原創(chuàng)  汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀與未來發(fā)展(一)

　　內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明，帶動(dòng)了汽車的發(fā)展，給世人在“行”上帶來極大的便利，使得窨距離縮小，人們的工作速度得以提高。近年來隨著電子技術(shù)的發(fā)展，又使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)如虎添翼，成為高新技術(shù)的集成。 　　汽車用內(nèi)燃機(jī)作動(dòng)力并發(fā)展成為支柱產(chǎn)業(yè)，在歷史上有幾次革命性的進(jìn)步，第一次是石油作為內(nèi)內(nèi)燃機(jī)的燃料，這使發(fā)動(dòng)機(jī)擺脫了最初建立在煤氣為燃料基礎(chǔ)上的固定式發(fā)動(dòng)機(jī)，從而邁向移動(dòng)式的車用動(dòng)力。第二次革命是汽車生產(chǎn)的工業(yè)化。第三次是電子技術(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)相結(jié)合。電子技術(shù)最初在汽油機(jī)上的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)電子點(diǎn)火，然后到電控燃油噴射，至今天點(diǎn)火和噴射的集成管理。 　　短短幾十年，發(fā)動(dòng)機(jī)成為高新技術(shù)的集成。無論是燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、廢氣排放水平等等，是任何一種其他動(dòng)力機(jī)械所無法比擬的。這一切都來源于電子技術(shù)發(fā)揮的作用。 　　電子技術(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代化的靈魂 　　汽油機(jī)的燃油電子噴射 相比于過去采用的化油器，燃油電子噴射系統(tǒng)可以的燃油計(jì)量精確度上有較大幅度的提高。因此，采用電子控制燃油噴射的汽油機(jī)，其經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性有很大的提高，使對(duì)混合氣濃度要求的三效催化轉(zhuǎn)化器降低排放成為可能。 　　電子控制燃油噴射從單點(diǎn)式發(fā)展到多點(diǎn)式。這使汽油機(jī)不僅在動(dòng)力性上仍舊能保持其密度的特點(diǎn)，而且其燃油性幾乎可以和柴油機(jī)相媲美。有人甚至稱汽油直接噴射是汽油機(jī)的一次革命。汽油直接噴射技術(shù)已經(jīng)在日本三菱、豐田和日產(chǎn)的一些發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用。歐洲的一些汽車公司如德國大眾、法國雷諾等也在發(fā)展之中。 　　汽油機(jī)點(diǎn)火和管理系統(tǒng) 汽油機(jī)是電火花點(diǎn)燃混合氣的點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。火花的發(fā)生過去是依靠點(diǎn)火系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)械式白金斷電器來完成的。斷電器在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下很容易磨損并燒蝕，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)失火，造成動(dòng)力性下降和有害排放物激增的后果。 　　采用電磁式或霍爾式無觸點(diǎn)的斷電器便徹底解決汽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中動(dòng)力下降的排放增加的難題，也大大地減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的維修和保養(yǎng)工作�，F(xiàn)代的高性能汽油機(jī)已經(jīng)毫無例外地采用了電子控制的無觸點(diǎn)點(diǎn)火系統(tǒng)。 　　汽油機(jī)的可變氣門定時(shí)和升程系統(tǒng) 發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門是控制進(jìn)氣與換氣過程的基本機(jī)構(gòu)，主要的控制參數(shù)是氣門定時(shí)和升程。對(duì)應(yīng)于一定的運(yùn)行工況，要求的定時(shí)和升程各不相同。但一般發(fā)動(dòng)機(jī)一經(jīng)制造出后，氣門機(jī)構(gòu)的定時(shí)和升程便不能改變，這勢(shì)必造成部分工況不能在最優(yōu)的狀態(tài)下，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放品質(zhì)達(dá)到最優(yōu)。 　　以日本本田思域車用發(fā)動(dòng)機(jī)為例，1.5升排量、非增壓的直列4缸汽油機(jī)，采用VTEC系統(tǒng)后，功率由70kW提高至100kW。目前正在發(fā)展的完全電子控制的氣門機(jī)構(gòu)，可以取消汽油機(jī)的節(jié)氣門，進(jìn)氣量大小完全由氣門定時(shí)和升程決定。