国内外汽车发动机的技术现状及发展趋势

国内外汽车发动机的技术现状及发展趋势摘要：发动机是汽车的心脏，发动机的发展在很大程度上决定着汽车产业的发展。随着电子技术的发展也不断推动着发动机新技术的开发。无疑，先进的发动机技术将在汽车节能、环保技术开发中起着关键的决定性的作用。Abstract:theengineistheheartofthecar,theenginedevelopmentinagreatextentthedevelopmentofthecarindustry.Withthedevelopmentofelectronictechnologyisalsoconstantlypushenginethedevelopmentofnewtechnology.Nodoubt,theadvancedenginetechnologywillincartheenergyconservation,theenvironmentalprotectiontechnologydevelopmentplaysakeyofthedecisiverole.关键词：车用汽油机柴油机发动机技术发展趋势汽油机所采用的新技术及发展趋势由于汽油机的燃油经济性比柴油机差，所以降低汽油机的能耗已经成为汽车界当前必须要解决的一个问题。具有理论空燃比的均质混合气的燃烧理论在火花点火发动机上被广泛使用，它的最大优点是可以实用三效催化器来降低CO、HC和NOx等废气的排放。不足之处是不能获得较高的燃油经济性，为了提高发动机的热效率和降低废气排放，燃烧技术在不断地发展。汽油机经历了由完全机械控制的化油器供油为主到采用电控喷射、缸内直喷、电辅助增压和电动气门、可变压缩比、停缸等技术的变化，汽油机发展的最终方案将采用综合汽油机和柴油机优点的燃烧控制技术。汽油机所采用的技术：1、燃油电子喷射技术。相比于过去采用的化油器，燃油电子喷射系统可以的燃油计量精确度上有较大幅度的提高。因此，采用电子控制燃油喷射的汽油机，其经济性和动力性有很大的提高，使对混合气浓度要求的三效催化转化器降低排放成为可能。2、电子控制燃油喷射从单点式发展到多点式。这使汽油机不仅在动力性上仍旧能保持其密度的特点，而且其燃油性几乎可以和柴油机相媲美。有人甚至称汽油直接喷射是汽油机的一次革命。汽油直接喷射技术已经在日本三菱、丰田和日产的一些发动机上应用。欧洲的一些汽车公司如德国大众、法国雷诺等也在发展之中。3.点火和管理系统汽油机是电火花点燃混合气的点燃式发动机。火花的发生过去是依靠点火系统内的机械式白金断电器来完成的。断电器在高速运转下很容易磨损并烧蚀，从而使发动机出现失火，造成动力性下降和有害排放物激增的后果。4．采用电磁式或霍尔式无触点的断电器便彻底解决汽油机运转过程中动力下降的排放增加的难题，也大大地减少了发动机的维修和保养工作。现代的高性能汽油机已经毫无例外地采用了电子控制的无触点点火系统。5.可变气门定时技术（VVT）是汽油发动机技术发展的另一个里程碑。VVT指的是发动机气门升程和配气相位定时可以根据发动机工况作实时的调节。这一技术使发动机设计师无需再在低速扭矩与高速功率之间作抉择，实时的气门定时调整使得同时顾及低速扭矩与高速功率成为可能。连续可变气门定时技术加上先进的发动机控制策略，可以巧妙地实现可变压缩比。如在大负荷时，发动机容易发生自燃引起的爆震，通过推迟进气门关闭的时间来达到降低有效压缩比的目的，从而避免爆震。而在中小负荷时，爆震不再是个问题，可以通过调整气门关闭时间达到提高有效压缩比的目的，从而使发动机在中小负荷时有优异的热效率。可变气门技术也可使汽油机排放品质达到更好的水平。6.可变气门定时和升程系统发动机的气门是控制进气与换气过程的基本机构，主要的控制参数是气门定时和升程。对应于一定的运行工况，要求的定时和升程各不相同。这样可使动力性、经济性和排放品质达到最优。以日本本田思域车用发动机为例，1.5升排量、非增压的直列4缸汽油机，采用VTEC系统后，功率由70kW提高至100kW。