基于缸内直喷技术的三缸发动机的探索与研究

黄晓鹏（陕西交通职业技术学院，陕西 西安 710018）



基于缸内直喷技术的三缸发动机的探索与研究

黄晓鹏
（陕西交通职业技术学院，陕西 西安 710018）

摘要：介绍三缸直喷发动机的市场及优缺点，分析三缸直喷发动机的几大技术亮点，并分析了三缸直喷发动机的发展前景。

关键词：三缸发动机缸内直喷；涡轮增压

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004

基金来源：陕西交通职业技术学院院级科研项目，项目合同编号：YJ15001。

CLC NO.: U464Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-26-03

前言

随着社会对环境污染的日益重视，油耗排放已经成为汽车生产的重中之重，2015年我国第三阶段油耗标准已经到了最后一年，百公里6.9升第三阶段油耗限值标准也今年全面执行，而且从工信部最新发布的《乘用车燃料消耗量限值》和《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》来看，2016年开始我国将执行第四阶段油耗标准，油耗限值标准逐年递减，每年将设置油耗达标值，直至到2020乘用车平均油耗降至5.0 升/100公里。因此，各大汽车厂家陆续推出缸内直喷发动机以替代自然吸气发动机，近几年来，小排量尤其是三缸直喷发动机发展尤其迅速。本论文将对三缸直喷发动机的技术特点进行探索与总结。

1、三缸直喷发动机概述

近年来，我国各大汽车公司一直在致力于汽油发动机的小型化、增压化以及直喷化。在我国市场，涡轮增压和缸内直喷技术的成功，为各大汽车公司带来了良好的市场回馈，同时为了进一步满足油耗排放以及动力的要求，各大主流汽车公司陆续推出了更适合市场环境的三缸涡轮增压直喷发动机。

1.1国内三缸直喷发动机市场

表1　国内三缸发动机

目前，我国标致、福特、通用等几大主流汽车公司已经推出了三缸涡轮增压直喷发动机，虽然车型所占市场份额不是很大，但是已经处于明显上升势头，表1为一些主要的汽车公司的三缸发动机。

1.2三缸直喷发动机优势

三缸增压直喷发动机相对于同排量的自然吸气发动机具有明显的优势，主要表现在：

（1）动力性较高一级别自然吸气汽油机好，如图1为东风标致雪铁龙EB2DTS三缸发动机的扭矩与普通1.6L四缸自然吸气发动机扭矩的对比；

（2）经济性优势明显，适应未来油耗限值要求；

（3）有效改善排放水平，适应环保法规要求；

（4）结构紧凑，节省更多布置空间；

（5）重量轻，有利于整车“减重设计开发”；

（6）节省制造成本。

图1　1.2L三缸增压发动机与1.6L四缸自然吸气发动机扭矩比较

2、三缸直喷发动机技术亮点

2.1废气涡轮增压技术

图2　废气涡轮增压技术结构图

废气涡轮增压技术是利用发动机排气的能量驱动废气涡轮增压器实现内燃机增压的方法。发动机气缸排出的高温高速的废气，经排气管进入到涡轮增压器中，推动增压器中的涡轮旋转，涡轮再带动与它同轴的压气机叶轮旋转。压气机将吸入的空气压缩，提高了压力的空气流经内燃机进气管，供入气缸，从而达到增压的目的。经过增压的发动机比同排量的自然吸气发动机的进气量要大很多，因此动力性也提升很多，目前，增压发动机已经成为发动机发展的一大趋势。三缸发动机作为小排量发动机，为了使其动力性得到一定的竞争力，大部分都采用了废气涡轮增压技术。图2为废气涡轮增压技术的结构图。

