整个系统只有一个运动部件,内燃机系统的可靠性得以有效提高,从而使微型内燃机为源动力的便携式发电系统真正实用化.燃油经济性明显提高，而且使排放也有显著益处。*SVC（SaabVariableCompression）可变压缩比技术SVC发动机的气缸盖和气缸体是动态连接在一起的，气缸盖与气缸体通过一组控制架连接（图中的绿色部分），控制架能在ECU的控制下改变一定的角度，从而改变了燃烧室的体高，也就是说，改变了右边活塞的行程，压缩比也同样被改变了。*SVC（SaabVariableCompression）可变压缩比技术左：高压缩比情况下右：低压缩比情况下SVC发动机的气缸盖和气缸体是动态连接在一起的，气缸盖与气缸体通过一组摇臂连接（图中的桔黄色部分），摇臂能在ECU的控制下改变一定的角度，从而改变了燃烧室的体积，也就是说，压缩比也同样被改变了。优