淺談發(fā)動機的主流技術

張治國 趙世來

摘 要：最近幾年，中國汽車行業(yè)迅速發(fā)展，無論是國有自主品牌還是合資品牌，汽車的銷量都是逐年增加。在大環(huán)境快速增長的拉動下，國內發(fā)動機市場這幾年也呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢。發(fā)動機是汽車的核心部件，發(fā)動機的性能是汽車的動力性、經濟性、排放性等性能的根本。為了強化發(fā)動機的動力性，為了盡可能地提高發(fā)動機的熱效率，就需不斷地采用新技術進行升級，從下面幾個方面闡述一下發(fā)動機的主流技術。

關鍵詞：汽車;發(fā)動機;排放;技術

中圖分類號：U464? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2019）12-82-03

Abstract： In recent years， China's auto industry is developing rapidly， Whether state-owned independent brand or joint venture brand sales， The number of cars is increasing year by year. Driven by the rapid growth of the overall environment， Domestic engine market also presents the trend of vigorous development these years. The engine is the core component of a car， The performance of engine is the basis of power， economy and emission of automobile. To enhance the dynamic performance of the engine， To maximize the thermal efficiency of the engine， You need to constantly upgrade with new technologies. The mainstream technology of engine is expounded from the following several aspects.

Keywords： Car; Engine; Emissions; Technology

1 前言

在汽車發(fā)動機領域中，由于國家各項法規(guī)的出臺，普通的增壓技術和自然吸氣技術已經不能滿足當今社會發(fā)展的需求，所以就研發(fā)出一些新的技術，來改變當時的落后的局面。本文新技術主要包括VCR技術（可變壓縮比），雙渦輪增壓技術，混合動力技術，甲醇技術，缸蓋與進、排氣歧管集成技術，自動啟停技術，輕量化技術。

2 技術介紹

2.1 VCR技術

VCR技術目的就是提升渦輪增壓發(fā)動機的動力性和燃油經濟性，完成可靠的動力輸出，滿足整車的性能要求。所以具備了節(jié)能減排的效應。

原理介紹：我們知道，在渦輪增壓發(fā)動機中是最容易產生爆震問題，為了防止此問題的發(fā)生，在設計時壓縮比低于自然吸氣發(fā)動機，這樣導致熱效率降低，燃油經濟性下降。在渦輪增壓發(fā)動機中，增壓介入很慢，在低壓縮比條件下扭矩上升很慢，形成所謂增壓滯后現(xiàn)象，為解決這問題，可變壓縮比是重要的方法，在增壓壓力低的低負荷工況使得壓縮比提到與自然吸氣式發(fā)動機壓縮比相同，甚至更高，在高增壓的高負荷工況下適當降低壓縮比。

目前全球主要有幾種可變壓縮比項目在研究，例如薩博的可變壓縮比技術 ，法國MCE—5可變壓縮比技術，日產多連桿可變壓縮比技術，保時捷可變壓縮比技術，戴姆勒-奔馳可變壓縮比技術。

薩博可變壓縮比技術方案，是氣缸蓋和氣缸體之間是可以活動的，是靠密封套進行密封，靠ECU控制搖臂來改變缸體和缸蓋之間的角度，從而改變了燃燒室的體積，體積改變了，壓縮比也發(fā)生了改變。目前此技術還存在一些弊端，氣缸蓋和氣缸體之間密封性差，很難保證不存在泄露的問題，目前此尖端問題還沒有被攻破，所以還沒有實現(xiàn)批產。

法國MCE-5可變壓縮比技術方案，有兩個缸筒，1套活塞連桿總成和1套控制頂桿，采用液壓控制齒輪，使擺桿做空間移動，使壓縮比改變。特點，體積大，結構復雜，目前東風汽車研究院完成了樣機的搭建，但是還沒有量產。見圖1。

日產可變壓縮比技術，主要講的是曲柄連桿這套系統(tǒng)，由三個連桿，一個曲軸，連接塊，控制單元等零件組成。連桿與控制軸的偏心部分連接，當控制軸轉動時，連桿使曲柄銷回轉而使杠桿擺動。由此，活塞的上止點的位置作上下移動，從而能夠連續(xù)改變壓縮比。特點是曲柄連桿系統(tǒng)長，會導致發(fā)動機高增加;優(yōu)點實現(xiàn)批產，并且是全球第一個實現(xiàn)批產的VCR發(fā)動機，搭載在英菲迪尼QX50和新天籟車上，熱賣中。見圖2。

保時捷的可變壓縮比技術方案，是在桿身內部裝了兩個小型液壓油缸，靠兩個活塞推拉自己頭頂?shù)男∵B桿，帶動連桿上的偏心軸套左右扭動，從而改變了連桿孔心距的長度，改變活塞到缸蓋的距離，改變燃燒室的空間，借此改變壓縮比。此項技術正在開發(fā)階段，申請了專利，并無量產。見圖3：

