化油器式发动机
化油器最早诞生于1892年,由美国人杜里埃发明。随着技术的演进,化油器功能愈加完备,直到上个世纪中后期,化油器已经分为五部分:主供油系统、起动系统、怠速系统、大负荷加浓系统(省油器)和加速系统。五部分的作用在于:根据发动机在不同情况下的需要,将汽油气化,并与空气按一定比例混合成可燃混合气,及时适量进入气缸。
“古老”的化油器
化油器的优点有:能够将内燃机的油气比控制在理想的水平上,不论天候、温度,永远进行着一成不变的工作。而且化油器的成本低、可靠度高,维修、保养容易。当然化油器也存在许多弱点:比如,在冷车启动、怠速运转、急加速或低气压环境等,这样固定的供油方式实际上并无法全面满足引擎的运转需求,甚至可能因而产生黑烟、燃烧不全与马力不足等状况。因此,2002年起,中国已经明令禁止销售化油器轿车,此后所有车型都改用电喷发动机。
当然目前在马路上跑的还有化油器式的发动机,随着时间的推移,化油器式发动机将彻底退出历史的舞台。
电喷发动机
电喷提供最早出现于1967年,由德国保时捷公司研制的D型电子喷射装置,随后被用在大众等德系轿车上。这种装置是以进气管里面的压力做参数,但是它与化油器相比,仍然存在结构复杂,成本高,不稳定的缺点。针对这些缺点,波许公司又开发了一种称为L型电子控制汽油喷射装置,它以进气管内的空气流量做参数,可以直接按照进气流量与发动机转速的关系确定进气量,据此喷射出相应的汽油。这种装置由于设计合理,工作可靠,广泛为欧洲和日本等汽车制造公司所采用,并奠定了今天电子控制燃油喷射装置的雏形。
电喷发动机目前已经全面普及
目前为止,电喷系统的行车电脑会随时侦测引擎温度、进气流量、转速变化、震动状况,并依照实际需求调整供油量与点火时间,因此在动力输出、燃油经济与排污表现上可以取得相当不错的平衡。同时为了增加发动机进气量,提高燃油效率,发动机从早期的单点喷射,演化至多点喷射,气门数量从两个增加至五个。目前最先进的当属搭载VVT可变气门技术的电喷发动机。
总体而言,电喷供油系统的最大优点就是燃油供给之控制十分精确,让引擎在任何状态下都能有正确的空燃比,不仅让引擎保持运转顺畅,其废气也能合乎环保法规的规范。然而,电喷供油系统并不是最科学的。由于内燃机构造的先天限制,电喷喷嘴安装在气门旁,只有在气门打开时才能完成油气喷射,因此喷射会受到开合周期的影响,产生延迟,因而影响电脑对喷射时间的控制。不过好在这一问题已经被缸内直喷技术解决了。
缸内直喷发动机
近两年,当欧美厂商意识到电喷技术的研发已经进入瓶颈期,于是缸内直喷技术成为了各大厂商的主攻方向。目前市场上备受关注的缸内直喷发动机包括:奥迪FSI缸内直喷发动机、凯迪拉克SIDI双模直喷发动机。
与电喷发动机相比,缸内直喷发动机的喷油嘴被移到了汽缸内部,因此缸内油气的量不会受气门开合的影响,而是直接由电脑自动决定喷油时机与份量,至于气门则仅掌管空气的进入时程,两者则是在进入到汽缸内才进行混合的动作。由于油、气的混合空间、时间都相当短暂,因此缸内直喷系统必须依靠高压将燃油从喷油嘴压入汽缸,以达到高度雾化的效果,从而更好的进行油气混合。
其中混合油气的压缩比越高的发动机,它的动力表现越强大,相应的节能效果越明显。奥迪3.2升FSI缸内直喷发动机的压缩比达到了10.3:1;凯迪拉克3.6升SIDI双模缸内直喷发动机的压缩比达到了11.3:1。此外,缸内直喷系统的燃烧室、活塞也大多具有特殊的导流槽,以供油气在进入燃烧室后能够产生气旋涡流,来提高混合油气的雾化效果与燃烧效率。
一般而言,应用了缸内直喷技术的发动机要比同排量的多点喷射发动机的峰值功率提升10%至15%,而峰值扭矩能提升5%至10%。这样的提升,可谓是一种质变,而单靠增加气门数量是难以达到这一效果的。
发动机新技术的不断涌现
在发动机的工作方式和喷油方式确定后,发动机的进化之路并没有终止,在发动机技术的完善上一代一代的汽车人在做着不懈的努力。有些完善甚至都没办法记录。很显然现在的发动机运转更加平顺了,抖动也不是那么激烈了。燃油经济性也更好了,马力更足了。而这些都是依赖于新技术的运用。为了改善进气就有了:本田的ECVT,丰田的VVT-I,现代的CVVT,通用的DVVT等可变气门正时技术;为了获得更好的空燃比,就有了大众的TFSI分层喷射技术,VIS可变进气道技术,涡轮增压中冷技术等等;为了使环境污染最小在排气管里又增加了氧传感器,三元催化转化器,以及废弃在循环技术。
目前,由于环境污染的恶劣影响,对汽车尾气排放的要求也越来越高,老气的发动机技术淘汰已经成了必然,更多充分利用能源的技术也在不停的研发当中。同时由于全球能源危机的巨大影响,更加节能的新能源技术必将在发动机技术的发展上书写重重的一笔。
汽车发动机最终走向死亡
再去看中国汽车政策的鼓励方向,纯电动汽车成了国际政策扶持的焦点,而且配套设施已经在试点城市开始运行,没有发动机的汽车正在改变我们的百年汽车历史。中国之外,其他重要汽车厂家也在研制自己的新能源技术,氢动力的研发和纯电动车的研发同样取得了不少突破。21世纪的汽车发展走向是:让发动机的咆哮退出历史的舞台。