汽車構造中汽車發動機技術及其新進展探析

隨著社會生活水平的提高，交通運輸體系的日漸完善，汽車數量也在不斷增加，而汽車發動機是汽車的核心系統，為汽車提供動力，汽車性能很大程度上由發動機性能決定。在環保節能理念深入人心的形勢下，對汽車發動機技術提出了新要求。下文就將了解汽車發動機的總體構造，探討新形勢下汽車發動機技術的新進展。
汽車發動機的總體構造：
汽油機通常由兩大機構、五大系統組成。即曲柄連桿機構、配氣機構，燃料供給系、點火系、潤滑系、冷卻系和啟動系。柴油機與汽油機基本相同，主要不同在于柴油機的燃料供給系與汽油機的有很大差別，此外柴油機沒有點火系。
1、汽車發動機機械系統方面新技術
1.1雙阻尼減震飛輪技術
雙阻尼減震飛輪技術能夠將汽車空檔齒輪噪聲有效降低，同時使得手動變速更為順暢、穩定，換擋效果更佳。雙阻尼減震飛輪技術是將原本的飛輪分為兩部分，其中一部分與離合器壓盤相連接，用以將變速器轉動慣量提高，另一部分則與發動機曲軸相連接用以將發動機轉動扭矩啟動和傳遞。兩個部分之間由彈簧減震器相連形成整體。依靠飛輪的能量儲存和釋放，使發動機運轉更加平穩。雙阻尼減震飛輪技術如圖1。

圖1 雙阻尼減震飛輪
1.2缸蓋集成排氣歧管技術
缸蓋集成排氣歧管技術是將排氣歧管集成于氣缸蓋內。一方面有助于節省材料，縮小體積，減輕重量，使整車重心降低。另一方面，排氣歧管與缸蓋水套的熱交換，能在發動機冷啟動狀態下快速提升發動機的工作溫度；同時排出的尾氣還能加熱進氣歧管的氣體，提高燃燒效率，從而達到降低排放，節省燃油的目的，是一項環保節能型技術。
再就是，排氣歧管與缸蓋水套的熱交換在降低排氣溫度同時，也降低了渦輪增壓發動機中渦輪增壓器的進氣溫度，汽車廠家可以相比之前可更進一步的提高渦輪的增壓值，從而提升新發動機的動力水平。同時，由于內置式氣缸蓋排氣歧管縮短了與渦輪增壓器的氣路長度，理論上讓渦輪增壓器擁有更快的響應速度。
1.3廢氣渦輪增壓技術
該技術的應用原理是充分借助發動機排氣能量將廢氣渦輪增壓器進行驅動，從而達到內燃機增壓效果。具體流程是：發動機排出的廢氣—通過排氣管進入到渦輪增壓器—增壓器中渦輪轉速提升—帶動壓氣機葉輪高速旋轉—壓氣機產生壓縮空氣—壓縮空氣經進氣歧管進入氣缸，實現增壓。與同排量自然吸氣發動機相比較，增壓發動機進氣量更大，動力性好。傳統的汽油機在增壓之后因為缸內混合氣壓縮與燃燒氣體的壓力、溫度導致燃燒室當中受熱零件熱負荷的增加，容易導致爆震燃燒的出現，這也限制了增壓技術在汽油機中廣泛應用的最主要因素，缸內直噴技術有效解決了這個問題，增壓發動機已經成為汽車發動機發展的主流，技術前景廣闊。
2、汽車發動機電子控制系統方面新技術
2.1自動啟停技術（Start-StopSystem）
“自動啟停”系統其實就是一套控制發動機熄火或點火的系統，核心在于行駛過程中根據車速和停車時間，自動控制發動機熄火或點火，盡量減少怠速時產生的燃油消耗并降低排放，主要適用于城市交通中等待信號燈或是堵車時。發動機熄火后，電源還能取代皮帶輪對發動機冷卻風扇及車內空調提供運轉動力。
其原理是，當車輛因為擁堵或者路口停車，駕駛員踩下制動踏板，停車摘擋。這時，Start/Stop系統自動檢測:發動機空轉且沒有掛擋；防鎖定系統的車輪轉速傳感器顯示為零；電子電池傳感器顯示有足夠的能量進行下一次啟動。滿足這三個條件后，發動機自動停止轉動。而當信號燈變綠后，駕駛員踩下離合器，隨即就可以啟動“啟動停止器”，并快速地啟動發動機。在自動擋車型上，只要一松開剎車，或者轉動方向盤，發動機又會馬上自動點火，立即又可以踩油門起步，整個過程都處于D檔狀態。
2.2缸內直噴技術
缸內直噴是指將燃油噴嘴安裝于氣缸內，直接將燃油噴入氣缸內與進氣混合。高壓噴射霧化更好，混合的更均勻。ECU會根據進氣量，在最為適宜的時間精準的控制噴油量，燃燒更充分。極大的提高了發動機的動力性和燃油經濟性，減少排氣污染。傳統的發動機，燃油是在進氣歧管內噴射，并與空氣進行混合。動力性和燃油經濟性較差。
高壓噴油系統主要由發動機控制模塊（ECM）、高壓油軌、高壓油泵和噴油嘴四部分組成。
直噴式汽油發動機工作特點是采用兩種不同的燃燒模式，即分層燃燒和勻質燃燒模式。分層燃燒：燃燒充分，整個燃燒室的空燃比是不一樣的，靠近火花塞的混合氣濃度要高些，這樣在火花塞附近的混合氣更加快速的燃燒，從而帶動遠處的稀混合氣（空然比可達25:1以上）燃燒。目的是為了在低轉速、低負荷時節省燃油。高速、大負荷時則采用均質燃燒，即普通燃燒方式，此時混合氣的空燃比是固定不變的，以獲得最大功率。
直噴式汽油發動機技術之所以能夠實現分層燃燒方式，是因為它在進氣道中產生可變渦流，使進氣氣流形成最佳的渦流狀態進入燃燒室，以分層填充的方式推進，使較濃混合氣體集中在位于燃燒室中央的火花塞周圍，外層逐漸稀薄，濃混合氣點燃后，燃燒迅速波及外層。
若是將燃混合氣形成的控制方式作為分類依據，又可以將缸內直噴方式劃分為氣流導向燃燒、壁面導向燃燒與噴注導向燃燒集中類型，燃油從噴嘴引導至火花塞位置引導方式的不同是其最主要的區別方式。
目前噴注導向型燃燒方式最為先進，因其能夠充分發揮分層燃燒的潛力，被稱為“第二代缸內直噴”。
2.3電控節溫技術
電控節溫器與普通節溫器相比，普通節溫器僅控制大小循環的開啟關閉，而電控節溫器不僅控制大小循環、電子風扇，還能進一步控制冷卻系水泵的轉速，更合理地保持缸體內冷卻液的溫度，從而降低油耗，更好地控制尾氣排放的溫度，有利于保持催化器的正常工作。
2.4發動機可變氣門正時技術（VVT，VariableValveTiming）
選擇合理配氣正時，保證最佳的充氣效率，是實現提高功率和降低油耗的關鍵，通過分析可知：在進、排氣門開閉的四個行程中，進氣門遲閉角的改變對充氣效率ηv影響最大。進氣門遲閉角改變對充氣效率和發動機功率功率的影響關系，如圖2所示。

