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机械增压和涡轮增压相结合的双增压技术 以前，大众汽车系列主要应用涡轮增压技术，而奔驰汽车系列主要应用机械增压技术。这两种增压方式可以说各有优缺点。 最早的机械增压系统出现在20世纪20年代的格兰披治（GrandPrix）赛车上，机械增压系统让当时的汽车动力输出得到了大幅提升。机械增压器是由发动机曲轴经齿轮增速器驱动的一种增压装置。发动机在运行时，气缸内的油气混合气燃烧推动活塞做功进而带动曲轴旋转，与此同时，曲轴驱动机械增压器的转子旋转，能够达到增大进气压力和加快空气流动速度的目的，使更多的空气进入发动机进气歧管。由于进气量的增加，可相应地增加供油量，从而可以增加发动机功率。机械增压能有效地提高发动机功率，尤其是低速增压效果更好。另外，机械增压器与发动机容易匹配，结构也比较紧凑。但是，由于驱动机械增压器需要消耗发动机功率，因此燃油消耗率比非增压发动机略高。 涡轮增压也称废气涡轮增压。1912年，世界上第一台废气驱动的增压器正式问世。不过，这项技术最初并未用于汽车行业，而是应用于船舶、航空领域。1961年，小轿车开始尝试性地安装增压器，瑞典萨博汽车公司是第一家把涡轮增压器成功批量应用到汽车产品上的汽车制造商。涡轮增压的优点是在发动机转速较高时增压效果显著，燃油经济性也比机械增压和非增压发动机要好，并且可大幅度地降低有害气体的排放和发动机的噪声。其缺点是由于叶轮本身的惯性作用导致涡轮增压器在发动机转速较低、废气能量不足时无法有效工作，致使涡轮增压器的响应时间滞后，也就是我们通常所说的“涡轮迟滞”现象，这也直接导致车辆在低速行驶时发动机功率增加不明显。而且在发动机工况连续发生变化时，涡轮增压器瞬时响应速度较慢，致使汽车的加速性，尤其是低速加速性能较差。 涡轮增压加机械增压则去除了各自的缺点，实现了优优组合。它的特点是：由1个涡轮增压器和1个机械增压器共同组成的双增压系统发动机，同时具备了涡轮增压系统和机械增压系统的双重技术优势，并且使整合在一起的这两种不同类型的增压系统实现了优势互补。发动机在较低转速下运行时，由机械增压器提供绝大部分的增压压力，发动机输出功率的增加主要来自于机械增压系统，此时涡轮增压器由于涡轮迟滞，增压效果并不明显。待发动机转速上升时，涡轮增压器的增压效果开始增强，并与机械增压器共同为发动机功率的增加提供所需的增压压力。 随着转速的不断提高，涡轮增压器的增压效果也在不断增强，与此同时，机械增压器的增压效果开始逐渐减弱。当发动机转速超过3 500r/min时，由涡轮增压器提供全部的增压压力，发动机输出功率的增加全部来自于涡轮增压系统，此时机械增压器已经停止工作，以防止消耗发动机功率。应该说，双增压系统发动机很好地解决了机械增压系统燃油经济性较差和涡轮增压系统在低转速时容易产生涡轮迟滞现象的问题。目前，大众公司在第6代高尔夫车型上装备了涡轮增压与机械增压相结合的双增压技术，奥迪、奔驰、宝马等均有部分新车型采用了双增压技术。 双涡轮增压技术 双涡轮增压技术，就是采用2个相互独立的涡轮增压器的增压系统。传统的单涡轮增压器在发动机低转速时有增压滞后和动力空挡的缺点，而区别于常见的单涡轮增压发动机，双涡轮增压发动机在2个涡轮增压器的共同作用下，进气效率大幅提升，增压效果更加显著。由于使用了2个涡轮增压器，双涡轮增压系统的结构变得更加复杂，因此多用于直列6缸和V型发动机上，而单涡轮增压系统则多用于直列4缸发动机上。2014年，大众率先推出了最新开发的2.0L TDIbiturbo双涡轮增压直喷发动机。双涡轮增压器由一个大涡轮和一个小涡轮组成，低速时小涡轮运转，高速时大涡轮运转，从而获得更多的进气量，他们是串联或者并联的。大众2.0L TDI biturbo最大功率为180kW，峰值转矩500N·m，与之搭配的是7速DSG变速器。搭载这款发动机的全新车型0?100km/h加速时间在6.1s之内。 大众双涡轮增压器，在任何转速下均可产生所需要的充气压力，性能比传统的单涡轮增压器大大提高，改善了发动机的适应性，发动机转速较低时也可以保证大功率的输出。由于发动机进气压力始终处于最佳状态，从而在整个转速范围内提高了燃烧效率，节约了燃油并改善了排放。 由于双涡轮增压发动机在车辆动力性能提升和发动机动态响应速度方面所表现出来的突出优势，目前，包括宝马在内的多家汽车厂商也都已经在各自旗下的车型上采用了双涡轮增压的形式。 据悉，长城也已开发了双涡轮增压发动机。该机型采用了直列6缸双涡轮增压技术，排量为3.0L，分为汽油机和柴油机版，未来有望搭载到长城旗下多款车型上。 