国内外汽车发动机技术比较论文1

摘要

发动机是汽车的心脏，为汽车提供动力，密切关系着汽车的动力性、燃油经济性、平顺性。可以说，发动机的所有结构都是为能量转换服务的。发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，无论是在设计、制造、工艺还是在性能、控制等方面都有了很大的提高，但其基本原理仍然没有改变。文章从三个方面对论题展开论述，第一个方面是说明汽车发动机的发展历史，第二部分是国内外汽车发动机的技术比较，第三部分是对汽车发动机的问题与展望。这是一个富于创造的时代，那些发动机的设计者们，不断地将最前沿的科技融入到发动机的设计制造当中，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机的性能达到近乎完善的程度。各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点，更加注重能源消耗、尾气排放等与环境保护相关的方面，从而使人们在悠闲地享受汽车文化的同时，也能保护环境、节约资源。

关键词：发动机、技术比较、改进建议

目录

1汽车发动机技术现状................................................................................................. 3

1.1新材料的使用.................................................................................................. 3

1.2燃烧模式的变革.............................................................................................. 3

1.3燃料的多样化.................................................................................................. 4

1.4智能控制技术的应用...................................................................................... 4

2国内外汽车发动机技术特点比较............................................................................. 6

2.1国外发动机技术特点...................................................................................... 6

2.2国内发动机的技术特点.................................................................................. 7

3问题与展望................................................................................................................. 8

参考文献........................................................................................................................ 9 致谢.............................................................................................. 错误！未定义书签。

1汽车发动机技术现状

进入21世纪，汽车内燃机并未因其他车用动力的竞争（如电力）而成为“夕阳工业”，相反，技术进步使得车用四行程内燃机仍保持主体地位。

1.1新材料的使用

高强度、低密度材料的使用，如铝与加强纤维、陶瓷材料、塑料、碳素纤维等，使内燃机不断轻量化。

与传统铸铁缸体相比，采用铝合金材料铸造的气缸体，在保证强度的前提下，质量显著减轻，导热性能有所提高，满足了现代汽车发动机的性能要求。但由于铝合金的耐磨性不好，使用时必须镶嵌缸套。有的汽油机汽缸盖用铝合金铸造，因铝的导热性比铸铁好，有利于提高压缩比。铝合金缸盖的缺点是刚度低，使用中容易变形。由于生产成本较高等原因，铝合金发动机并未完全取代传统的铸铁发动机，常见的铝合金发动机有上汽通用别克君越（LaCrosse）所搭载的2.4L直列4缸发动机、一汽-大众奥迪A6L上的2.5L V型6缸发动机、东风日产骐达（TIIDA）上的1.6L发动机等。

使用聚酰胺（塑料）而非常规铝金属制造进气歧管为丰田带来了众多突破性优势：塑料取代金属后减轻了该部件约40%的重量，从而提高了燃料效率并减少了排放。使用Ultramid制造的进气歧管还加强了发动机空气补给，从而提高发动机的性能。比起铝制产品，聚酰胺进气歧管的光滑内壁阻力更低，同时，由于塑料的成型更为容易，这种材料更有利于最佳空气流动设计的实现。

1.2燃烧模式的变革

燃烧模式和燃烧系统发生重大变革，稀燃技术在汽油机上成功应用。典型的有日本三菱公司缸内直喷式汽油机（GDI）、大众缸内直喷分层燃烧发动机（FSI）、凯迪拉克双模直喷发动机（SIDI）。

FSI（Fuel Stratified Injection）燃油分层喷射，是基于GDI（汽油直喷）的一种技术。与常规的进气道喷射点燃式发动机相比，FSI将燃油直接喷入燃烧室。由于喷雾的气化冷却作用，它优化了充气效率，实现了汽油机质的调节，大大降低了进气损失。分层燃烧减少了发动机的传热损失，从而增大了满负荷的输出功率并降低了部分负荷的燃油消耗。

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

磁控制的高压喷嘴。它的特点是空气在进气道中已经产生涡流，进气流以最佳的涡流形态进入燃烧室内，通过分层填充的方式推动，使混合气集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点燃的浓混合气，空燃比达到12：1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速扩散至外层。