圖中每條充氣效率ηv曲線體現了在一定的配氣正時下，充氣效率隨轉速變化的關系。如遲閉角分別是40°和60°時，充氣效率ηv最大值對應的轉速約是1800r/min和2200r/min，說明發動機在這兩個轉速下工作進氣最充分，燃油經濟性最好。當轉速高于此轉速或低于此轉速時，充氣效率ηv都隨之下降。也就是發動機轉速變化時，進氣門遲閉角也要隨之改變，才能保證發動機的充氣效率最大。
VVT-i系統由傳感器、ECU和凸輪軸液壓控制閥、控制器等部分組成。發動機停止時，凸輪軸液壓控制閥則處于最大的滯后狀態。來自提前或滯后側油道的油壓傳遞到排氣凸輪軸上，導致VVT－i控制器管殼旋轉以帶動進氣凸輪軸，連續改變進氣正時。
3、汽車發動機技術發展方向
隨著社會科技水平的發展，我國汽車市場也在迅速發展，當前節能和環保理念已深入人心，因而高效率、低能耗、低排放的汽車發動機技術也成為汽車發動機技術發展方向。汽車發動機技術未來發展方向主要體現在這幾點：第一，汽車發動機向小排量渦輪增加發動機轉變，并成為發動機發展主要趨勢；第二，采用新能源的汽車發動機未來很長時間都會是汽車發動機發展趨勢，當前新能源汽車發動機發展潛力巨大，符合國家節能減排政策要求和社會環保節能主流趨勢；第三，能耗更低、更為清潔環保的技術將在汽車發動機中應用更多，而且綠色技術將成為汽車發動機發展的主要趨勢。
4、結束語
綜上所述，隨著科學技術的飛速發展和社會對環保節能認識的深化，汽車發動機技術也面臨著新要求，作為汽車的核心組成部分，發動機性能直接影響整個汽車的性能。本文通過對汽車發動機總體構造的分析，進而詳細探討了汽車發動機機械系統、電子控制系統方面的新技術，以及汽車發動機技術未來發展方向。
可以看出，當前汽車發動機技術朝著高效、節能、環保、智能的方向發展，之后將會有更多的綠色技術應用到汽車發動機領域中。