只要3分钟 看懂发动机精准燃烧技术及发展趋势

汽车的心脏——发动机，也是汽车所有板块中技术最精确和复杂的。从刚刚开始简单的机械控制技术，到现在传感器信息采集、电脑处理的电控制技术发展，使得发动机的运转更加精确，燃油经济性、动力性、废气排放和耐用性都得到极大提升。这些都离不开工程师对发动机技术的不断研发。由于发动机在不同工况下，需要不同的进气量、燃油量，才能实现燃烧的精准性，因此多年来工程对于气门正时控制、可变量进排气等方面在不停探索着，也有了很多成果，不同的品牌还有不同的技术品牌，那么这些技术有哪些不同？未来有怎样的发展趋势。侃弟今天就给大家做一些简单的梳理。

为了大家能过更好的理解下文的内容首先我们了解一下气门正时的原理。

气门正时是指气门开启和关闭时机，由于气流惯性，为了最大限度发挥发动机效率，气门开启时机通常不在活塞行程的止动点，进气门开启早于排气行程上止点，关闭晚于进气行程下止点；排气门开启早于做功行程下止点，关闭晚于排气行程上止点。

进气门早于排气行程上止点开启，作用是为了在进气行程开始时进气门能有较大的开度或较大的进气通过断面，以减小进气阻力，使进气通畅。进气门晚于进气行程上止点关闭，是为了充分利用进气气流的惯性，在进气迟后角内继续进气，以增加进气量。

排气门早于做功行程下止点开启，作用是是为了在排气门开启时气缸内有较高的压力，使废气能以很高的速度自由排出，以在极短时间内排出大量废气。排气门晚于排气行程上止点关闭，是为了利用废气流动的惯性，在排气迟后角内继续排气，以减少气缸内的残余废气。

上边是比较专业的解释，如果有不懂发动机技术的看官，那么请接着看下边。

我们可以将发动机的气门比作是一个水龙头，水龙头角度开启的大小和时间长短，决定了水的流量。水龙头开启的角度越大，开启的时间越长，流出来的水就越多。同样的道理用于发动机上，就产生了气门升程和正时的概念。气门升程就好象水龙头角度开启的大小，气门正时就好像水龙头开启的时间。以立体的思维观点看问题，在汽车上气门开启的大小和时间长短就决定了在单位时间内的进气量。排气也是同样的道理。

1、VTEC技术

VTEC是本田开发的发动机技术，也是世界上第一个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。VTEC的全拼是（Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System）意思是“可变气门配气相位和气门升程电子控制系统”。与普通发动机相比，VTEC发动机的不同之处在于它凸轮与摇臂的数目及控制方法。

最基本的原理是它有中低速用和高速用两组不同的气门驱动凸轮，并可通过发动机转速需要，电子控制系统的调节进行自动转换。

通过VTEC系统装置，发动机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、降低油耗及减少污染的目的。目前本田车型都使用i-VTEC(智能可变气门配气相位和气门升程电子控制系统)。

代表车型：本田飞度

以本田飞度的1.5L发动机为例，最大输出达到了131匹马力，油耗却可以低至百公里5.3L，实力不可谓不强悍。

2、可变进气歧管技术

可变进气歧管技术一般分为可变进气管截面技术和可变进气管长度技术。

可变进气管长度技术

该技术可以使发动机在不同转速下具有不同进气路径，从而满足发动机在不同工况下对进气量的不同需求。在发动机低转速时，采用较长的进气路径，形成进气谐波效应扩充进气量，提高发动机的功率输出。

当发动机高速运转的时，需要更大量的进气。此时采用短的进气管，空气直接的进入气缸，增加进气效率。

采用可变进气歧管技术的目的是优化发动机整个转速范围内的扭矩曲线，同时改善加速性能和响应性，从而使发动机在不同工况的动力性、燃油经济性和排放水平达到和谐统一。

代表车型：奥迪A6L

可变进气管截面技术

我们知道，当发动机低转速运转时，气门的开启行程比较短，进气门开启面积比较小，使得进气的流速增加，让燃油和空气更加完美的混合。而高转速时发动机做工时间比较短，气门需要设置成长行程开启。在这个过程中，活塞向下移动，使气缸产生“负压”效果，会使进气流速同步加快，从而实现不同工况下都比较合理的燃烧效果。那么除了气门，进气歧管就不能达到同样的效果吗?