FSI发动机既然有如此多的技术优势，相应的其对发动机硬件和油品的要求也就很高。首先，它的喷油器安装在燃烧室内，这就要求其具备在高温高压环境下可靠工作的能力。其次，油路中必须具备比气缸内更高的压力才能有效地把汽油喷射入气缸。燃油管路中的压力提高以后，管接头密封处的强度也要随之提高。这样就对喷油器的设计和制造工艺提出了更高的要求。除此之外，FSI发动机的压缩比较高，可达11.5：1，在这种情况下对燃油标号和油品的要求就很严格。就中国的情况来说，必须使用97号及以上的高清洁度汽油。

1.3燃料的多样化

燃料更加多样，对于控制排气污染、改善燃油经济性、减少内燃机对日益短缺的石油基燃料的依赖，各国进行了大量内燃机代用燃料的研究工作，并在一定范围内取代汽油和柴油，如用天然气、液化石油气、甲醇、乙醇、合成汽油、合成柴油、生物柴油以及二甲基醚等。

天然气(NG)是一种清洁、高效、优质能源，在世界各国得到广泛的利用。液化天然气(LNG)是将天然气在-162℃常压下转化成液态，其液化后的体积为常压下气态的1/600~1/625，小于压缩天然气(CNG)的体积；而CNG是将常温常压下的天然气压缩到20~25MPa后的高压天然气，其体积为常温常压下气态的1/200~1/250，是LNG体积的2.5~3.0倍。

由于CNG具有体积较小、储存效率较高和运输较方便等优势；既可将其作为民用、工业和城市燃气调峰，也可作为汽车燃料。目前，我国CNG汽车在四川成都、重庆、郑州、北京、开封、济南等城市迅猛发展，全国天然气汽车拥有量已超10万辆。但天然气和汽油、柴油相比更易燃易爆，对天然气气源和管网的依赖性较强，只能在有天然气管网的地点建设CNG加气站等相应的基础设施。

1.4智能控制技术的应用

VVT—i（Variable Valve Timing with intelligence）系统是丰田公司的智能可变气门正时系统的英文缩写，最新款丰田轿车的发动机已普遍安装了VVT

—i系统。丰田的VVT—i系统可连续调节气门正时，但不能调节气门升程。它的各种智能控制技术更加成熟。例如，在进气系统方面，本田的VTEC、丰田的VVT-i、现代的CVVT、通用的DVVT等可变气门正时技术都得到了广泛应用；柴油机电控技术，包括高压共轨技术、电控泵喷嘴、电控单体泵、增压及中冷技术等向小型柴油机和汽油机扩展。

欧洲可以说是柴油汽车的天堂，在德国柴油轿车占了39%。柴油轿车已有了近70年的历史，可以说柴油发动机有了突飞猛进的发展。1997年，博世与奔驰公司联合开发了共轨柴油喷射系统(Common Rail System)。今天在欧洲，众多品牌的轿车都配有共轨柴油发动机，如标致公司就有HDI共轨柴油发动机、菲亚特公司的JTD发动机，而德尔福则开发了Multec DCR柴油共轨系统。

2国内外汽车发动机技术特点比较

2.1国外发动机技术特点

（1）涡轮增压+缸内直喷技术广泛应用

奔驰、宝马、别克、大众、奥迪等外国品牌车型上均可以看到涡轮增压直喷技术的大量应用。

（2）可变气缸技术

发动机通过智能系统，一旦判断出现有行驶状态为中速或者低速发动机负荷工况，发动机将仅运转部分气缸；当行驶状态为中等速度、高速巡航或缓坡中的一种时，发动机再多运转气缸；当行驶状态属于起步、加速、爬坡等需要大功率输出的集中情况之一，全部气缸将投入工作。

君越旗舰版的3.0LV6升发动机采用了DOD可变排量控制技术。广汽本田雅阁3.5LV6旗舰版采用了智能变缸发动机。克莱斯勒300C采用了MDS多级可变排量系统。

目前，这一技术在国内自主研发车型上还很少见，仅在一汽自主研发的CA6GV汽油发动机上有采用，但也只是在研发阶段。

（3）可变进气歧管技术

当发动机低速运动时，由于气门开合频率低，此时如果选用长进气歧管，能够够更容易达到进气共振，有利于提高发动机低速进气功率；当发动机处于高速运转时，由于气门开合频率高，如果选用短的进气管，能够获得更合拍的高频进气共振，从而提高高速时的进气频率。

