本站原创摘 要本文简述了汽车发动机核心技术的发展历程,并浅议了当前适应节能减排的发动机技术发展的热点.
关 键 词发动机；发展；新技术；缸内直喷发动机；TSI；FSI；节能减排
中图分类号：U461文献标识码：A文章编号：1671-7597（2013）15-0008-02
作为汽车的心脏——发动机（汽油或柴油）通过气体在密闭气缸内的充分燃烧,使膨胀的缸内气体推动活塞规律性运动,实现汽油或柴油热能向机械能的转化.
在发动机上百年的发展史中,从制作工艺、设计思想理念、制造流程到控制技术、性能等方面尽管都有很大的改进和提升,但其活塞式结构和能量转化的基本工作原理却始终未变.在发动机技术发展的历史上,出现过三种典型技术：化油器发动机技术、电喷发动机技术、缸内直喷发动机技术.
1化油器发动机
化油器发动机：在火花点火式内燃机中使汽油、柴油等与空气形成可燃混合气的装置.
1）化油器的功用是：按内燃机不同工况的要求,来提供相应数量的燃油；使燃油雾化并与空气均匀混合得到一定成分的可燃混合气,以便良好燃烧；保证内燃机各工况间的顺利过渡.发动机的性能由它自身决定,化油器可以让发动机100%发挥的作用.
2）典型化油器的外观和内部结构见图1和图2.
2电喷发动机
电喷发动机：电子燃油喷射控制系统,以一个电子控制装置ECU为控制中心,利用安装在发动机不同部位上的各种传感器,测得发动机的各种工作参数,按照在电脑中设定的控制程序,通过控制喷油器,精确地控制喷油量,使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气.
3缸内直喷发动机
通过气缸内安装的燃油喷油嘴将燃油直喷入气缸,并同时与进入缸内气体混合,是缸内直喷发动机的基本特点.伴随喷嘴位置、燃油喷雾形状、缸内进气其流量的精准控制等关键技术的不断改进完善,发动机活塞顶外形的专门设计,不仅从根本上解决了缸外喷射的诸多缺点问题,而且实现了缸内油气比例的精准控制、均匀混合,最终达到燃油节约且燃烧充分,发动机效率更高的目的.
汽油喷射位置是其有别于一般式汽油发动机的主要之处,一般的汽油发动机采用的是电控喷射系统,汽油需要先被喷射入进气歧管或进气管道上,并与空气形成混合气体后,最终由进气门进入燃烧室后才被点燃实现热能到机械能的做功转化；而缸内直喷式汽油发动机则是通过缸内燃油嘴直接将燃油在汽缸内喷注,并与直接进入进气门的空气形成混合气被点燃而实现功的转化,这种形式与直喷式柴油机相似.典型缸内直喷发动机的内部结构见图3.
4汽油机技术重在节能
随着国Ⅴ阶段汽车的排放法规的颁布,以及汽车节能、环保需求的趋势,使得汽车新能源动力的争夺战升级,传统动力汽油机、柴油机技术亦不断革新,以承接未来的挑战.
如何提高燃烧效率,降低燃油消耗成为汽油机目前面临的主要技术挑战.汽油机节能技术的发展趋势是：缸内直喷稀燃（GDI）,节油约8%-15%；可变气门技术,节油约10%-18%；减小发动机排量采用可变截面涡轮增压和双涡轮增压技术,节油约20%-25%；全可变与均质稀薄燃烧技术,节油约20%-30%.排放控制新技术主要包括冷却废气再循环、稀燃排气后处理系统以及DeNOx催化转换器等.在应用这些新技术方面,大众的TFSI发动机和丰田发动机VVT-i技术是目前发动机技术的两个典型代表.
