基于缸內(nèi)直噴技術(shù)的三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的探索與研究

黃曉鵬（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710018）

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基于缸內(nèi)直噴技術(shù)的三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的探索與研究

黃曉鵬
（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710018）

摘要：介紹三缸直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的市場(chǎng)及優(yōu)缺點(diǎn)，分析三缸直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的幾大技術(shù)亮點(diǎn)，并分析了三缸直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：三缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)直噴；渦輪增壓

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004

基金來(lái)源：陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)科研項(xiàng)目，項(xiàng)目合同編號(hào)：YJ15001。

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

前言

隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境污染的日益重視，油耗排放已經(jīng)成為汽車(chē)生產(chǎn)的重中之重，2015年我國(guó)第三階段油耗標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)到了最后一年，百公里6.9升第三階段油耗限值標(biāo)準(zhǔn)也今年全面執(zhí)行，而且從工信部最新發(fā)布的《乘用車(chē)燃料消耗量限值》和《乘用車(chē)燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)》來(lái)看，2016年開(kāi)始我國(guó)將執(zhí)行第四階段油耗標(biāo)準(zhǔn)，油耗限值標(biāo)準(zhǔn)逐年遞減，每年將設(shè)置油耗達(dá)標(biāo)值，直至到2020乘用車(chē)平均油耗降至5.0 升/100公里。因此，各大汽車(chē)廠家陸續(xù)推出缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)以替代自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，近幾年來(lái)，小排量尤其是三缸直噴發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展尤其迅速。本論文將對(duì)三缸直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行探索與總結(jié)。

1、三缸直噴發(fā)動(dòng)機(jī)概述

近年來(lái)，我國(guó)各大汽車(chē)公司一直在致力于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的小型化、增壓化以及直噴化。在我國(guó)市場(chǎng)，渦輪增壓和缸內(nèi)直噴技術(shù)的成功，為各大汽車(chē)公司帶來(lái)了良好的市場(chǎng)回饋，同時(shí)為了進(jìn)一步滿足油耗排放以及動(dòng)力的要求，各大主流汽車(chē)公司陸續(xù)推出了更適合市場(chǎng)環(huán)境的三缸渦輪增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)。

1.1國(guó)內(nèi)三缸直噴發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)

表1　國(guó)內(nèi)三缸發(fā)動(dòng)機(jī)

目前，我國(guó)標(biāo)致、福特、通用等幾大主流汽車(chē)公司已經(jīng)推出了三缸渦輪增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然車(chē)型所占市場(chǎng)份額不是很大，但是已經(jīng)處于明顯上升勢(shì)頭，表1為一些主要的汽車(chē)公司的三缸發(fā)動(dòng)機(jī)。

1.2三缸直噴發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)勢(shì)

三缸增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于同排量的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在：

（1）動(dòng)力性較高一級(jí)別自然吸氣汽油機(jī)好，如圖1為東風(fēng)標(biāo)致雪鐵龍EB2DTS三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩與普通1.6L四缸自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的對(duì)比；

（2）經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)明顯，適應(yīng)未來(lái)油耗限值要求；

（3）有效改善排放水平，適應(yīng)環(huán)保法規(guī)要求；

（4）結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省更多布置空間；

（5）重量輕，有利于整車(chē)“減重設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)”；

（6）節(jié)省制造成本。

圖1　1.2L三缸增壓發(fā)動(dòng)機(jī)與1.6L四缸自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩比較

2、三缸直噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)亮點(diǎn)

2.1廢氣渦輪增壓技術(shù)

圖2　廢氣渦輪增壓技術(shù)結(jié)構(gòu)圖

廢氣渦輪增壓技術(shù)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的能量驅(qū)動(dòng)廢氣渦輪增壓器實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)增壓的方法。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排出的高溫高速的廢氣，經(jīng)排氣管進(jìn)入到渦輪增壓器中，推動(dòng)增壓器中的渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪再帶動(dòng)與它同軸的壓氣機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)。壓氣機(jī)將吸入的空氣壓縮，提高了壓力的空氣流經(jīng)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管，供入氣缸，從而達(dá)到增壓的目的。經(jīng)過(guò)增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)比同排量的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量要大很多，因此動(dòng)力性也提升很多，目前，增壓發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)成為發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的一大趨勢(shì)。三缸發(fā)動(dòng)機(jī)作為小排量發(fā)動(dòng)機(jī)，為了使其動(dòng)力性得到一定的競(jìng)爭(zhēng)力，大部分都采用了廢氣渦輪增壓技術(shù)。圖2為廢氣渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)圖。