可变进气歧管技术就是通过改变发动机低速运转和高转速时的进气管长度来提高进气功率，从而提高发动机的动力性和经济性。

宝马3系318i发动机上采用了可变进气歧管技术。奔驰的V6发动机采用了共振进气歧管技术。

（4）可变气门升程技术的应用

通过改变气门升程，即改变进气面积的方式，来提高发动机进气流量。当发动机低速转时，使用较小的气门升程，提高低速转时的进排气效率；当发动机高速转时，采用较大的气门升程，提高高速转时的进气流量。

广汽本田的理念S1、锋范飞度、雅阁、奥德赛均采用了本田i-VTEC技术；英菲尼迪FX50/M37/25/G37/25采用了VVEL连续可变气门升程技术。

（5）均质压燃技术

均质混合气压燃是指气缸里注入比例非常均匀的空气和燃料混合气，通过活塞压缩混合空气使之温度升高至一定程度时自行燃烧。它是以往复式汽油机为基础的一种新兴燃烧模式，简单来说就是汽油机的压燃方式。

马自达SKYACTIV-G发动机采用了均质混合压缩点燃技术，压缩比例高达14：1，也是马自达最新研发的第一款全球最高压缩比的直喷式汽油发动机，克服了高压缩比发动机异常燃烧的问题。

（6）自动启停技术

自动启停系统能够使汽车在遇红灯或短暂停车时，自动停止发动机运转，有效降低车辆的燃油油耗及废气排放。奔驰的AMG5.5LV8双涡轮增压发动机采用了自动启停技术。东风雪铁龙新C4也采用了这一技术。

2.2国内发动机的技术特点

（1）可变气门正时技术的广泛应用

可变气门正时，其主要功能是改变发动机气门开启和闭合的时间，以达到更合理地控制相应发动机转速所需要的空气量，从而降低油耗，提高经济性。

目前，可变气门技术正时技术已被广泛应用于各个车型上。长城、比亚迪、奇瑞、海马大多采用了VVT技术。尽管各个厂商和车型间的技术水平还有一定差距，但整体来看可变正时系统已经成为比较大众化的技术。

（2）涡轮增压和缸内直喷技术处于研发阶段

比亚迪在G61.5Ti车型上及比亚迪3系以上车型使用了涡轮增压直喷发动机。长城汽车全面采用了涡轮增压、缸内直喷等先进技术。涡轮增压发动机已搭载在腾翼C50上，其它款发动机均处于研发阶段。吉利分别在β平台和γ平台上开发出1.0T、1.3T涡轮增压机型及1.5L缸内直喷机型。

（3）VVT技术与GDI技术结合

国内的直喷技术起点技术几乎一致，都是采用VVT与GDI相结合的应用，同时为应付日益增长的小排量大动力的需求，相应地增加了增压技术来获得动力性能的发挥。

（4）轻量化技术单一

国内自主研发发动机在轻量化方面主要从轻量化材料方面进行突破，发动机采用全铝材质，进气歧管采用塑料等。而国外，在轻量化方面，除了从材料上进行改进外还从技术上进行了大量研究。

3问题与展望

国内发动机自主研发能力在逐步提高，但与国外相比还存在一定差距。一方面企业在整车上投入远远超过发动机，使得发动机的研发能力相对薄弱；另一方面，在现代发动机的研发方式上，国外主流OEM大多采用正向研发流程。由于有成熟的流程。规范、完整的数据库作支撑，第一轮样机的性能指标至少可达到开发目标的90%以上，大大缩短了产品研发周期与开发费用。国内目前的开发模式，大多采用借鉴标杆样机进行逆行研发的模式。由于对标杆样机的开发思路、关键技术等缺乏了解，开发出的产品往往是“形似神异”，性能与标杆样机相比差别甚大，缺乏竞争力。

要缩短与国外发动机研发水平的差距，企业本身要加大对发动机的研发力度，而不仅停留在组装车上，除此之外，发动机数据库的建设应加紧步伐，以支持发动机的正向研发。

参考文献

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