发动机新技术介绍

发动机新技术介绍 • 总体结构新技术 • 配气系统新技术 • 供给系统新技术邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

总体结构新技术

四舍五入 -伊尔莫公司的五冲程发动机 • 伊尔莫（Ilmor）工程公司的五冲程内燃机将比现有的机型提高效率5%至20%，一台排量仅为0.7升的三气缸五冲程发动机可以输出97kW的最高功率和165N·m的最大扭矩！未来将开发新气缸容量、气门设计及不同涡轮增压选择，预计马力会提升至150bhp，及可减轻20%重量。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

四舍五入 -伊尔莫公司的五冲程发动机 • 伊尔莫的五冲程发动机增加了一个“膨胀”冲程。它的基本原理是：在三个气缸中，旁边两个是通常的高压点火四冲程气缸，中间一个则是低压的膨胀气缸。两个高压气缸产生的气体交替排入这个膨胀气缸，以气体膨胀产生的能量继续做功。因有膨胀气缸的存在，使这台汽油发动机的膨胀率接近柴油机的水平，约为14.5:1。这就是该发动机效率高的原因。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

机遇与挑战共存的六冲程发动机 • 在普通四冲程发动机的“进气-压缩-燃烧做功-排气”四个冲程之后，第五个冲程开始的时候，把水喷进炽热的气缸里面，水马上就变成了温度高达816度的蒸汽，体积急剧膨胀1600倍，同时气缸内压强急剧增大，推动活塞再次做功——如此一来，每6个冲程中就出现2个做功冲程，而消耗的燃油却没有变化。到了第6个冲程，发动机把水蒸气排放到一个冷却器，水蒸气在那里重新变成水。根据计算，六冲程发动机能比传统的四冲程发动机效率提高40%。如果是柴油机的话，还可以再提高5%。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

机遇与挑战共存的六冲程发动机 特点 • 发劫机转速高由于消除了四冲程发动机菌状气门浮动带来的惯性，六冲程发动机安全极限转速较高，理论上可这 28000rpm。 • 油耗少、排放低六冲程发动机在低转速/节气门开启时比传统的发动机省油35% 。在高转速/节气门全开时也可节油13% 。由此减少了CO2的排放。 • 改进了低转速扭矩六冲程发动机比产生相同扭矩的四冲程发动机的转速低1000r/min同时，随着转速的上升，其扭矩将会呈线性增加。 • 制造成本低由于它与四冲程发动机相比，运动部件少，不但减少了机械噪声，而且制造成本低。如今，一个小排量六冲程单缸样机在中国台湾省下线，这款流水线生产的150ml六冲程单缸机将搭载在阳光摩托车上。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

大众动力工程师开发出油耗堪比混合动力的柴油机大众动力工程师开发出油耗堪比混合动力的柴油机 • 霍夫鲍尔教授在EcoMotors 公司取得的最新成果为一台水平对置双缸柴油发动机，为五座小型车配套后预计将创造出百公里2.35升的超低高速油耗。这台名为OPOC的发动机拥有更高的功率密度，相比当前最优异的涡轮增压柴油机，重量减轻30%，体积缩小四分之一，百公里油耗降低50%。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

结构 • 由于曲轴的特殊设计，几乎没有主轴承力，活塞侧向力非常低，可有效地降低工作摩擦和曲轴箱的机械负荷，因此采用了镁合金曲轴箱，大幅度降低了整机质量。采用钛合金内外连杆的独特系统，灵巧的控制进气口和排气口，内连杆总是受压，外连杆总是受拉，从而使得内外连杆的设计分别得到优化。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

工作原理 • OPOC发动机采用两冲程直流扫气（进气口和排气口位于气缸的两端）。由内外连杆之间的相位角控制不对称的气道正时。两个气缸分列左右，每个气缸内有两个对向放置的活塞（总是反向运动），四个活塞通过连杆与中央的曲轴相连，进气、排气、做功、排气过程与两冲程发动机相同，两个对向活塞互为“缸盖”。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

霍夫鲍尔教授同时还研发一款ECT电控增压器，顾名思义便是用电动机带动进气管里面的涡轮旋转。大体上与机械增压器有些接近，但因为ECT由电动机带动，其响应速度相比涡轮快很多，并且不受发动机转速的限制，因此可以解决传统涡轮增压器的涡轮迟滞现象。由于排气管中没有泵轮，因此排气也将更顺畅。ECT的电控系统被融入发动机ECU，甚至ECT的电动机还能作为发电机使用。ECT电控增压器的加入不仅可以提高马力输出，还利于降低油耗和控制排放。霍夫鲍尔教授同时还研发一款ECT电控增压器，顾名思义便是用电动机带动进气管里面的涡轮旋转。大体上与机械增压器有些接近，但因为ECT由电动机带动，其响应速度相比涡轮快很多，并且不受发动机转速的限制，因此可以解决传统涡轮增压器的涡轮迟滞现象。由于排气管中没有泵轮，因此排气也将更顺畅。ECT的电控系统被融入发动机ECU，甚至ECT的电动机还能作为发电机使用。ECT电控增压器的加入不仅可以提高马力输出，还利于降低油耗和控制排放。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