戴姆勒-奔馳可變壓縮比方案，在活塞本體上進行改變，是通過液壓來改變活塞壓縮高，實現(xiàn)銷孔上下移動，實現(xiàn)燃燒室的改變，來調整壓縮比。缺點：潤滑油的流量難控制，液壓活塞質量大，不易高速旋轉，無量產。

總的來說，以上6項可變壓縮比技術中，只有日產多連桿可變壓縮比技術方案實現(xiàn)了批產，目前優(yōu)勢很大。

2.2 雙渦輪增壓技術

傳統(tǒng)的單渦輪增壓器一般在轉速1500n/min時才能開始介入，所以在這階段以前增壓器都是處于不工作狀態(tài)，為了彌補增壓滯后和動力不足的問題，可以采用雙渦輪增壓，讓其共同作用，這樣進氣效率會大幅度提升，增壓效果更加顯著。雙渦輪增壓器由一個大渦輪和一個小渦輪組成，高轉速時大渦輪工作，低轉速時小渦輪工作，無論哪個轉速下，都會提供所需的充氣壓力，從而獲得更多的進氣量。結果，性能超過傳統(tǒng)的單渦輪增壓器。

3.3 動力總成選型評價指標

動力總成性能指標包括動力性、燃油經濟性、排放性、駕駛性、NVH性能等類指標，在動力總成方案選型階段，由于排放性、駕駛性和NVH性能仿真評估比較復雜，因此動力總成選型方法選取動力性、燃油經濟性兩大大類指標;具體指標如下：

最高車速：汽車的最高車速是指在水平良好的路面上汽車所能達到的最高行駛速度，它不是瞬時值，而是可連續(xù)行駛一定距離的最高車速。

加速時間：加速時間表示汽車的加速能力，體現(xiàn)為在水平路面上所能達到的最大加速度，對平均行駛車速有著很大的影響。

最大爬坡度：汽車的上坡能力是用滿載（或某一載質量）時，汽車在良好路面上的最大爬坡度。實質上最大爬坡度是指I檔時的最大爬坡度。最大爬坡度代表了汽車的極限爬坡能力。

綜合工況百公里燃油消耗量：以4個市區(qū)循環(huán)和1個郊區(qū)循環(huán)（NEDC）行駛試驗工況來模擬實際車車運行狀況，并以其百公里燃油消耗量來評定相應行駛工況的燃油經濟性。

3.4 動力總成選型過程

第一步：采用仿真計算軟件將不同動力總成方案的評價指標進行求解;

第二步：將不同動力總成方案和評價指標進行數(shù)據(jù)轉換，通過主成分分析計算求出各個指標權重系數(shù);

第三步：確定了各個指標權重后，需要將指標值中極大型指標和極小型指標進行區(qū)分，同時將指標數(shù)據(jù)轉換成無量綱、同級、正向可加的標準數(shù)據(jù)。轉換方法如下：

設有m個方案，j項指標，aij為原始數(shù)據(jù)，uij為標準數(shù)據(jù)，Mj、mJ分別為第j項指標的最大值和最小值，則極大型指標數(shù)據(jù)轉化為：

極小型數(shù)據(jù)轉換為：

第四步：將指標數(shù)據(jù)標準化后，運用線性加權和法計算出各個動力總成方案的綜合評價值，得出最優(yōu)方案。

4 應用實例

現(xiàn)以開發(fā)的某款乘用車的動力總成選型為例進行評價，評價指標仿真數(shù)據(jù)結果如下表1所示，通過主成分分析法尋找出新的綜合指標，建立動力總成選型評價模型。

將以上矩陣進行標準化后，結果如表2所示：

采用MATLAB編程進行主成分分析，結果如下表3：

上表說明第1，2主成分包含原始變量近90%的信息，后面2個主成分僅包含10%的信息，所以不考慮。

主成分得分系數(shù)矩陣為：

由此計算出9款動力總成選型指標性能得分及排序如下表4：

從上表中可以清晰看出，3號動力總成組合主成分分析評價中得分最高，客觀反映了該動力總成的動力性與經濟性均衡性最佳。

5 結論

本文針對現(xiàn)有在動力總成選型的優(yōu)化匹配和評價體系，提出基于主成分分析法的動力總成選型方法，該方法把相關的性能指標量綱歸一化，通過數(shù)值量化，可以把動力總成選型中所要考慮的指標均可以納入考慮。主要解決評價動力總成組合優(yōu)劣問題。該方法還可以引入其他動力總成性能指標如排放，NVH性評價指標使得評價更加客觀具體。

參考文獻

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