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汽车发动机技术现状与进展

更新时间:2011-5-5:  来源:毕业论文

汽车发动机技术现状与进展
内容提要:本文分析了国产发动机技术存在的问题及其解决措施。阐述了国外车用发动机在节能环保的一些新技术,提出了未来车用发动机技术的发展关键是提高能量利用率和降低污染物的排放。

  21世纪汽车发展形态决定的因素是环保和节能。据统计,每年汽车用油量占世界石油总产量的9成石油是一种有限的资源,正变得越来越稀缺,而且越来越昂贵。2001年以来,国际油价持续上涨。在过去一段时间里,石油的价格翻了一番,从每桶30美元左右涨到每桶60多美元,作为一次性资源的石油,其贮藏量随开采量的不断增长而逐渐减少,石油资源枯竭之日为期不远预计到2050年汽车面临饥饿和死亡的威胁。世界能源危机已成为人类面临的紧迫问题。我国是贫油国,已成为石油进口大国。目前我国已取代日本成为全球第二大石油消耗国(仅次于美国)。2007年我国原油进 口量已达16518万t。我国的能源储量与未来几十年的发展需求之间已存在着一个巨大缺口。我们必须有 效的面对能源危机问题。

  随着汽车数量的增加,汽车排放污染物对环境造成的危害日益严重。为了保护地球环境,减少汽车排放物对大气的污染,世界各国和地区都先后制定了愈来愈严格的汽车排放法规。最近,欧盟委员会公布了欧V 排放标准。该标准将适用于所有在欧盟国家销售的柴油引擎汽车,并从2009年起生效。将于2008年生效的欧Ⅳ标准允许的最大颗粒排放为0.025g/km,氮氧化物排放量为0.25g/km。当2008年奥运会锁定我国北京时,我国汽车业也同时听到了环保排放标准的倒计时的声音,北京已宣布,从2003年1月1 日起北京将对机动车的尾气排放标准由现在的欧Ⅰ改为欧Ⅱ,2008年前北京将正式实施欧Ⅲ排放标准,上海也将于2003年1月1日起正式实施欧Ⅱ排放标准。面对欧Ⅲ排放标准的考验,中国汽车业竞争格局的变化也将不可避免。

  综上所述,伴随着汽车产销量快速增长而来的是大气污染和石油资源的大量消耗。先进的发动机技术在汽车节能、环保技术开发中起着关键的决定性的作用。

  1 国产发动机技术存在的问题及解决措施

  1.1 国产发动机技术含量低

  在国内,就汽油机而言,新技术包括缸内直喷技术、电动进气门、电动节气门等技术;柴油机技术就更多了,像共轨技术、可变涡轮增压技术、废气再循环技术等等。但是这类技术迟迟没有来到中国,原因有以下情况。

  1.1.1 企业的选择是市场行为

  企业为自己的新车型选择什么样的发动机,完全是市场行为,只要能够满足法规要求、不影响整车性能,都是可以的。事实上,也确实有不少企业采用的是这样的经营 路线。比如北京吉普的2500,沿用原来BJ7250EL 超级切诺基的发动机。而下线近一个月的日产阳光,发动机和变速箱也沿用了风神 “蓝鸟”的那一套系统。还有上市不久的上海通用的君威,部分车型发动机的指数也与原来该厂生产的别克系列惊人地相似。而近年来在国内市场十分抢眼的一些低价位S U V能够保持低价,其原因也就在于发动机、底盘等重要部件都是成熟产品,单件价格比较低。

  1.1.2 中国的实际状况是外方选择的关键

  部分业内人士在看待发动机技术水平时,更多地考虑了国内的一些实际情况。 国内油品的质量是外方选择发动机的主要考虑因素之一。国内油品质量低是有共识的,如果在现在这种情况下将在欧洲市场上畅销的柴油发动机拿到中国市场,对企业来说,是要冒很大风险的。现在在欧洲市场,装备柴油发动机的轿车已经占去年轿车销量的60%,可是却没有一家欧洲企业在中国市场推出其柴油发动机。合资伙伴的实力也是外方考虑得比较多的。最明显的例子就是天津丰田。威驰使用的并不是著名的VTT-i 发动机,而不是5A发动机,据分析,其中很大的一个原因是,国内企业的实力不够。如果将VTT-i发动机拿到中国,而合作伙伴在装配上本事不够今后发动机出了问题还是小事,把自己辛辛苦苦创立的品牌形象毁了才是大事。