但是，双涡轮增压发动机并不能完全消除涡轮迟滞现象，毕竟，涡轮增压器叶轮的惯性作用依然存在。只不过，我们仅是从双涡轮增压技术的角度出发来进行分析，在实际使用中，双涡轮增压发动机通常都装备在直列6缸或V型等排量较大的发动机上，由于发动机本身的动力性能已经相当优异，驾驶者在驾车时也不会因为涡轮迟滞察觉到车辆在加速过程中的动力滞后。 缸内直喷技术 缸内直喷技术是近年来推广应用的发动机新技术。传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮位置以及发动机各相关工况，从而控制喷油器将汽油喷入进气歧管。汽油在歧管内开始混合，然后再进入到气缸中燃烧，空气跟汽油的最佳混合比是14.7/1（也叫理论空燃比）。传统发动机由于汽油跟空气是在进气歧管内混合，所以只有均匀地混合在一起，达到了理论空燃比，才能获得较好的动力性和经济性。但由于喷油器与燃烧室有一定的距离，汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大，并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上，因此真正实现理论空燃比很难，这是传统发动机无法解决的一个问题。要想解决这一难题，就必须把燃油直接喷射到气缸中去，这就是燃油直喷发动机可以做的。直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个活塞泵提供所需的100bar（1bar=105Pa）以上的压力，将汽油提供给位于汽缸内的电磁喷射器。之后通过电脑控制喷射器，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，让混合气能产生较强的涡流，使空气和汽油充分混合。然后使火花塞周围区域能有较浓的混合气，其他周边区域有较稀的混合气，保证在顺利点火的情况下尽可能的实现稀薄燃烧，这就是发动机分层燃烧、缸内直喷技术的精髓所在。 发动机缸内直喷技术最大地优化了进气混合效率，使高效节油和大功率输出不再矛盾。奥迪FSI（分层燃烧和缸内直喷技术）增大了火花塞点燃式发动机的转矩和输出，同时增加了15%的经济性，为降低排放奠定了基础。与常规的点燃式发动机相比，FSI可将燃油直接喷入燃烧室，不再需要节气门，降低了发动机的热损失，从而增大了输出功率并降低了燃油消耗。具体地说，就是燃料分层喷射技术，它代表着今后发动机的发展方向。 2014年，丰田推出了全新凯美瑞车型，其中2.0L车型搭载了丰田最新研发的双喷射系统直喷发动机。其核心包括D-4S双燃油喷射系统、VVT-iW可变气门正时智能广角系统、水冷EGR再循环系统和超高压缩比等技术。顾名思义，D-4S双燃油喷射系统就是除了缸内直喷的喷嘴外，在进气歧管内还设计了一个喷嘴。发动机冷启动时，采用进气歧管喷射；低中负荷时，采用混合喷射，提升转矩，降低油耗；高负荷时，采用缸内直喷，提升功率。通过双喷射系统，直喷发动机的积碳问题也得到了很好的解决。搭载这款动力引擎的2.0L凯美瑞车型最大功率123kW，峰值转矩达到199N·m，综合工况油耗仅为7L/100km。 一般而言，应用了缸内直喷技术的发动机要比同排量的多点喷射发动机的峰值功率提升10%?15%，而峰值转矩能提升5%?10%。这样的提升，可谓是一种质变，而单靠增加气门数量是难以达到这一效果的。 混合动力技术 混合动力一般是指油电混合动力，即燃料（汽油、柴油等）和电能的混合。 混合动力汽车是由电动机作为发动机的辅助动力驱动汽车。混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式。优点在于车辆启动停止时，只靠电动机带动，不达到一定速度，发动机就不工作，因此，便能使发动机一直保持在最佳工况状态，动力性好，排放量很低。而且电能的来源都是发动机，只需加油即可。 混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。经过十多年的发展，混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电动机和变速器一体化结构发展，即集成化混合动力总成系统。混合动力总成以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等三种。混合动力汽车的燃油经济性能高，而且行驶性能优越，混合动力汽车的发动机要使用燃油，而且在起步、加速时，由于有电动机的辅助，所以可以降低油耗，简单地说，就是与同样大小的汽车相比，燃油费用更低。