干式油底壳 • 我们教材讲的油底壳称为“湿式油底壳”，它存有一个比较大的问题，就是当车辆在极限行驶状态下时，例如高速过弯或者极限越野中，发动机内的润滑油由于离心力或者重力而聚集于发动机油底壳的一个局部，导致部分曲拐不能浸入油内，润滑不良而使发动机损坏。 • 面对此问题，一些设计者找到了解决办法，那就是干脆取消在发动机底部安装容器，而是在外部独立安装一个机油箱，采用机油泵对曲轴和连杆系统进行压力润滑，这就是所谓的干式油底壳。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

干式油底壳 邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

连杆裂解 • 连杆裂解工艺主要与传统加工工艺的区别体现在断裂面呈现犬牙交错的自然断裂表面，由此使其具有加工工序少、节省精加工设备、节材节能、生产成本低等优势。还可使连杆承载能力、抗剪能力、杆和盖的定位精度及装配质量大幅度提高，对提高发动机生产技术水平和整机性能具有重要作用。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

连杆裂解 • 其原理是通过在连杆大头孔中心处设计并预制缺口(预制裂纹槽)，形成应力集中，再主动施加垂直预定断裂面的载荷进行引裂，在几乎不发生变形的情况下，在缺口处规则断裂，实现连杆体与连杆盖的无屑断裂剖分。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

装配式凸轮轴 • 与传统方法加工的整体式凸轮轴相比，装配式凸轮轴将凸轮轴的设计、材料选择、性能分析恰当结合起来，是凸轮轴制造技术上的新突破，逐步取代传统的整体式凸轮轴加工方法，成为凸轮轴加工业的发展趋势。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

装配式凸轮轴 技术原理： 1. 分体加工用于装配式凸轮轴的芯轴、凸轮、轴颈等若干装配件； 2. 通过特定的连接技术使其按工作要求装配在一起的，该技术的核心与技术关键在于凸轮与芯轴的连接，既要保证凸轮轴向的准确定位，同时又要保证凸轮的位相角度； 3. 完成后续的磨削加工工序，完成凸轮轴的加工。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

发动机新技术介绍 配气系统新技术汇总

本田VCM可变排量发动机技术详解 • 在广州本田重装推出的第八代雅阁车型中，有一款搭载3.5L VCM发动机的车型。该3.5L VCM发动机采用了V6置式，并且具有3，4，6缸三种工作模式。简单点说，这台3.5L发动机，既可以作为V6发动机工作，也可以同时根据发动机工况需要，“变身”为直列3缸发动机或者V型4缸发动机。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

本田VCM可变排量发动机技术详解 • 　　借助这三种不同的工作模式，VCM系统能够细致地因地制宜发动机的工作排量，使其随时与动力环境的要求保持同步，大大提高了燃油经济性。同时还可以满足同一部发动机在必要时对最高性能的要求。通常，这两点对常规发动机来说是几乎无法共存的。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

本田VCM可变排量发动机技术详解 • 　　在发动机启动，加速或者抵挡位爬山时，发动机会启动所有的6个气缸来运行，这样主要是为了满足发动机启动初期缸体的各个部分加热均匀，或者是满足动力输出的需求。此时，发动机可以以最快速度满足最大功率或者最大扭矩的动力需要。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

本田VCM可变排量发动机技术详解 • 　　假如当车辆处于中低速的定速巡航或者发动机低负荷需求时（怠速状态下），VCM系统会通过控制VTEC系统关闭发动机一侧的三个气缸的进，排气以及供油来完成从V6发动机到直列3缸发动机工作模式的切换。此时，这台3.5L发动机的实际工作排量只有1.75L。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

本田VCM可变排量发动机技术详解 • 　　在中等加速、高速巡航和缓坡行驶时，发动机将会用4个气缸来运转。此时，VCM系统会仅仅保持发动机每一列三个气缸中最靠近远端的两个气缸的正常工作状态，相对靠近中心那个气缸则会被关闭。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