目前正在发展的完全电子控制的气门机构，可以取消汽油机的节气门，进气量大小完全由气门定时和升程决定。这样可以使汽油机燃料经济性再提高一步。7.汽油机直喷（GDI）技术，就是将汽油通过高压（约100大气压）供油系统将汽油直接喷到燃烧室内与空气混合、燃烧。GDI在电子喷射和控制技术取得长足发展后，于上世存在的问题及建议(1)存在的问题1．核心技术大多为外方掌握，合资企业中，由于中方不掌握核心技术缺乏话语权。国内的发动机管理系统（EMS）由上海联合电子与北京万源德尔福两家企业生产，核心匹配技术为BOSCH和德尔福掌握；汽油机排气系统中催化转化器陶瓷芯由NGK（苏州）公司独资生产；天津一汽丰田、东风广州本田、广州丰田、一汽丰田、东风日产、沈阳航天三菱等汽油机企业大多依赖外方技术。2．汽油机的关键零部件，中方缺乏自主开发能力。3．整机和核心零部件企业中外资控股趋势明显，近几年，外方有意控制汽车发动机技术。由于中国加入WTO条款中规定国内生产发动机允许外方控股，因此外方近几年控股趋势明显，如广州丰田发动机有限公司日方占70%，中方占30%；一汽与德国大众在大连新建发动机厂，大众占60%，一汽占40%；长春西门子威迪欧有限公司德方占100%股份（生产电子控制产品）等。4．国外跨国汽车集团都有自己的配套体系和技术壁垒，中方汽油机企业很难进入其OEM配套体系。例如日系车型、韩系及德系车型进入我国都跟进一批配套企业，国内一些汽油机及配件企业产品进入其配套体系很难。例如：国内企业生产的自主品牌三效催化转化器产品大多只能给自主品牌车型配套；昆明贵金属研究所生产的三效催化剂，虽然价格优势比较明显，但难以大量进入引进车型市场。5．国内汽油机配件厂大多依附于整机厂（少量出口型企业除外），由于汽车整车不断降价，使整车厂和整机厂把降价的压力转移到为其配套的零部件厂，大多零部件厂利润低，对研发方面的投入不足（国内研发资金一般占销售收入2%～3%，而国外大企业占5%～8%）。6．北京市已执行国Ⅲ排放标准，2008年全国也要执行国Ⅲ标准，2010年以后，全国可能要执行国W排放标准，汽油机生产企业面临技术升级和成本价格上升的巨大压力。7．国内自主品牌产品在技术水平及性能上，与国外先进水平相比尚有一定差距（如可靠性、动力性能、噪声及无故障行驶里程等方面的性能指标要低于国外先进机型1。8．汽油机研发人才较缺乏，虽然一些企业引进了研究生、博士生及“海归”人才，但力量仍显薄弱。同时，国内汽油机行业还缺乏为研发工作提供借鉴和参考的大量基础数据。（2）政策建议1．建议国家对，汽油机产品研发加大支持力度，“十五”期间，国家科技部拨款8.8亿元，主要支持了电动车项目（纯电动、混合动力及燃料电池车），建议国家对传统汽柴油机研发也要在资金上予以支持。2．国家应鼓励国有大企业集团积极开发自主品牌高端汽油机产品，企业开发时，国家在人力、物力上应给予支持。国资委在考核企业领导时，不仅仅考、核企业利润指标，和国有资产保值增值率，也要把自主创新（整车和发动机）纳入考核范围。3．国家对自主开发新机型在税收上、贷款上应予以优惠。例如：进口样机、试验设备、原材料、技术资料在进口关税上以予以减免，在审批时应大开绿灯。4．注重人才培养，积极引入国外人才包括有开发经验的在国外大企业工作过的“海归”人才。5．继续依靠国外技术力量（如AVL、FEV公可），但鼓励联合开发，自主开发，尽快掌握先进的汽油抓开发技术车用柴油机发展及状况：现代的调整高性能柴油机由于热效率比汽油机高、污染物排放比汽油机少，作为汽车动力应用日益广泛。西欧国家不但载货汽车和客车使用柴油发动机，而且轿车采用柴油机的比例也相当大。最近，美国联邦政府能源部和以美国三大汽车公司为代表的美国汽车研究所理事会正在开发新一代经济型轿车同样将柴油机作为动力配置。经过多年的研究、大量新技术的应用，柴油机最大的问题烟度和噪声取得重大突破，达到了汽油机的水平。