而且，辅助发动机的电动机可以在起动的瞬间产生强大的动力，因此，车主可以享受更强劲的起步、加速。同时，还能实现较高水平的燃油经济性。 混合动力的技术概念和专利授权，最早是在中国国家专利局实现的。1997年1月27日，国家专利局受理了中国第一个有关混合动力车的专利申请。但遗憾的是，世界上第一辆混合动力技术的汽车——丰田普瑞斯，1997年底在日本诞生了。据了解，主要是受当时中国的经济发展水平和制造业条件限制，这个新概念和技术没有机会在中国发展起来。1997年12月，第一款量产混合动力车普锐斯推向日本市场，当年售出18 000辆。2007年5月17日，丰田混合动力车全球累计销售突破100万辆。2013年，全球混合动力汽车已经达到700万辆。2014年，大众、奥迪、通用、本田、丰田、宝马、奔驰、现代、上汽、江淮、比亚迪等汽车公司更是推出了上百款混合动力汽车。 缸盖和排气歧管一体化设计 当人们打开汽车前机盖，首先映入眼帘的就是发动机，尤其是位于缸盖上的几根弯曲的管子格外显眼，这就是发动机排气歧管。应该说，伴随着发动机的诞生，排气歧管也有上百年历史了。但最近一种奇迹出现了，上海通用科鲁兹全新一代Ecotec发动机上，排气歧管竟然不见了，1.4T的涡轮直接固定在缸盖上。原来全新一代Ecotec发动机采用了缸盖和排气歧管一体化设计，一体化设计除了可降低发动机重量，还有助于提升车辆效率，使前后重量更加平衡，提升操控反应和驾驶感受。另外，一体化设计的铸铝缸盖，整合了水冷排气歧管，使得暖机过程更快，从而降低排放；同时不再需要在排气接口处安装密封衬垫，提高了耐用性；同时，发动机舱的空间布置也更为高效。受益于缸盖和排气歧管的一体化设计，涡轮增压器可以安装的更靠近发动机，反应更快，从而大大降低涡轮增压系统所固有的迟滞现象。 有关专家表示，把排气歧管置于缸盖之内，使发动机结构更为紧凑和整洁。好处还有缸盖内的水冷系统可以快速降低排气温度，使到达增压器的废气温度大大降低，使增压器的工作温度随之降低，大大提升了进气效率，在发动机高负荷情况下效果尤其显著。另外，非常有利于寒冷地区冷启动时的快速升温，让排气热量也能更好地被空调暖风系统等设备使用，提升了发动机的热效率。另外，耐高温涡轮增压器与缸盖集成排气歧管共同作用下，在高转速时取消了用于保护涡轮的全负荷工况，因此，在正常行驶工况以及以运动方式驾车过程中，还能够明显降低燃油消耗。 可变气门升程技术 近几年，日产、宝马、本田、大众等国外公司以更为精巧的设计，率先推出了发动机连续可变气门升程技术（VVL），实现了气门升程的无级可调。 传统的汽油发动机的气门升程是固定不可变的。而可变气门升程技术则可使发动机在高速区和低速区都能得到满足需求的气门升程，从而改善发动机高速功率和低速转矩。具体说，在发动机高转速时，采用长行程来提高进气效率，让发动机的呼吸更顺畅；在低速时，采用短行程，能产生更大的进气负压及更多的涡流，让空气和燃油充分混合，因而提高低转速时的扭力输出，大幅降低油耗，减少污染。 除了日产、宝马、本田、大众等公司多款车型采用了可变气门升程技术外，近年来，比亚迪等自主品牌也开始推广应用可变气门升程技术。比亚迪在其推出的BYD473QE发动机上使用了VVL系统，并将其运用在比亚迪F3、L3、G3车型上。工信部公布的轻型汽车燃油消耗量通告中，比亚迪以上车型获百公里综合工况油耗为6.2L，被确定为经济节油类车型。 发动机自动启停技术 发动机自动启停系统是这几年来发展较快的汽车环保技术，特别适用于走走停停的城市拥堵路况。它是指在车辆行驶过程中临时停车（例如等红灯）的时候发动机自动熄火。当需要继续前进的时候，系统自动重启发动机的一套系统。它的核心技术在于自动控制熄火和起动，这项技术可以有效降低发动机怠速空转的时间，这在城市走走停停的交通状况下可以一定程度降低排放，提高燃油经济性。 发动机自动启停系统的工作原理是，当车辆因为拥堵或者路口停止行进。驾驶员踩下制动踏板，停车摘挡。这时候，Start/Stop系统自动检测：发动机空转且没有挂挡；防锁定系统的车轮转速传感器显示为零；电子电池传感器显示有足够的能量进行下一次起动。满足这三个条件后，发动机自动停止转动。而当信号灯变绿后，驾驶员踩下离合器，随即就可以起动“启动停止器”，并快速地起动发动机。在自动挡车型上，只要一松开刹车，或者转动方向盘，发动机又会马上自动点火，立即又可以踩加速踏板起步，整个过程都处于D位状态。 目前该技术已出现在众多车型上，不单是奔驰、宝马、等豪华车上已采用，新君越、新款马自达、荣威、帝豪等也采用了该技术。