  1.1.3 技术含量问题

  其实对国内企业来说,他们也不是不想用新技术,在市场竞争中占有先手毕竟不是坏事,但是其中涉及到的问题却是他们不得不仔细考虑的。以宝来为例,在国内这些生产的车型中,宝来的技术含量最高。“它的发动机使用了‘可变歧管长度’和 ‘可变气门正时技术’,国内的发动机技术就属他们的最好了。”但是,高技术含量是有风险的,问题就在于,技术含量越高,国产化的可能性就越低,一旦出了问题麻烦就越大。由于技术含量高,而又无法实现国产化,宝来的发动机及其相关零部件必须进口,而零部件周转周期高达6个星期。因此,当今年年初,宝来出现大规模出现点 火线圈烧坏现象后,企业就极其被动。

  1.1.4 价格问题

  国产阳光选用的是蓝鸟的变速器和发动机,高尔搭配的是桑塔纳的动力系统,大概都是出于价格的考虑。除了上述几个问题外,在发动机技术含量方面,国内法规的影响力也是不可忽视的。如果以现有的技术水平,发动机就可以满足法规要求,人们是没有太多的理由要求企业使用新发动机的。

  1.2 发动机核心技术缺失,自主研发亟待破茧

  汽车的核心是发动机,没有发动机的自主技术,汽车工业就是残废的。但是,即使是我国的自主品牌发动机也不完全是自主的,包括很多国外的技术在里面。所以处于发动机设计研发起步阶段的中国汽车工业将面对来自国际上的高新技术与产业竞争。

  1.2.1 竞争压力问题。

  根据中国汽车工业协会的最新统计,纳入统计范围的53家国内汽 车发动机企业,2007年前三季度累计生产发动机576.11万台,累计销售发动机573.84万台,同比分别增长24.50%和24.72%,与整体汽车产销增速 (22.78%和24.46%)基本持平。如果按照这一速度正常运行下去,2007年车用发动机整体产销量有望突破750万台。然而,与产销高速增长形成鲜明对比的是,国内发动机企业的产品结构、企业组织结构、工艺装备水平、经营管理水平、创新开发能力和人员素质都不同程度地存在一些问题。最为突出的是行业整体规模不小,但水平参差不齐,缺乏具有国际竞争力的产品,自主开发能力较弱,创新能力不足,高新技术仍然依靠国外。国 内的发动机主要集中在小排量、2L以上的发动机,国内的制造水平与国外相比还很弱,质量控制、技术人员素质等方面都有很大差距。目前,从轿车发动机来说,国外的技术确实比国内要先进得多。很多企业忙于造车赚钱,对自主开发的问题想得多却行动少。以目前的情况看,国内企业应该放弃“拿来主义” 奢望,等着国外企业把技术转移过来。因为即使是转移过来的技术也已经过时了。另外,作为竞争对手,外国企业不会给本土企业什么恩赐,除非合资以后完全听外方的。所以本土企业所能做的就是实实在在地去设计、去研发。

  1.2.2 技术问题

  汽车工业最核心的技术就是发 动机的设计研发,国内企业在这方面还是很弱的。目前,商用车的发动机,我们是可以自主设计的。问题主要是轿车,从整机的设计到比较核心的电控、喷射等技术上,我们还是刚起步,或者刚开始和外国的设计机构合作。对发动机来讲最关键的就是发动机系统,这套系统现在还是集中在世界上几家大的企业,发动机的排放、燃烧情况等很大程度上都取决于这套系统。我们没有这样的零部件供应商。造成我国发动机设计研发技术落后的原因,过去很长一段时间,国内的企业总是存在一定程度上的畏惧心理,觉得发动机的研发很困难。因此很多企业都选择去设计车身、底盘。技 术上难不难不是重点,关键是要去做去积累,过去我们没怎么做,也就没有经验也没有数据。无独有偶国内企业在自主研发技术上存在的最大问题就是积累不够。举例说,国外在发动机开发过程中积累了很多数据,这些数据就代表了他们的经验、基础。在这个基础上再开发新的发动机,他们通过借助以前的数据很快可以将粗线条勾画出来,然后再利用他们先进的测试分析手段,很快便可以做出更高水平的新型发动机方案。这个过程包括数据的积累,设计经验的积累和设计开发条件的积累。发动机的自主研发与人才素质有直接关系。我们的人才还需要成长。中国汽车工业真正腾飞是在2002年,在此之前我们没有家用轿车,因此也不会为轿车产业培养多少人才。近几年轿车工业虽然飞速增长,但是有经验的人才不可能随之高速增长。这也是阻碍发动机自主研发技术发展的关键因素。此外,过去我国发动机的市场空间 小,再加上对研发的重视程度不够, 现在的情况则有所改变,只要企业 能设计出好的发动机搭配好的车型,产销是不成问题的。近几年,我们已经逐渐意识到没有发动机的自主技术整个轿车工业就是残废的。现在有很多企业已经开始和国外的机构合作进行发动机的自主研发。