工程师从流体力学的原理获得灵感，管道的截面积越大，流体压力越小;管道截面积越小，流体压力越大。举个例子：小时候我们都玩过自来水管，将水管前端捏扁，自来水的压力会变得非常大，流速也会变快。

根据这一原理，发动机需要一套机构，在高转速时使用较大的进气歧管截面积，提高进气流量;在低转速时使用较小的进气歧管截面面积，提高气缸的进气负压，也能在气缸内充分形成涡流，让空气与汽油更好的混合。

基本原理是发动机中低速工作的时候转换阀关闭，进气道采用较长的细管道。高速工作的时候转换阀打开，两个进气管同时工作。增加进气的截面积。

代表车型：奥迪Q7 （4.2L V8发动机）

3、VVT-i技术

VVT-i是Variable Valve Timing-intelligent的缩写，它代表的含义就是智能正时可变气门控制系统。这种机构是保持进气门开启持续角不变，改变进气门开闭时刻来增加充气量。一般汽车凸轮轴由曲轴刚性连接，凸轮轴带动进气门的开闭时间都是固定的，使用VVT的车型在凸轮轴顶端会有一个调节电机，当高转速的时候可以改变凸轮轴的角度，实现提前开启进气门的效果。

这样可以提高进气效率，实现了低、中转速范围内扭矩的充分输出，保证了各个工况下都能得到足够的动力表现。

代表车型：丰田凯美瑞、卡罗拉等

4、偏置曲轴技术

曲轴偏置等于活塞偏置,这是曲柄连杆机构的一种形式。即活塞往复运动所在的轴线的延长线不经过曲轴中心，可以使燃烧更充分，举个例子就像自行车脚踏板转过顶点之后再用脚发力就省劲很多了。曲轴偏置技术使得活塞在最上止点的时候，连杆和曲轴的中心点之间已经形成一个夹角，方便做工冲程的燃烧。

代表车型：宝马z4

5、TFSI（缸内直喷分层稀薄燃烧）

FSI是汽油发动机领域的一项全新技术，它配备了按需控制的高压燃油供给系统，然后通过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。通过进气道的翻板设计使得进气产生可变涡流，配合喷油时间精确控制，使得火花塞周围有较浓的混合气，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。

代表车型：奥迪A7

6、MDS：（可变排量发动机）

这套系统可以使发动机的某个或几个汽缸停止工作，根据不同的工况和功率要求，使用满足所需的排量。这种技术在如今的电控发动机上实现并不是很难，最简单的就是切断指定汽缸的喷油嘴和点火的工作。这种技术最适合多汽缸的发动机，在不影响驾驶者追求大排量加速刺激时，又有效降低了堵车时的燃油消耗。

代表车型：克莱斯勒300

克莱斯勒300搭载的V8HEMI发动机MDS系统能够在40毫秒（0.04秒）内从8缸转变为4缸进行工作。

7、可变压缩比技术

比起VVT可变气门正时，AVS可变气门行程和PDA可变进气歧管技术，这些大量使用技术，发动机还有一项“可变”技术，目前量产车里十分罕见，这就是“可变压缩比技术”。 例如法国MCE—5、日产VCR可变压缩比发动机，通过可变的曲轴高度来达到目的，简单的说，曲轴位置是可以调节的。根据发动机转速和工况来提高或者降低曲轴到达缸盖的距离改变压缩比。除了日产的VCR可变曲轴的结构，还有Multi-link连杆机构的结构，还有可变缸盖结构，可变活塞顶结构，可变Conrod连杆结构，偏心轮等等多种方式改变压缩比。

另外还有萨博的SVC可变压缩比发动机等。

代表车型：英菲尼迪QX50

8、QAMFREE（无凸轮轴发动机技术）

大家都知道传统的气门控制都是要有凸轮轴驱动的，这样的间接传动，不管其中的配气机构技术再怎么革新都会有气门开闭角和相位的延迟。所以科尼塞克注资的FreeValve公司最早开始研制无凸轮轴技术，换成了以液压和气动系统驱动的气门执行器，用气门执行器控制发动机的进排气气门。理论上可以提供45%功率提升、47%的扭矩提升。

目前没有量产车型，只有搭载了QAMFREE的观致3的试验样车。

侃弟总结

内燃发动机从诞生之初基本原理就已经定型，但是在一百多年来历代工程师的不懈努力下，发动机工作逐步从粗放变得精细，对于燃烧的控制越来越细微，而实现这些的就是对于进排气、点火时间等的精确控制。目前，新能源汽车发展的力度很大，但是有很多内燃机工程师认为发动机还有很大提升空间，在燃油效率和排放方面可以做得更优秀，比如使用电控模块气门执行器理论上肯定比机械式凸轮轴控制要精确，只是在可靠性方面还有待验证。发动机在短时间内还会是主流动力源，相信还会有更多的先进技术涌现出来。

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