本田VCM可变排量发动机技术详解 • 通过这种对发动机在不同工况下改变工作排量的灵活控制，这一代雅阁所搭载的3.5L VCM发动机相对于上一代雅阁所搭载的3.0L发动机，在燃油经济性上甚至还降低了7%。下面对VCM系统的工作原理做更深一步的说明。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

本田VCM可变排量发动机技术详解 • 1、 VCM系统是如何通过VTEC系统对发动机进行气缸的开、闭操作的？邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

本田VCM可变排量发动机技术详解 2、如果个别气缸在特定情况下不工作，是不是会造成发动机的磨损不均匀？ • 不会，发动机少数气缸停止工作，仅仅是进，排气门以及燃油供给系统停止工作。但发动机的活塞依然处于正常运转状态。在整个工作过程中，发动机各个缸内的零件磨损状况是一样的。至于摇臂磨损和气缸零件在不同温度下磨损程度的不同则是非常微小可以忽略的。 • 在该款发动机处于3缸或者4缸任何一种工作状态之下时，非工作缸的火花塞会继续点火，以保证火花塞的温度会在气缸重新投入工作时可以达到工作要求，并防止气缸内残余的油气混合物造成火花塞油污，而导致点火效率下降。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

本田VCM可变排量发动机技术详解 3、在其他的汽车品牌之内，是否还有类似的发动机变排量技术？　　上左图：DODGE车型上所采用的5.7L HEMI发动机，不过值得注意的是，该发动机采用了下置凸轮轴设计。　　上右图：HEMI发动机控制单侧气缸开，闭的阀门。　　邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

本田VCM可变排量发动机技术详解 GM的5.3L V8发动机配备了通用自己的DOD排量可变系统，该系统的工作原理依靠一个特殊设计的气门顶杆来完成，依靠油压的有无，来控制这个气门顶杆的闭合。在GM集团、克莱斯勒集团以及德国的奔驰公司手中，也拥有和本田公司相类似的变排量技术，不过具体如何达到变排量的效果，各个公司的技术原理依然有所不同。在以上三家公司里，只有美国的GM集团所采用的HEMI技术（变排量技术）和本田公司所采用的VCM技术相似程度最大。　　邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