国内柴油机现状：自2003年以来,国内柴油机行业出现了结构调整:潍坊柴油机厂在2002年的基础上继续保持快速增长势头,功率水平也有了明显提高;上海柴油机厂在商用车柴油机领域初露锋芒,主要得益于北汽福田欧曼重卡市场份额的迅速提高;广西玉柴机器股份有限公司作为行业的领先者,进行了新一轮的产品结构优化,产品顺利实现从欧Ⅰ向欧Ⅱ的过渡,完善了产品系列(从4缸机到6缸机)平台,进一步拓展了功率覆盖范围,柴油机最大功率水平可以达到257kW(350ps)。总体水平有了显著提高。无论是从经济性还是从环保角度讲，国内的车用柴油机技术已经接近世界平均水平了。自产发动机已经完全能够满足国内重卡及低端乘用车对发动机的需求，无需外购。国外柴油机现状：目前西欧国家不但载货汽车和客车使用柴油发动机，而且轿车采用柴油机的比例也相当大。最近，美国联邦政府能源部和以美国三大汽车公司为代表的美国汽车研究所理事会正在开发新一代经济型轿车同样将柴油机作为动力配置。经过多年的研究、大量新技术的应用，柴油机最大的问题烟度和噪声取得重大突破，达到了汽油机的水平。柴油机的大功率、低排放、良好的电子控制等显著优点将使柴油发动机在新的时代有长足的发展。现在全球各大厂商正致力于新型绿色环保柴油机的研发，在ＮＯ和颗粒物的排放方面将得到近一步改善。而关键点是燃油的精确配置和废气的后置处理，电子新科技将运用到新一带柴油机上。而且在混合动力方面柴油机也有其应用特点，高扭矩配合电动汽车的快速响应和零排放，将是一种很不错的选择。柴油机应用的一些先进技术：1、共轨与四气门技术国外柴油机目前一般采用共轨新技术、四气门技术和涡轮增压中冷技术相结合，使发动机在性能和排放限值方面取得较好的成效，能满足欧3排放限值法规的要求。四气门结构（二进气二排气）不仅可以提高充气效率，更由于喷油嘴可以居中布置，使多孔油束均匀分布，可为燃油和空气的良好混合创造条件；同时，可以在四气门缸盖上将进气道设计成两个独立的具有为同形状的结构，以实现可变涡流。这些因素的协调配合，可大大提高混合气的形成质量（品质），有效降低碳烟颗粒、HC和NOX排放并提高热效率。2、高压喷射和电控喷射技术高压喷射和电控喷射技术是目前国外降低柴油机排放的重要措施之一，高压喷射和电控喷射技术的有效采用，可使燃油充分雾化，各缸的燃油和空气混合达到最佳，从而降低排放，提高整机（车）性能。3、增压中冷技术采用涡轮增压增加柴油机的空气量，提高燃烧的过量空气因数是降低大负荷工况排气烟度、PM排放量以及燃油消耗的有效措施。有效的空——空中冷系统，可使增压空气温度下降到50℃以下，工作循环温度的下降有助于NOX的低排放和PM的下降，故目前重型车用柴油机都普遍是增压中冷型，不仅有助于低排放而且燃油经济性良好。此外，涡轮前排气旁通阀的应用，不仅能降低PM和CO排放，还可以改善涡轮增压柴油机的瞬态性能和低速扭矩。4、排气再循环（EGR）技术的应用EGR是目前发达国家先进内燃机中普遍采用的技术，其工作原理是将少量废气引入气缸内，这种不可再燃烧的CO2及水蒸汽废气的热容量较大，能使燃烧过程的着火延迟期增加，燃烧速率变慢，缸内最高燃烧温度下降，破坏NOX的生成条件。EGR技术可使机动车NOX排放明显降低，但对重型车用柴油机而言，目前倾向于使用中冷EGR技术，因为其不仅能明显降低NOX，还能保持其他污染物的低水平。5后处理技术柴油机后处理的目标是进一步改善PM和NOX的排放。目前主要采用加装氧化型催化转化器和研究开发NOX催化转化器以及具有良好再生能力的微粒捕集器。6、柴油柴油的生产和贮存条件，是保证柴油发动机（车）正常运转延长使用寿命和保持低排放的重要保证。例如瑞典的一级柴油使用中可减少CO排放达54%，HC和NOX排放达10%，PM排放减少14%～47%。发达国家已普遍使用燃料清净剂，既能节省燃料，又能清除积碳、降低排放。7、乳化柴油的应用柴油加水掺合乳化剂，使其形成较为稳定的含水乳化柴油，这类改进型燃料的使用可明显降低柴油机（车）的排放，尤其是NOX和PM。目前美国报