2.2平衡軸技術(shù)

在三缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于三個(gè)活塞上下運(yùn)行時(shí)存在不對(duì)稱(chēng)性，三缸發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行平穩(wěn)性上有著一定的劣勢(shì)，更容易引起整機(jī)振動(dòng)。但是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前大部分的三缸發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)的平順性和靜音性已經(jīng)得到了很大的提升。例如，而雪鐵龍、通用、寶馬等廠家在發(fā)動(dòng)機(jī)中安置了平衡軸，并使其以曲軸相反的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來(lái)抵消發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的不平順性，平衡軸技術(shù)可有效地緩解三缸發(fā)動(dòng)機(jī)因?yàn)榍B桿機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡引發(fā)的的整機(jī)振動(dòng)，提高駕駛的舒適性。而福特公司更是采用了重新設(shè)計(jì)的懸置系統(tǒng)，以及利用飛輪和前皮帶輪等部件本身的“不平衡設(shè)計(jì)”來(lái)抵消三缸發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的抖動(dòng)。圖3為三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡軸結(jié)構(gòu)。

圖2　三缸發(fā)動(dòng)機(jī)平衡軸

2.3雙連續(xù)可變進(jìn)排氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)

目前主流四缸發(fā)動(dòng)機(jī)主要裝配的是進(jìn)氣可變正時(shí)系統(tǒng)，而在三缸直噴發(fā)動(dòng)機(jī)中，基本上裝配了雙連續(xù)可變進(jìn)排氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)。雙連續(xù)可變進(jìn)排氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)，能夠同時(shí)改變進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸的相位角，從而獲得與轉(zhuǎn)速更匹配的氣門(mén)疊加角，因此可以使發(fā)動(dòng)機(jī)擁有效率更高的配氣效率。保證發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下的充氣及排氣效率、改善怠速穩(wěn)定性、有效提升低速扭矩表現(xiàn)、保證低速動(dòng)力性、有效提升高速功率表現(xiàn)。

除此之外，像缸內(nèi)直噴、雙質(zhì)量飛輪、汽缸蓋集成排氣歧管等技術(shù)也在三缸發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用。

3、三缸直噴發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

隨著現(xiàn)在排放法規(guī)的越加嚴(yán)厲和汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，三缸直噴發(fā)動(dòng)機(jī)加上渦輪增壓技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)以前四缸甚至六缸的動(dòng)力性能，還能達(dá)到比較好的平順性。而且比起四缸、六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，三缸發(fā)動(dòng)機(jī)最明顯的優(yōu)勢(shì)在于減小了發(fā)動(dòng)機(jī)體積和排氣量，實(shí)現(xiàn)環(huán)保、省油，節(jié)省制造成本的目的。因此，近年來(lái)各個(gè)汽車(chē)廠家相繼推出三缸直噴發(fā)動(dòng)機(jī)。

但是內(nèi)燃機(jī)由于本身的缺點(diǎn)始終是要被電動(dòng)汽車(chē)所代替，但是將技術(shù)水平的局限限制了電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。目前最容易實(shí)現(xiàn)的過(guò)度車(chē)型還是油電混合動(dòng)力，而電動(dòng)汽車(chē)過(guò)度階段的混合動(dòng)力也需要三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助。不管內(nèi)燃機(jī)在混合動(dòng)力中扮演的是發(fā)電的角色還是提供動(dòng)力的角色，它的體積肯定是越小越好，功率肯定是越高越好，能耗越低越好。三缸發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎是目前汽車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的最低缸數(shù)了，也就成了混合動(dòng)力比較好的選擇。因此，今后很長(zhǎng)一段時(shí)間，三缸直噴發(fā)動(dòng)機(jī)都將是一個(gè)發(fā)展方向。

4、結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)經(jīng)過(guò)這些年快速發(fā)展，三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的再次流行是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展進(jìn)化的一個(gè)必然過(guò)程，也是我國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的一大進(jìn)步，人們不再只是簡(jiǎn)單追求缸數(shù)、追求動(dòng)力，而是考慮了環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，相信中國(guó)的汽車(chē)業(yè)明天會(huì)更好。

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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

中圖分類(lèi)號(hào)：U464

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988（2016）05-26-03

作者簡(jiǎn)介：黃曉鵬，碩士研究生，講師，就職于陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院。從事汽車(chē)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)和研究工作。