内燃机的反击

作者:本网编辑 文章来源:本网 发布时间:2010-11-15
分享到


在新型的V9发动机中也有了很大的技术改进和提高:增压技术代替了自然吸气从而提高了发动机的功率和输出扭矩,同时也降低了燃油循环

电力混合动力吸引着内燃机生产厂家们把它们作为最佳的技术储备。从维也纳发动机学术讨论会上展示介绍的汽油和柴油发动机中可以清楚地看到:人们已经给几乎死亡的技术赋予了新的生命。

奥迪公司是第一家打出发动机“瘦身牌”的企业,并且已经成功开发出了几种容积小、部分采用了双增压技术和直喷技术的大批量工业化生产的发动机。这种低等级车用发动机的一个里程碑就是大众Polo轿车采用的3缸柴油发动机。

在汽车发动机的另一个极端:梅赛德斯-奔驰公司始终延续着其“古老”的、耗油多的V型汽油机方案。

但有些发动机专家则说:不要小看这种古老的东西。梅赛德斯-奔驰公司的专家们也在新型V6和V8发动机中拿出了令人吃惊的东西:它们有着更大的功率和输出扭矩,同时油耗也明显降低。其中,直接喷射、(V8发动机的)增压技术、更低的摩擦以及多火花点火技术发挥着重要的作用。

与原来的大排量(3.5L)发动机相比较,梅赛德斯-奔驰公司新一代V6发动机采用直喷技术后也提高了功率(225kW取代了原来的215kW),输出扭矩也有了提高(由原来的365Nm提高到370Nm)。而其最明显的进步还是油耗的下降:原来老型号CLS 350 CGI轿车中汽油发动机标准测试的油耗为9.2L/100km;而在新型S 350 中只有7.6L了,尽管整车的重量增加了大约150kg!

之所以会有这样好的节油效果,主要是因为CLS 350 CGI轿车采取了一系列的技术措施。工程技术人员把CLS 350CGI中已经出名了的直喷技术与射流控制的燃烧技术和压电喷油器进一步紧密地结合在一起。这种特殊的稀燃燃烧加上分层充气(λ=1.4~1.5)目前已经能够在较大范围的部分负荷工况下(0.4MPa,3 800r/min)中应用成功。在较高的部分负载和满负荷工况下,新的、作为补充的第二种均质燃烧方式开始工作。在工作压力为0.8MPa、转速大约4 000 r/min的部分负载工况下,气缸内首先是均质的稀燃燃烧状况。在即将点火之前,再进行一次到两次的燃油喷射,辅之以分层充气(总的λ=1.2~1.4)。第二种新的工作方式用于高负载的整个转速范围内。在这种工况下,95%左右的燃油在吸气冲程中按照均质燃烧的方式喷射到燃烧室内,其余的燃油在燃烧稳定时(λ=1)再进行喷射。


图1 转速可调节的叶片油泵可以在不同的供油压力下按照两种不同的工作特性曲线工作

多火花点火是对直喷喷射技术的补充。在发出第一个火花之后,线圈马上再次充电,并发出下一个点火火花。这样,在百万分之一秒钟的时间里可以发出四个点火火花。这种受控的点火火花可以与各个不同工作点的燃烧时间保持相互匹配;从而提高分层充气工况下的残留气体状况。梅赛德斯-奔驰公司认为:这一技术可以节约油耗2%,结合压电喷油器的使用可以达到节油4%的目标。

而在V8发动机中则相反:整个工作特性区间中使用的都是均质燃烧;只有在高负载情况下才使用前面描述过的95%燃油的直接喷射和其余燃油的燃烧稳定时的补充喷射。在这种V8发动机中,每一排4个气缸共用一个增压器。整个V8发动机的气缸容量也由5.5L减小到了4.7L,直接喷射技术实现了V8发动机的瘦身。与其老前辈相比较,瘦身后的新型发动机输出功率由原来的285kW提高到了320kW;输出扭矩由原来的530Nm提高到了700Nm。标准测试的油耗,例如在CL轿车标准测试时检测到100km燃油消耗也由12.3L下降到了9.5L。

能够在两种特性曲线下工作的、提供两种不同供油压力的叶片泵所需的驱动功率明显小于没有压力调节功能的单级泵。同样,发动机冷却泵所需的驱动功率也相应减小:在发动机冷机时,冷却泵不工作,以保证不影响发动机的热机。当发动机冷却水的水温达到105℃时,调节系统才控制着冷却水泵开始工作、提供冷却水。油泵和水泵较低的流量、摩擦性能优化了的活塞、活塞环(两者都由Mahle公司提供)和气缸套以及链传动机构和热管理系统都大大减少了摩擦。由Kolbenschmidt Pierburg公司提供的曲轴轴瓦和连杆轴瓦也都在摩擦性能方面进行了改进优化。