根据调查显示：2014年，中国市场大约7%的新车型搭载了这项技术，大概为140万辆，是2013年的6倍，增长势头很猛。而据外媒报道，福特汽车计划在2017年实现旗下70%的车型采用发动机自动启停技术。 柴油车高压共轨技术 随着排放的不断升级，目前，高压共轨技术已在全球的柴油车上得到了广泛推广应用，近年来配套量已达3 000多万套，尤其是欧洲的商用车普及率已达90%以上。近年来，高压共轨技术在中国重型载货车及大型客车上也得到了较快推广，未来几年有望在中型载货车上得到应用。 高压共轨（Common Rail）电喷技术是指在高压油泵、压力传感器和电子控制单元（ECU）组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。它由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管（Rail），然后通过公共供油管内的油压实现精确控制，进而大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化带来的燃烧不充分。请关注我们的微信号： auto1950 。相对于其他燃油喷射系统，共轨燃油喷射系统有如下特点：在燃油定量和喷油定时方面实行全电子和柔性控制；喷油规律曲线形状可以比较自由地调整；优化的、可达到1 800?2 500bar喷油压力控制；能实现每个工作循环多达七次的燃油喷射；具有高度的紧凑性和较低的高压油泵驱动转矩。 数据表明，采用高压共轨技术的柴油机，燃烧效率可达45%，而汽油机的燃烧效率仅为35%左右。德国联邦汽车运输管理局（KBA）对大量柴油机的测试表明，同排量共轨柴油机比汽油机节油30%～35%；而与传统的柴油发动机相比，又有着出色的舒适性和环保性；高压共轨柴油机排放可达欧Ⅵ水平。 小型机、轻量化技术 当前，迫于国际环保和节能的需要，轻量化已成为世界汽车发展的潮流。实验证明，若汽车整车质量降低10%，燃油效率可提高6%?8%；汽车整备质量每减少100kg，百公里油耗可降低0.3?0.6L。发动机在汽车上占有较大比重，因此，小型机轻量化技术无疑成为了行业关注的焦点。 最早倡导发动机小型化的是以大众汽车为代表的欧洲汽车厂商，并逐步得到了一些日本汽车厂商的响应，因此，多种尺寸更小的1.6L、1.4L、1.2L、1.0L甚至排量更低的发动机不断推向市场投入广泛应用。 目前，小型发动机已是世界大部分乘用车厂商和发动机厂家的共识，即使对油耗不太在意的美国市场近些年也悄然更换大排量发动机，采用更小的增压发动机，通用、福特等汽车厂商也都在积极开发小排量发动机，部分产品已投产，以迎合市场需求和法规要求。 在发动机小型化的历程中，大众汽车的1.4L TSI双增压直喷发动机、菲亚特的875cc直列双缸TwinAir汽油机以及福特全新的1.0 LEcoBoost三缸直喷增压发动机等，都留下了历史的光彩。大众1.4TSI涡轮增压直喷汽油发动机，拥有更小的体积、更轻的质量和更出色的动力输出，成为了当前技术领先、节能环保的热门发动机。原在帕萨特等车型中广泛应用的5缸2.5L自然吸气发动机将逐渐被四缸发动机取代。 上汽通用五菱全新开发的宝骏630搭载1.5L发动机，该发动机是上汽通用五菱采用通用技术，专为新一代乘用车产品开发的一款小型轻量化、动力强劲、节能低耗的高效率发动机总成。 此发动机为16气门双顶置凸轮轴（DOHC）自然吸气机型，采用了多种轻型材料组合的轻量化结构，发动机质量仅为110kg。该款发动机采用了可变进气歧管、外部EGR系统、齿形静音链条正时传动系统、分离式强制通风系统、低张力活塞环等先进技术设计方案，实现了发动机性能的全面提升。 宝骏630搭载的1.5L发动机最大功率81kW/5 800r·min-1，最大转矩146N·m/4 200r·min-1，升功率为54.5kW/L，均高于同级别1.5L排量发动机， 甚至达到1 . 6 L 级别。 轻量化的铝铸件近年来在汽车发动机上也得到了广泛应用。尤其是日本，铝铸件的76%、铝压铸件的77%为汽车铸件。铝合金铸件大量应用于发动机缸体、缸盖、活塞、进气歧管、摇臂、发动机悬置支架、发动机散热器等部件上。另外，铝镁合金、镁合金、钛合金、铝基复合材料等也开始在汽车发动机上得到推广应用。这些新技术都为汽车节能减排、提高效率奠定了良好基础。。（来源：汽车工艺师 作者：百川） |
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