這樣可以使汽油機(jī)燃料經(jīng)濟(jì)性再提高一步。 　　柴油機(jī)的高壓共軌噴射和可預(yù)噴的泵噴嘴技術(shù) 柴油機(jī)的高壓噴射是實(shí)現(xiàn)高動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和低排放的關(guān)鍵。但柴油機(jī)的工作噪聲比較大一直是限制其發(fā)展的主要障礙。燃油預(yù)噴是解決柴油機(jī)燃燒噪聲的關(guān)鍵電子控制的高壓共軌噴射和預(yù)噴的泵噴嘴技術(shù)已經(jīng)可以成功解決這一難題。目前國際上已經(jīng)發(fā)展了可以將少部分燃油預(yù)先噴進(jìn)氣缸，這樣便大幅度降低了燃燒噪聲，甚至可以與汽油機(jī)相媲美。 　　這一技術(shù)使柴油機(jī)從大量應(yīng)用于固定動(dòng)力裝置和載重車，進(jìn)到汽油機(jī)傳統(tǒng)的轎車領(lǐng)域。在歐洲，截止到2000年，已經(jīng)有近30%的轎車采用柴油機(jī)作動(dòng)力。其中應(yīng)有相當(dāng)數(shù)量采用上述燃油噴射系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上發(fā)展的100公里僅耗油3升的轎車，就是采用帶預(yù)噴的電控泵噴嘴燃油噴射系統(tǒng)。 　　噴嘴截面可調(diào)的增壓器 廢氣渦輪增壓技術(shù)是上世紀(jì)60年代后得到大量應(yīng)用的技術(shù)，不僅可以大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出，而且可以相應(yīng)地減少燃油消耗。目前這一技術(shù)在柴油機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。歐美的柴油機(jī)約95%都采用廢氣渦輪增壓。 　　但是增壓器自身的質(zhì)量使加速響應(yīng)和低速性能受到影響，造成低速扭矩下降、排煙增加。要想彌補(bǔ)這一缺陷，簡單的方法是犧牲高速性能或犧牲一定的經(jīng)濟(jì)性，變截面噴嘴技術(shù)便解決了這個(gè)難題。采用這項(xiàng)技術(shù)，低速時(shí)減少噴嘴截面減小排氣阻力，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性得到大幅度提高，廢氣排放品質(zhì)也相應(yīng)得到改善。 　　廢氣再循環(huán)技術(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程中以空氣為助燃劑，空氣中的氮?dú)鈺?huì)在燃燒中與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的氮氧化物（NOx），限制發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放物NOx就是其中之一。為了降低NOx排放，最有效的措施之一就是將一部分廢氣再次返回進(jìn)氣中參加燃燒以降低燃燒溫度，同時(shí)也減少了NOx的排放。問題是廢氣怎樣加入才會(huì)既不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作，而又達(dá)到降低NOx排放的目的。 　　比如汽油機(jī)，部分負(fù)荷時(shí)本來就有大量廢氣留在缸內(nèi)，增加廢氣將會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)工作不正常，有害排放物增加，因此，廢氣再循環(huán)只有在一部分工況時(shí)工作才能實(shí)現(xiàn)其降低NOx排放，同時(shí)不影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作的目的。電子控制技術(shù)提供了這種可能。目前先進(jìn)工業(yè)國的汽車為了滿足歐洲Ⅲ號(hào)以上的排放法規(guī)，無論是汽油機(jī)還是柴油機(jī)都采用電子控制的廢氣再循環(huán)技術(shù)。 　　如此等等可以見到，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的幾乎所有最新技術(shù)都與電子技術(shù)緊密結(jié)合，電子技術(shù)是使發(fā)動(dòng)機(jī)成為當(dāng)今集高新技術(shù)于一身的高技術(shù)產(chǎn)品的靈魂。目前已有電動(dòng)風(fēng)扇取代機(jī)械風(fēng)扇，將來會(huì)以電動(dòng)水泵取代機(jī)械水泵，將會(huì)把起動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和飛輪合成一體，氣門也采用電動(dòng)，汽油機(jī)不再需要節(jié)氣門。 　　這樣汽車的冷車加熱時(shí)間更短，運(yùn)行中的剎車能量、下坡能量都能得以回收，將會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)更加經(jīng)濟(jì)。未來的發(fā)動(dòng)機(jī)除還繼續(xù)需要燃料燃燒，還需要曲柄連桿機(jī)構(gòu)輸出動(dòng)力之外，其余的部件均可以由電子、液壓來控制，成為真正的機(jī)、電、液一體化的產(chǎn)品(姚春德).