全球汽车发动机主流技术观察

2016-12-30   来源：润滑油情报 网友评论 0 条

    直喷、增压、可变气门、废气再循环等已经成为全球发动机市场主流技术。同时，全球先进发动机技术应用趋同性变化明显。

汽油直喷（GDI）成主流

汽油缸内直喷（GDI）使喷油控制更灵活，有利于提高压缩比和实现稀燃，技术优势明显。

 喷油器侧置GDI已得到普遍应用，大众等欧洲公司引导了该技术发展潮流，继而美国，近几年日本也大量采用，中国近年来已有多款自主开发的GDI发动机量产。

 欧美日三大板块新车中的GDI汽油机占比快速提高，2015年是2009年的3-4倍，尤其欧洲占比已达75%，中国在2015年GDI占比也超过25%。

中置喷油器在欧洲大量应用

欧洲中置GDI技术应用情况

喷油器中置GDI系统，具有改善爆震、降低碳烟和机油稀释等优势，但也存在喷嘴安装空间紧张，容易积碳导致耐久性不好，比侧置GDI设计制造难度更大等问题。

2010年戴姆勒公司开始产业化，2014年欧洲新开发的汽油机全部为中置GDI，目前美国和日本尚未使用。

GDI+PFI双喷油系统技术领先

GDI+PFI的双喷系统，兼有两者的优点，在不同工作条件下切换使用，PFI喷射主要用于冷启动和中小负荷，GDI主要用于中高负荷及要求多次喷射的工况。

双喷系统具有组织燃烧更灵活、控制爆震、抑制冷启动时的碳烟排放等优势，而成本增加不多。目前采用双喷射系统的有丰田公司和奥迪公司。

基于直喷+增压的汽油机小排量化发展

以直喷+增压为核心内容的小排量化（Down Sizing）显著提高了汽油机的热效率和动力性，升功率超过100kW，升转矩超过200Nm的汽油机已不鲜见。

2015年，欧美日新开发汽油机中采用【GDI+T】 技术占比为75%-100%。

2015年，日本新开发的7款发动机中6款是【GDI+T】（另一款是HEV专用发动机），表明日本的思路在近两年中有重大变化，也跟进了小排量化潮流。

提高压缩比

国际上已有多家公司实现高压缩比：非增压12-13，增压≥10.5。提高压缩比和增压小排量，都使燃烧室内的能量密度成倍增高，导致“超级爆震”发生，其机理尚未完全搞清。这也是当今小排量汽油机研发难点。清华大学研究表明，超级爆震现象有可能由“敲缸”进入了“爆震燃烧”，即“Knocking”变为“Detonation”。

高滚流比及高速燃烧的应用

提高进气滚流强度可以加速宏观的油气混合，并在压缩终了转变为高强湍流，以加速火焰传播。高速燃烧在抵消稀燃和EGR等带来的燃烧不稳定问题同时，可提高燃烧效率和热功转换效率。

米勒/阿特金森循环日企应用广泛

米勒循环与阿特金森循环的原理相似，都是以膨胀比大于压缩比的原理来提高指示热效率。最先由丰田公司和本田公司用于混合动力专用发动机，后在日本普通汽油车上也开始使用。2014年日本新开发的10款发动机（非HEV）中有6款用阿特金森循环技术，欧美尚未见使用。

自动启停技术（Start-Stop）全面普及

启停技术，即汽车停驶和怠速时停止发动机运转，汽车起步时快速启动发动机进入工作状态。启停技术的节油效果一般在5%左右。

EGR废气再循环大量应用

EGR系统

EGR原本是用于减低NOx排放，但在汽油机上使用可降低泵气损失，进而改善中低负荷油耗，冷却EGR还兼有中高负荷控制爆震和降低排温的作用。2014年，日本新生产的10款车用汽油机中有6款采用了冷却EGR技术。