2.2平衡轴技术

在三缸发动机中，由于三个活塞上下运行时存在不对称性，三缸发动机在运行平稳性上有着一定的劣势，更容易引起整机振动。但是随着发动机技术的发展，目前大部分的三缸发动机机的平顺性和静音性已经得到了很大的提升。例如，而雪铁龙、通用、宝马等厂家在发动机中安置了平衡轴，并使其以曲轴相反的方向进行旋转来抵消发动机运行的不平顺性，平衡轴技术可有效地缓解三缸发动机因为曲柄连杆机构运转不平衡引发的的整机振动，提高驾驶的舒适性。而福特公司更是采用了重新设计的悬置系统，以及利用飞轮和前皮带轮等部件本身的“不平衡设计”来抵消三缸发动机运行过程中的抖动。图3为三缸发动机的平衡轴结构。

图2　三缸发动机平衡轴

2.3双连续可变进排气门正时系统

目前主流四缸发动机主要装配的是进气可变正时系统，而在三缸直喷发动机中，基本上装配了双连续可变进排气门正时系统。双连续可变进排气门正时系统，能够同时改变进气凸轮轴和排气凸轮轴的相位角，从而获得与转速更匹配的气门叠加角，因此可以使发动机拥有效率更高的配气效率。保证发动机在不同工况下的充气及排气效率、改善怠速稳定性、有效提升低速扭矩表现、保证低速动力性、有效提升高速功率表现。

除此之外，像缸内直喷、双质量飞轮、汽缸盖集成排气歧管等技术也在三缸发动机上得到了广泛应用。

3、三缸直喷发动机发展趋势

随着现在排放法规的越加严厉和汽车发动机制造技术的进一步发展，三缸直喷发动机加上涡轮增压技术就能实现以前四缸甚至六缸的动力性能，还能达到比较好的平顺性。而且比起四缸、六缸发动机，三缸发动机最明显的优势在于减小了发动机体积和排气量，实现环保、省油，节省制造成本的目的。因此，近年来各个汽车厂家相继推出三缸直喷发动机。

但是内燃机由于本身的缺点始终是要被电动汽车所代替，但是将技术水平的局限限制了电动汽车的发展。目前最容易实现的过度车型还是油电混合动力，而电动汽车过度阶段的混合动力也需要三缸发动机的辅助。不管内燃机在混合动力中扮演的是发电的角色还是提供动力的角色，它的体积肯定是越小越好，功率肯定是越高越好，能耗越低越好。三缸发动机几乎是目前汽车用发动机的最低缸数了，也就成了混合动力比较好的选择。因此，今后很长一段时间，三缸直喷发动机都将是一个发展方向。

4、结束语

汽车经过这些年快速发展，三缸发动机的再次流行是内燃机发展进化的一个必然过程，也是我国汽车工业发展的一大进步，人们不再只是简单追求缸数、追求动力，而是考虑了环境的可持续发展，相信中国的汽车业明天会更好。

参考文献

[1]蔺宏良,黄晓鹏.车联网技术研究综述[J].机电工程,2014,31(9): 1235-1238.

[2]张中杰.汽油机缸内直喷技术及其应用前景[J].天津.北京汽车, 2013（2）:37-41.

[3]张远丽.缸内直喷汽油机应用现状及问题综述[J].芜湖.内燃机，2014（1）：1－4.

[4]刘海峰,金超.汽车节能环保新技术[J].天津.汽车电器,2009（2）:1 －5.

[5]张宗杰.动力机械电子控制[ M].武汉.华中科技大学出版社,2004.

[6]赵永锋,马秀清.汽油机缸内直喷技术探析及应用[J].保定.无线互联科技,2012（7）:189.

Based on the GDI technology three-cylinder engine’s explore and research

Huang Xiaopeng
( Shaanxi traffic vocational and technical college, Shaanxi Xi 'an 710018 )

Abstract:Introduce the market and advantages of three-cylinder GDI engige, analyze several highlights technology of the three-cylinder GDI engine, and analyze the three-cylinder GDI engine’s development prospects.

Keywords:three-cylinderengigeGDI; Turbo Boost

中图分类号：U464

文献标识码：A

文章编号：1671-7988（2016）05-26-03

作者简介：黄晓鹏，硕士研究生，讲师，就职于陕西交通职业技术学院。从事汽车专业的教学和研究工作。