高效環保 有望標配的主流動力技術解讀

　　在汽車市場競爭日趨激烈的時候，各大廠商都已經認識到，僅僅是靠打價格戰已經不能再在這個市場環境中生存下去了，只有技術的進步才能帶來核心的競爭力。因此我們在今年中看到了各合資以及自主汽車品牌大打技術戰，尤其以作為汽車心臟的發動機技術發展最為迅猛，從渦輪增壓、可變氣門正時，再到混合動力，各種新技術的宣傳層出不窮。我們從近年來發展最快、應用前景最廣的技術中篩選出了部分有代表性的主流動力技術為大家進行解讀，這些技術包含直噴、渦輪增壓、可變氣門正時系統以及新能源動力等，下面我們就來一起詳細了解一下。

動力技術1——汽油發動機缸內直噴技術
技術特點：燃油噴射更為直接，燃燒更加充分，達到提升燃油效率的目的

發動機油氣混合技術在經歷了化油器、單點電噴、多點電噴技術階段之后，漸漸步入了直噴的時代。直噴為我們帶來了更加高效的燃油利用率，因而成為各大廠商研發的目標。那么缸內直噴發動機的技術原理和特點是什么呢？

缸內直噴發動機氣缸內的工作狀態

直噴采用多孔高壓噴嘴，使油氣混合更均勻充分

目前市面上一般的電噴發動機都是將噴油嘴安置在進氣歧管內，缺點是混合氣的空燃比難以得到精確的控制。而缸內直噴技術則將噴油嘴安置在氣缸內，使燃油噴射和油氣的混合過程均在氣缸內進行，這樣就可以使油量與油氣混合的控制更為精準，消除了缸外噴射的缺點。同時，汽缸內的混合氣濃度也可以得到精確控制，而高壓燃油在缸內湍流的作用下也能夠得到更充分的混合，因此，燃燒效率大大提高，同時動力表現也能更加出色。

組成高壓噴油系統的四個主要部分

技術原理解讀

看完上文相信大家已經對汽油直噴技術原理有所了解，那么支撐這項技術的關鍵部件是什么呢？可以說，高壓噴油系統是直噴發動機最核心最關鍵的部分，其由發動機控制模塊（ECM）、高壓油軌、高壓油泵和噴油嘴四部分組成。

高壓油軌結構圖

其中發動機控制模塊（ECM）等于是發動機的大腦，主要負責采集發動機數據，按照預定程序控制噴油時機和噴油量，從而實現最高的燃燒效率；而高壓油泵是依靠進氣凸輪軸驅動的，主要負責給燃油加壓；高壓油軌主要起均衡各噴油嘴噴射壓力的作用；最后由耐高溫高壓的噴油嘴向缸內噴射燃油。

技術差異及應用程度
技術差異：內部配件應用有所不同
應用程度：通用、寶馬、大眾、奔馳以及現代等品牌多數引擎已普遍應用

1.4TSI發動機的高壓油泵

目前已經有多家汽車廠商的發動機運用了缸內直噴技術，包括寶馬、大眾以及通用等等。而它們各自的直噴技術原理都基本相同，只是在配件應用上有所不同。以大眾主流的1.4TSI發動機為例，其高壓燃油泵可同時配備高壓燃油系統和低壓燃油系統，低壓為4bar，在低壓油泵將燃油送到高壓油泵之后，高壓油泵可以將燃料加壓到100bar的壓力（這是普通汽油泵壓力的數十倍），并將其送入油軌，從而更易于燃燒，發動機工作效率更好。

此外，寶馬公司部分發動機還配備了高精度直噴技術，其采用壓電噴油器，其可在0.14毫秒內完成燃油噴射，并且可實現單次燃燒過程噴射兩次燃油，使燃油與空氣更好的融合。與傳統噴油嘴相比，BMW高精度直噴系統的燃油利用率會更高。

目前，多家汽車廠商的發動機已普遍應用了直噴技術，如寶馬經典的N55、N54及Prince等系列引擎、福特EcoBoost系列和大眾TFSI系列等等發動機，而像江淮、吉利等自主品牌也列入研發此技術的行列，相信在未來兩年中，采用直噴技術的引擎將全面替代現有的電噴發動機，成為主流的油氣混合技術。