  1.3 解决措施

  我国发动机市场的需求很大而且还在继续扩大。另外,国内企业的开发成本相对较低,包括材料成本、人力成本等。再加之借鉴国外公司的经验,这些优势都可以让本土企业比较快地达到目标。未来发动机市场真正国产的发动机会越来越多,研发人才也将逐渐成熟。而对于我国老百姓来说,面对居高不下的油价则更倾向于中小排量的汽车。因此中小排量的发动机市场也会随之扩大,这部分市场空间不可限量。目前,自主开发的问题已经在企业中取得共识,因此很多国内企业都在积极投入人力财力进行自主研发。虽然,自主的完全度与国外企业相比还有一定差距,但是,我们在总的设计目标、设计过程中关键问题的把握以及最后应用于产品的整个过程是由我们的企业来掌控。 此外,国家现在有很多大的科研行动,也会从一定程度上给企业相应 的支持,提高了企业自主研发的积极性。汽油机和柴油机仍是汽车的主流发动机,我们国家在20年以后甚至更长时间要掌握这个技术并具有国际竞争力,这是完全可以实现的。要想实现这个目标,我们的企业首先要把发动机的研发提上日程列为重要计划;其次要投入人力、资金,目前在发动机的设计研发方面还是缺少人才,企业应该通过多种渠道培养人才,比如吸纳国外专家,输送人才到国外学习等。

  2 国外发动机新技术发展现状与进展

  与美国20世纪90年代中实施的联邦排放法规相比,于2007年全面实施的新联邦排放法规将要求汽车氮氧化物排放降低幅度高达95%,碳氢排放物降低幅度高达84%。这越来越严格的排放法规和人们对节 能认识的加深,使得高效率、低排放车用发动机技术的开发受到高度的重视,从而促使传统的内燃机技术不断创新。由于各国国情的不同,在环境保护及节能方面所侧重的技术也有所区别。日本出于国土资源的因素,微型车辆、经济型车的比例较高,小量发动机既能满足节能环保的要求,又能给这类车提供足够的驱动力;而在欧洲,由于柴油便宜,热效率远高于汽油机,使消费者容易接受柴油机驱动的汽车要比汽油机驱动的同类汽车贵1000~2000美元的事实。另外,柴油机的低速扭矩远胜于汽油机,这也使偏爱汽车运动感的欧洲人更将直喷柴油机视为高科技的代表。现在的西欧,超过35% 的新车销售是柴油机。

  下面重点介绍几种热点技术

  2.1 增压发动机

  2.1.1 涡轮增压发动机(Turbo)

  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。当发动机转速增快,废气排出速度与祸轮转速也同步增快,叶轮就压缩更多的空气进入气缸,空气的压力和密度增大可 毕业论文http://www.lwfree.cn 以燃烧更多的燃料,相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。涡轮增压器的最大优点是能在不加 大发动机排量就能较大幅度地提高发动机的功率及扭力,一般而言,加装增压器后的发动机的功率及扭矩 要增大20%~30%。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的功率,或者说,一台小排量的发动机经增压后,可以产生较大排量发动机相同的功率。另外,发动机在采用了增压技术后,还 能提高燃油经济性和降低尾气排放 在宝来 1.8T、速腾 1.8T、途安1.8T、帕萨特1.8T、奥迪A4、1.8T/ 2.0T、奥迪A62.0T 等车型上,都装有涡轮增压发动机(Turbo)。但涡轮工作有迟滞现象,并且保养费用高。涡轮增压器的缺点是滞后,即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓,使发动机延迟增加或减少输出功率,这对于要突然加速或超车的汽车而言,瞬间会有点提不上劲的感觉

  2.1.2 机械增压发动机 Su-percharger

  机械增压的 压缩机直接被发动机的曲轴带动, 它的优点是响应性好。但是它本身 需要消耗一部分能量,因此机械增压不能产生特别强大的动力,尤其在高转速时,从而影响到发动机转速的提高。它响应性好完全没有涡轮的迟滞现象,可以在任何时候都能输出源源不断的扭力。北京奔驰E200K 路虎揽胜动版等车型上,都装有机械增压发动机。但高转速时会产生大量的摩擦,从而影响到转速的提高,并且噪音大。

  2.2 大众FSI/TFSI/TSI发动机技术

  2.2.1 FSI——燃油分层喷射发动机

  FSI是Fuel Stratified Injection 的词头缩写,意指燃油分层喷射。该技术的运用使FSI 发动机与传统发动机相比拥有更低的油耗、更好的环保和更大的输出功率和扭力。燃油分层喷射技术是发动机稀燃技术的一种。大众FSI 发动机利用一个高压泵,使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。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流,使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内,以分层填 充的方式推动,使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。如果稀燃技术的混合比达到25 /1 以上,按照常规是无法点燃的,因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气,混合比达到12 1左右,外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后,燃烧迅速波及外层。

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