图2 1.2TDI发动机的功率和输出扭矩都比其老前辈1.4L的发动机有所提高(大众Polo Blue Motion)

这两种发动机都在Bad Cannstatt市的生产厂中生产。它们的研发费用为6亿欧元、生产设备的费用为4亿欧元。由于V6和V8发动机的V型角没有变动,因此估计会减少几百万欧元的投资。出于减少振动的目的,梅赛德斯-奔驰公司V6发动机的V型角为60°,但两种发动机都是在同一条装配线上装配的。大众公司的3缸共轨柴油发动机的气缸数要少一半。但在技术上这种1.2DTI发动机毫不逊色,它还帮助大众Polo Blue Motion轿车在标准循环测试中以油耗3.3L/100km(CO2排放87g/km)获得了“世界上最清洁的5座轿车”的美誉。与老一代的泵-嘴喷射系统的1.9TDI和1.4DTI发动机不同,新型1.6L的4缸柴油机的体积几乎与3缸发动机相同。这样,就使得大众公司能够不改变汽车的安装设计就直接使用这种新型发动机了工程师们通过许多具体细节的改进优化减少了发动机的摩擦功率。例如,与老前辈相比,Mahle公司的活塞行程更短、连杆长度也有所增加,这样就明显减少了作用在活塞上的侧向力。另外,这家生产厂还为这款发动机提供进气门、机油过滤器和带有润滑油嘴的汽缸罩盖。


图3 Polo轿车发动机所采用的燃油喷射技术:电磁阀控制的喷油器和Delphi公司研发生产的新型高压油泵

活塞平均运动速度减少10%、活塞环切向力的降低,也都在减少活塞与缸套之间的摩擦起到了积极的作用。另外,直径26mm活塞销涂覆了一层DLC(非晶质结构的碳素)涂层材料。所使用的增压器带有轻、重两个增压涡轮,这有很低的排气背压和更好的增压动态性能。与1.4TDI发动机相比较,其他性能改进的方面还有:齿形皮带的宽度从30mm减小到了25mm;更低的气门弹簧力;将杯形挺杆-摇臂机构改为滚轮式摇臂机构和全新设计的减重平衡机构。

德尔福公司动力传动系统全球销售和市场的负责人回答提问

AI:大众公司研发生产的新型三缸发动机采用了共轨喷射系统,有着令人关注的功率数值和油耗数值。在这方面,Delphi公司做出了什么样的贡献?

Michael Gassen先生:我们提供的燃油喷射系统包括DFP6燃油泵和反应、运动速度都非常快的、而且非常节能的压电晶体喷油器;其喷油压力可以高达1800MPa。这些喷油系统元器件是我们与大众公司一起专门为Polo轿车而研发设计的;因此在这款轿车突出的功率和节油性能方面发挥了应有 的作用。


图4 Michael Gassen先生,现年52岁,自2007年起担任德尔福德国有限责任公司的董事长。自2006年起,他担任德尔福公司动力传动系统全球销售和市场的负责人

AI:DFP6燃油泵的特点是什么?

Michael Gassen先生:这种燃油泵的供油量相对较小,只有0.42cm3/r,但每转有两次泵油过程。另外,这种燃油泵非常坚固,非常适合于车辆的起步-停止工况。

AI:为什么德尔福公司在柴油发动机喷射技术中研发了直接反压式压电晶体喷油器和传统的电磁阀控制的喷油器?

Michael Gassen先生:直接反应式的喷油器在世界范围内还属于新产品,是提高发动机功率、降低油耗高端产品的解决方案。我们利用这种高端产品为用户提供了全新的、让他们按照自己的意愿解决发动机燃烧问题的可能性。不久前在维也纳的汽车展中,一家著名的德国高档轿车生产厂说:他们未来的柴油机也将使用这种直接反应式的压电晶体喷油器。

AI:电磁阀控制的喷油器的前景如何?

Michael Gassen先生:电磁阀控制喷油器的前景非常清楚:在其性能与价格之间找到一个合适的平衡点之后,它有着光明的未来。利用电磁阀控制的喷油器也能够满足欧Ⅵ排放标准的要求,而且还有潜力可以挖掘。对于大功率的发动机,则直接反应的压电式喷油器更好。

收藏
赞一下
0