動力技術2——渦輪增壓器可變截面技術
技術特點：避免傳統渦輪器的遲滯現象，高/低轉速時均可獲得充足進氣量

相信大家都知道，傳統的渦輪增壓器多數有“渦輪遲滯”的現象，而可變截面渦輪增壓技術則有效的解決了此問題，實現發動機高/低轉速時都能獲得充足進氣量，讓車輛在低發動機轉速下就可以帶來更好的駕駛感受，那么它的技術原理和結構又是什么呢？

可變截面渦輪增壓器可以通過改變截面，更好的引導廢氣流（紅色）推動渦輪

技術原理解讀

渦輪增壓器現在對于消費者來說已經并不陌生，它的原理其實非常簡單，是由發動機做功燃燒過程中排出的廢氣帶動渦輪，渦輪再帶動葉輪對空氣進行增壓，從而有效增大進氣量，提升發動機動力。但傳統的放氣閥式渦輪增壓器也有弊端，就是當發動機轉速較低時，由于排氣量較小，此時渦輪增壓器就會由于驅動力不足而無法達到工作轉速，在該工作狀態時，動力表現甚至小于同排量的自然吸氣發動機，這就是大家經常說的“渦輪遲滯（turbo lag）”現象。

也有的廠商將這項技術成為VNT，比如沃爾沃和奧迪，它們在本質上是一樣的

而VGT可變截面渦輪增壓技術（或稱VNT可變截面渦輪增壓技術）則很好的解決了渦輪遲滯現象，其核心是在于其渦輪內部增加了可由電子系統控制角度的導流葉片，其位置固定，但角度可以根據發動機工況進行自動調整，在系統工作時，廢氣會順著導流葉片送至渦輪葉片上，通過調整葉片角度，控制流過渦輪葉片的氣體的流量和流速，從而控制渦輪的轉速。簡單來說，其原理好比用軟管的一端插入水龍頭，當開啟龍頭后，水的壓力比較平緩，但當擠壓軟管出水口的開口時，水壓則會變大，而隨著擠壓開口減小，水的壓力則逐漸加大。

左圖：低轉速時導流葉片開度小，提高空氣流速 右圖：高轉速時開度大，減小排氣負壓

上述比喻的例子與可變截面渦輪增壓技術相似，當發動機低轉速排氣壓力較低的時候，導流葉片打開的角度較小。根據流體力學原理，此時導入渦輪處的空氣流速就會加快，增大渦輪處的壓強，從而可以更容易推動渦輪轉動，有效減輕渦輪遲滯的現象，也改善了發動機低轉速時的響應時間和加速能力。而在隨著轉速的提升和排氣壓力的增加，葉片也逐漸增大打開的角度，在發動機全負荷狀態下，葉片則保持全開的狀態，減小了排氣背壓，從而達到傳統大渦輪的增壓效果。

長城VGT可變截面增壓器內部結構

此外，由于改變葉片角度能夠對渦輪的轉速進行有效控制，這也就實現對渦輪的過載保護，因此使用了可變截面技術的渦輪增壓器都不需要設置排氣泄壓閥。而需要指出的是，VGT可變截面渦輪增壓器只能通過改變排氣入口的橫切面積改變渦輪的特性，但是渦輪的尺寸大小并不會發生變化。

技術差異與應用程度
技術差異：此技術在各家汽車廠商發動機中的結構原理都基本相同
應用程度：在柴油發動機領域此技術已普遍應用，而汽油機目前只局限于保時捷品牌引擎

保時捷可變渦輪葉片增壓器

在柴油發動機領域，VGT可變截面渦輪增壓技術已得到了很廣泛的應用，而汽油機由于排氣溫度要遠遠高于柴油發動機，其可變截面增壓器的硬件材質很難承受如此高溫的環境，因此汽油機上運用的較少，而目前只有博格華納與保時捷聯手克服了這個難題，使用了耐高溫的航空材料技術，從而成功開發出了首款搭載可變截面渦輪增壓器的汽油發動機，保時捷則將這項技術稱為VTG（Variable Turbine Geometry）可變渦輪葉片技術。兩者在原理上沒有本質區別，結構也基本相同。

