浅谈发动机的主流技术

张治国 赵世来

摘 要：最近几年，中国汽车行业迅速发展，无论是国有自主品牌还是合资品牌，汽车的销量都是逐年增加。在大环境快速增长的拉动下，国内发动机市场这几年也呈现蓬勃发展之势。发动机是汽车的核心部件，发动机的性能是汽车的动力性、经济性、排放性等性能的根本。为了强化发动机的动力性，为了尽可能地提高发动机的热效率，就需不断地采用新技术进行升级，从下面几个方面阐述一下发动机的主流技术。

关键词：汽车;发动机;排放;技术

中图分类号：U464  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）12-82-03

Abstract： In recent years， China's auto industry is developing rapidly， Whether state-owned independent brand or joint venture brand sales， The number of cars is increasing year by year. Driven by the rapid growth of the overall environment， Domestic engine market also presents the trend of vigorous development these years. The engine is the core component of a car， The performance of engine is the basis of power， economy and emission of automobile. To enhance the dynamic performance of the engine， To maximize the thermal efficiency of the engine， You need to constantly upgrade with new technologies. The mainstream technology of engine is expounded from the following several aspects.

Keywords： Car; Engine; Emissions; Technology

1 前言

在汽車发动机领域中，由于国家各项法规的出台，普通的增压技术和自然吸气技术已经不能满足当今社会发展的需求，所以就研发出一些新的技术，来改变当时的落后的局面。本文新技术主要包括VCR技术（可变压缩比），双涡轮增压技术，混合动力技术，甲醇技术，缸盖与进、排气歧管集成技术，自动启停技术，轻量化技术。

2 技术介绍

2.1 VCR技术

VCR技术目的就是提升涡轮增压发动机的动力性和燃油经济性，完成可靠的动力输出，满足整车的性能要求。所以具备了节能减排的效应。

原理介绍：我们知道，在涡轮增压发动机中是最容易产生爆震问题，为了防止此问题的发生，在设计时压缩比低于自然吸气发动机，这样导致热效率降低，燃油经济性下降。在涡轮增压发动机中，增压介入很慢，在低压缩比条件下扭矩上升很慢，形成所谓增压滞后现象，为解决这问题，可变压缩比是重要的方法，在增压压力低的低负荷工况使得压缩比提到与自然吸气式发动机压缩比相同，甚至更高，在高增压的高负荷工况下适当降低压缩比。

目前全球主要有几种可变压缩比项目在研究，例如萨博的可变压缩比技术 ，法国MCE—5可变压缩比技术，日产多连杆可变压缩比技术，保时捷可变压缩比技术，戴姆勒-奔驰可变压缩比技术。

萨博可变压缩比技术方案，是气缸盖和气缸体之间是可以活动的，是靠密封套进行密封，靠ECU控制摇臂来改变缸体和缸盖之间的角度，从而改变了燃烧室的体积，体积改变了，压缩比也发生了改变。目前此技术还存在一些弊端，气缸盖和气缸体之间密封性差，很难保证不存在泄露的问题，目前此尖端问题还没有被攻破，所以还没有实现批产。

法国MCE-5可变压缩比技术方案，有两个缸筒，1套活塞连杆总成和1套控制顶杆，采用液压控制齿轮，使摆杆做空间移动，使压缩比改变。特点，体积大，结构复杂，目前东风汽车研究院完成了样机的搭建，但是还没有量产。见图1。

日产可变压缩比技术，主要讲的是曲柄连杆这套系统，由三个连杆，一个曲轴，连接块，控制单元等零件组成。连杆与控制轴的偏心部分连接，当控制轴转动时，连杆使曲柄销回转而使杠杆摆动。由此，活塞的上止点的位置作上下移动，从而能够连续改变压缩比。特点是曲柄连杆系统长，会导致发动机高增加;优点实现批产，并且是全球第一个实现批产的VCR发动机，搭载在英菲迪尼QX50和新天籁车上，热卖中。见图2。

保时捷的可变压缩比技术方案，是在杆身内部装了两个小型液压油缸，靠两个活塞推拉自己头顶的小连杆，带动连杆上的偏心轴套左右扭动，从而改变了连杆孔心距的长度，改变活塞到缸盖的距离，改变燃烧室的空间，借此改变压缩比。此项技术正在开发阶段，申请了专利，并无量产。见图3：