5大众FSI发动机
大众FSI发动机可以被称为纯汽油发动机中具有时代性意义分界线的技术,它的特点和意义在于实现了燃油的分层喷射.它是借助了一个高压水泵的作用,实现汽油通过一个分流轨道（共轨）到达电磁控制的高压喷射气门.其最大的特点在于,汽油在进气道内就已经先形成了可变的涡流,这样可以使进入燃烧室的涡流形成的是最佳的形态,实现了分层填充的方式推动,充分达到燃烧的混合气体集中在位于燃烧室的火花塞周围.更为重要和进步的是,半开状态下的油门,通过分层注油的方式能够最大化的实现燃油的充分燃烧,实现能源和经济双效益.在日常驾驶条件下,由于驾驶员可以通过控制的方式实现分层注油和均匀注油的模式更换.因此其节油性能更易得到彰显.这种直喷式汽油发动机技术其分层注油原理的实现,不仅由于进入燃烧室内的注油过程得到了控制,还因在未被直接注入的燃料时就已完成触发.这就从根本上实现了所需燃料的大幅减少——这也是FSI发动机高效经济效益的最重要先决条件.
FSI特点是：能够降低泵吸损失,在低负荷时确保低油耗,但需要增加特殊催化转换器以有效净化处理排放气体.在压榨燃料使用值的情况下,尽量替身发动机的动力,同时又节约了能耗（油耗）,所以是一款不可多得的优秀发动机.
6TFSI是TSI与FSI的完美结合
TSI是“涡轮增压+缸内直喷”,大众集团发明的发动机技术.由于设计精巧、材料科学运用得当,所以这款发动机具有超前的性能.缸内直喷就是将汽油的喷油嘴从进气歧管挪到了气缸内,是的燃油燃烧更充分,获得更好的经济性和动力性.
涡轮增压器实际上是一种空气压缩机,通过压缩空气来增加进气量.它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮,涡轮又带动同轴的叶轮,叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气,使之增压进入气缸.但是废气涡轮增压的缺点是启动时间比较的滞后,一般在2000转左右,所以采用机械增压跟涡轮增压的双增压技术,在发动机2000转以前使用机械增压,在发动机2000转以后使用涡轮增压机,从而使发动机在任何一个工作区间内都能获得最大的动力提升效果.
而大众2.0TFSI发动机采用了更为先进的可变截面涡轮增压技术VTG,在性能较TFSI的发动机更为优秀.
在业内更为尖端的双废气涡轮增压发动机技术R2S,采用一大一小两台涡轮增压器并联工作的发动机技术.使发动机在性能上更加优秀,突破了发动机在低速喘振和高速阻塞的界限.
7全可变气门（FVVT）
1）丰田发动机VVT-i技术（DUALVVT-I双凸轴智能可变气门技术）.
2）锐志2.5/3.0两款均为采用了丰田自己特有的VVT-i（连续可变正时气门技术）.VVT-i,最简单说可以让这台发动机高速时更有劲,低速时更省油!做到一款全性能的发动机,更朝理想化完美发动机近了一步.一根曲轴上含有多个曲度不同的凸轮,这就是VVT-i的基础部件.
3）丰田的VVT-i发动机全名就是-VariableValve正时&升程-Intelligent,其实所谓的可变气门技术其实原理很简单,就是在以前只有一个曲度的凸轮轴上安装可以切换大小不同角度的凸轮,利用“摇臂”的机置来决定是否顶到高角或小角度的凸轮,而作到“可连续式”地改变发动机的正时（正时）,重叠时间（重叠相位角）.
VVT-i在发动机转速低时,虽然凸轮轴一样地在转动,但是,由于摇臂内的pin未移动,所以是小角度的凸轮部份有效地顶到摇臂,进而驱动到valve的开关,此时,大角度的凸轮一样在转动,（因为在同一根凸轮轴上嘛）但是却是无效地空转.
VVT-i在发动机转速变高时,虽然凸轮轴一样地在转动,但是,由于摇臂内的pin已移动,所以是换成高角度的凸轮部份有效地顶到摇臂,进而驱动到valve的开关,此时,小角度的凸轮一样在转动,但是却是无效地空转.