目前，渦輪增壓技術已在多數引擎上應用，而為了迎合用戶的需求，高/低轉速均可輸出充沛動力的可變截面增壓技術有望得到廣泛運用，隨著科技的發展，更多耐高溫材質也會相繼推出，在未來，汽油機可變截面增壓器可能不僅只有保時捷擁有該項技術，更多汽車廠家的汽油發動機也會列入其中。

動力技術3——可變氣門正時/升程技術
技術特點：根據不同的工況調整氣門的開啟大小/開啟時間，提升動力和燃油效率

多家汽車廠商在宣傳自身產品時，習慣運用VVTi，i-Vtec和VVEL等字眼大力推廣，而這些字母均代表了可變氣門技術，可變氣門技術可以憑借相對簡單的方式有效提升發動機的動力并且節省油耗，因此國內眾多尚未采用該技術的廠商，尤其是自助品牌車型都在紛紛推出自己的可變氣門正時/升程技術。但是它們都是通過什么原理實現的呢？

發動機內部的配氣機構主要負責向汽缸提供汽油燃燒做功的氣體，并將燃燒后的廢氣排出，這一套動作的工作原理可以看做是人類的吸氣和呼氣過程。從配氣機構的工作原理來講，其主要功能是在一定時限內自動開啟和關閉各氣缸的進、排氣門，從而使新鮮空氣或者可燃混合氣及時通過進氣門供給氣缸內，并且及時將燃燒做功后形成的廢氣從排氣門排出，實現發動機氣缸換氣補給的整個過程。

可變氣門正時技術

那么傳統的配氣機構也有自己的缺點，對于沒有配備可變氣門技術的普通發動機而言，進排氣門開閉時間和開啟大小都是相對固定的，這會使氣門很難顧及到發動機在不同轉速工況時的工作需要，從而影響發動機的工作效率。而可變氣門正時/升程技術則有效的解決了這項難題，其中升程代表氣門開啟的大小，正時代表氣門開啟的時間。這兩項技術可使發動機在不同負載情況都能夠自由的調整“呼吸”，從而提升動力表現，使燃燒更有效率。

可變氣門正時技術介紹

前面文章說過，正時代表了氣門開啟的時間，那么可變氣門正時技術是如何工作的呢？由于發動機在做功時轉速很高，每一次燃燒過程僅需千分之幾秒，這樣往往會引起氣門供給汽缸內的空氣不足，排氣不凈，造成功率下降。而解決這項難題最理想的辦法是使發動機在高低轉速下都可以獲得理想的進氣量，從而提升發動機燃燒效率，這就是可變氣門正時技術開發的初衷。在低轉速和怠速工況下，該技術可縮減排氣門開啟時間，從而改善低速下的扭矩表現，而高轉速情況下，其會自動增加氣門的開啟時間，以保證發動機燃燒過程中進氣量。

技術差異與應用程度
技術差異：原理基本相同，但結構上各品牌做了相應優化，如豐田雙VVT-i、通用D-VVT等
應用程度：目前像豐田、通用、本田、三菱等汽車廠商的發動機已普遍應用

豐田VVT-i可變氣門正時技術

而目前，可變氣門正時技術在各個廠商的稱謂都各有相同，但是基本原理都大同小異，以豐田VVT-i為例，其是由ECU協調控制，而發動機各部位的傳感器隨時向ECU報告運轉工況，ECU會隨時控制凸輪軸正時控制液壓閥，根據發動機轉速調整氣門的開啟時間，或提前，或滯后，或保持不變。此外，還有少數汽車廠家的發動機（豐田雙VVT-i、通用D-VVT等）在排氣門也配備了可變氣門正時技術，從而實現進排氣門正時無級可調，進一步優化了燃燒效率。

可變氣門升程技術介紹

可變氣門正時技術確實可以有效提高發動機效率和經濟性，但是對發動機性能的提升卻作用不大，下面將要介紹的可變氣門升程技術則可以彌補這個不足。