戴姆勒-奔驰可变压缩比方案，在活塞本体上进行改变，是通过液压来改变活塞压缩高，实现销孔上下移动，实现燃烧室的改变，来调整压缩比。缺点：润滑油的流量难控制，液压活塞质量大，不易高速旋转，无量产。

总的来说，以上6项可变压缩比技术中，只有日产多连杆可变压缩比技术方案实现了批产，目前优势很大。

2.2 双涡轮增压技术

传统的单涡轮增压器一般在转速1500n/min时才能开始介入，所以在这阶段以前增压器都是处于不工作状态，为了弥补增压滞后和动力不足的问题，可以采用双涡轮增压，让其共同作用，这样进气效率会大幅度提升，增压效果更加显著。双涡轮增压器由一个大涡轮和一个小涡轮组成，高转速时大涡轮工作，低转速时小涡轮工作，无论哪个转速下，都会提供所需的充气压力，从而获得更多的进气量。结果，性能超过传统的单涡轮增压器。

3.3 动力总成选型评价指标

动力总成性能指标包括动力性、燃油经济性、排放性、驾驶性、NVH性能等类指标，在动力总成方案选型阶段，由于排放性、驾驶性和NVH性能仿真评估比较复杂，因此动力总成选型方法选取动力性、燃油经济性两大大类指标;具体指标如下：

最高车速：汽车的最高车速是指在水平良好的路面上汽车所能达到的最高行驶速度，它不是瞬时值，而是可连续行驶一定距离的最高车速。

加速时间：加速时间表示汽车的加速能力，体现为在水平路面上所能达到的最大加速度，对平均行驶车速有着很大的影响。

最大爬坡度：汽车的上坡能力是用满载（或某一载质量）时，汽车在良好路面上的最大爬坡度。实质上最大爬坡度是指I档时的最大爬坡度。最大爬坡度代表了汽车的极限爬坡能力。

综合工况百公里燃油消耗量：以4个市区循环和1个郊区循环（NEDC）行驶试验工况来模拟实际车车运行状况，并以其百公里燃油消耗量来评定相应行驶工况的燃油经济性。

3.4 动力总成选型过程

第一步：采用仿真計算软件将不同动力总成方案的评价指标进行求解;

第二步：将不同动力总成方案和评价指标进行数据转换，通过主成分分析计算求出各个指标权重系数;

第三步：确定了各个指标权重后，需要将指标值中极大型指标和极小型指标进行区分，同时将指标数据转换成无量纲、同级、正向可加的标准数据。转换方法如下：

设有m个方案，j项指标，aij为原始数据，uij为标准数据，Mj、mJ分别为第j项指标的最大值和最小值，则极大型指标数据转化为：

极小型数据转换为：

第四步：将指标数据标准化后，运用线性加权和法计算出各个动力总成方案的综合评价值，得出最优方案。

4 应用实例

现以开发的某款乘用车的动力总成选型为例进行评价，评价指标仿真数据结果如下表1所示，通过主成分分析法寻找出新的综合指标，建立动力总成选型评价模型。

将以上矩阵进行标准化后，结果如表2所示：

采用MATLAB编程进行主成分分析，结果如下表3：

上表说明第1，2主成分包含原始变量近90%的信息，后面2个主成分仅包含10%的信息，所以不考虑。

主成分得分系数矩阵为：

由此计算出9款动力总成选型指标性能得分及排序如下表4：

从上表中可以清晰看出，3号动力总成组合主成分分析评价中得分最高，客观反映了该动力总成的动力性与经济性均衡性最佳。

5 结论

本文针对现有在动力总成选型的优化匹配和评价体系，提出基于主成分分析法的动力总成选型方法，该方法把相关的性能指标量纲归一化，通过数值量化，可以把动力总成选型中所要考虑的指标均可以纳入考虑。主要解决评价动力总成组合优劣问题。该方法还可以引入其他动力总成性能指标如排放，NVH性评价指标使得评价更加客观具体。

参考文献

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