稀释稀燃可降低发动机中小负荷油耗

清华大学在2010年提出了稀释稀燃=空气稀燃+废气稀释的思路，Lean Dilution Combustion，综合一代和二代GDI优点。其具有三种效果：体积稀释、密度稀释、活性稀释。试验证明可以改善油耗7%~8%，同时降低NOx排放。 如果有更好的GDI发动机、更强的点火系统，稀燃范围可进一步扩大，节油效果会更好。

基于低温压燃的高效发动机技术路线

沿用“火花点火，火焰传播”燃烧方式，汽油机要实现50%的热效率有很大难度。
 “均质压燃HCCI”可使汽油机热效率大幅提高，在进行了十几年的基础研究后，目前面向产业化的研究仍在进行中。中国研究者在第三期973计划研究中，从燃料与燃烧融合入手，走“低温压燃”技术路线，以期实现高效低排放内燃机目标。

可变机油泵和冷却水泵

电控水泵和电控机油泵可以根据发动机工况合理改变其压力或流量，降低附件耗功，提高机械效率，可分别降低整车油耗1%-1.5%。

近几年来，电控水泵和机油泵的应用明显加快，从2013年仅在欧洲2个公司的产品上应用，到2014年发展到欧美日共6家公司应用，其中3家公司同时采用电控水泵和电控机油泵。

未来30年内燃机仍是汽车的最主要动力系统，车用汽油机的热效率有可能在2020年左右达到50%，而柴油机将会更高，内燃机在节能减排方面将更具优势。汽车发动机产业作为先进制造业的代表，技术含金量非常高，它是体现综合竞争力的标志性产业，将是我国制造业、汽车产业实现创新驱动、转型升级、由大变强的主战场。

五缸发动机的两难

主流发动机汽缸数，一般是四缸或者六缸，随着小排量涡轮增压发动机的普及，三缸也变得越来越多。要是在美国，八缸很常见，超跑甚至十缸、十二缸都有。

而五缸发动机，在历史上面却一直默默无闻，只在个别几个品牌上用到，有点像打酱油的角色，五缸发动机为什么就不火呢？

理论角度讲，发动机缸数越多，气缸之间做功就会发生重叠，点火间隙时间越短，产生的振动就能抵消一部分，所以震动和噪音相对也会更少。因此，五缸发动机在震动和噪音抑制方面会比四缸更有优势。

多一个气缸，更容易增加排量，对动力性能的提升也有一定的帮助。从这两点来看，五缸发动机更容易制造出高级感，所以，以前装备五缸发动机的通常都在豪华车里面。

当然，五缸发动机相比于四缸和六缸的优势，其实也并不明显。由于比四缸发动机多一个气缸，它的制造成本也会增加，零件也会增多，保养成本以及油耗都会更高。

想要震动和噪音更小，以当今的技术，四缸发动机可以通过增加平衡轴去抵消震动，绝对比五缸发动机要省（各方面来说都是如此）。而相比六缸发动机，五缸发动机在震动和噪音抑制还是比不上它。

既然制造、保养成本都比较高，干脆一不做二不休，直接上六缸反而是更好的选择，而且六缸发动机的动力相对也会更加好，也更能显示出高级感，更适合装备在豪华车上。就因为这种高不成低不就的尴尬，导致五缸发动机才一直都火不起来。

不过，也有一些比较固执的品牌依然使用五缸发动机，比如像奥迪和沃尔沃，它们到现在还保留有五缸的发动机。

奥迪的五缸发动机已经转变为高性能的象征，它主要用在RS3和TT RS上面，2.5升的排量，还有涡轮增压。其实，奥迪过去一直都有五缸发动机，奥迪100曾经也搭载五缸发动机。

沃尔沃的五缸发动机也很著名，过去的T5、T6发动机甚至是它们的主力发动机。但是，随着发动机小排量化逐渐成为潮流，沃尔沃也开始用万能的2.0T发动机取代T5、T6发动机。

坚持的确可以成为一种特色，但面对世界的大潮流，想要生存下去，也只能作出妥协。