气门可变技术综述 • 变凸轮的可变气门技术（非连续可变气门正时和升程技术） • 连续可变气门正时技术 • 变凸轮与气门正时可变双结合的气门正时技术邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（一）变凸轮的可变气门技术 通过切换不同形状的凸轮，用以达到不同的气门正时和升程。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（一）变凸轮的可变气门技术 • Honda VTEC • 每一个气缸的两个气门由三个凸轮驱动：中间凸轮(快正时，高升程）；左边的凸轮(慢正时，中等升程)；右手边的凸轮(慢正时，低升程) 。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（一）变凸轮的可变气门技术 • Honda VTEC • 低速：3个摇臂独立运动。控制左进气门的左摇臂受小升程慢速凸轮驱动，控制右侧进气门的右摇臂受中等升程的中速凸轮驱动。两个凸轮的正时相对于中间凸轮来说都处于慢速状态，中间凸轮并没有控制任何气门。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（一）变凸轮的可变气门技术 • Honda VTEC • 中速：液压柱塞将左右两个摇臂连成一体，但中间摇臂仍继续独立运动，不控制任何气门。由于右凸轮比左凸轮大，连起来的摇臂实际上是只受右凸轮驱动，两个进气门都获得低速正时和中等行程。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（一）变凸轮的可变气门技术 • Honda VTEC • 高速：液压柱塞将3个摇臂连在一起。由于中间凸轮最大，两个进气门都是受中间凸轮所控制的，两个进气门都处于高速正时和大行程工况。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（一）变凸轮的可变气门技术 • Nissan Neo VVL • 和本田的三段式i-VTEC非常相似，Neo VVL也是使用通过使用不同形状的凸轮作动于气门摆臂，达到在不同的发动机转速工况下，控制相对应的气门升程及打开持续时间。但是日产的左右侧凸轮的轮廓是相同的。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（一）变凸轮的可变气门技术 • Nissan Neo VVL • 在低转速工况，它们对应的摆臂都是彼此独立，受各自的低速正时、低速升程凸轮控制。到了高速工况，三个摆臂受液压推动而连成一体，一起受到高速正时、高速升程的高速凸轮控制，由高速凸轮带动气门摆臂。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（一）变凸轮的可变气门技术 • MIVEC（Mitsubishi Innovative Valve-timing-and-lift Engine Control） • 三菱新型气门正时及升程发动机控制技术，通过使用2组不同形状的凸轮轴达成气门可变升程。 • 低速模式：双进气气门不同的升程(低和中等升程)以及增强气缸内气流进一步使燃烧更加稳定。 • 高速模式：通过增加进气门的开启时间及升程，使发动机因进气量增加而获得更高的动力输出。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（一）变凸轮的可变气门技术 • BMW Valvetronic • 实际上就是一种用于进气门的可变气门升程技术。相比于其他的凸轮轴—摇臂结构，Valvetronic则在凸轮轴和每根摇臂之间设置了一个中间摇臂，用以将凸轮轴的运动轨迹转化在气门摇臂上。这个中间摇臂引入了电子控制与电机执行系统，系统有一支与传统式发动机一样的凸轮轴，而且有还有一支偏心轴与滚轴及顶杆的机构。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（一）变凸轮的可变气门技术 • BMW Valvetronic • 偏心轴与滚轴及顶杆机构由步进电机所带动著，藉由接收来自油门位置的信号，通过控制电机旋转一定角度改变偏心凸轮的偏移量，带动螺纹杆的移动，从而改变中间摇臂接触凸轮轴和气门摇臂的角度，来实现一个凸轮轨迹转换成可变升程的气门开闭过程。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（一）变凸轮的可变气门技术 • 奥迪AVS（Audi Valve-lift System） • AVS的特别之处在于它的气门升程可变是通过凸轮轴的轴向移动来切换凸轮的。这套系统主要组成部分就是液压顶针——就是图中所示的金属外套加黑色内芯的部分。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（一）变凸轮的可变气门技术 • 奥迪AVS（Audi Valve-lift System） • 当发动机在低转速区间，受液压控制的顶针处于收缩状态，顶针与凸轮轴之间没有接触，凸轮轴处于自由状态，工作凸轮为低速凸轮。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（一）变凸轮的可变气门技术 • 奥迪AVS（Audi Valve-lift System） • 当发动机切换至高转速工况，液压顶针充油，顶针向下方延伸，不锈钢的顶针头卡在了凸轮轴上的螺旋槽内。由于顶针是固定在气缸体的，因此随着凸轮轴继续旋转，凸轮轴将会被顶针与螺旋槽共同作用往左推（图中绿色箭头方向）。工作凸轮切换为高速凸轮。而当顶针缩回去，凸轮轴又将恢复自由状态，也就是恢复使用低速凸轮驱动气门。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（二）气门正时连续可变技术 • 气门正时可变技术是目前为止最简单、成本最低而且最常见的气门可变机构。然而，它的性能和效果也是最小的，只是省油减排技术而已，绝非性能取向。 • 气门正时可变技术不能改变气门开放的持续时间。它只能达到气门早开或晚开的作用，早开早关，也就是说气门开放的持续时间的不变的。再者，它也不能改变气门升程，不像变凸轮气门技术。角度可变过程分为连续和不连续，比较先进的系统会提供连续的角度可选，也就是说可以选择0°至30°之间的任意一个角度，取决于当前引擎转速。很明显，这样就可以在任意发动机转速都能提供最合适的配气正时，带给引擎更大的灵活性。另外，两个角度之间的过渡流畅。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（二）气门正时连续可变技术 • BMW Vanos • 与教材所介绍的阿尔法罗密欧公司的技术相同。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（三）变凸轮与气门正时可变双结合的气门正时技术（三）变凸轮与气门正时可变双结合的气门正时技术 • 变凸轮可变气门技术和气门正时连续可变技术都有其特殊之处，各有各的优缺点，很多的车厂都已经想到将这两种性格各异的气门可变技术有机地结合起来，兼顾了高转速的动力表现和全段转速区域的平顺性，因此各大车厂都在旗下的车型中选配了这种“升程、正时双可变”的气门可变技术。如丰田的VVTL-i、保时捷的Variocam Plus 、本田的i-VTEC 和奥迪的Valvelift技术等，从账面数据上和实际的使用效果来看，都能达到优点叠加、缺点互补的优异效果。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（三）变凸轮与气门正时可变双结合的气门正时技术（三）变凸轮与气门正时可变双结合的气门正时技术 • 丰田VVTL-I • 是VVT的升级改良版，和YAMAHA公司共同开发的VVTL-i（Variable Valve Timing and Lifting with Intelligence）在具备了VVT-i除了不同转速区间外，还能能适应车辆在不同负荷工况下无级调整气门正时的基本功能外，还有2级改变气门升程的功能，进一步强化了发动机的动力性能，可以看成是丰田VVT-i技术和类似于本田VTEC技术的结合。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（三）变凸轮与气门正时可变双结合的气门正时技术（三）变凸轮与气门正时可变双结合的气门正时技术 • 丰田VVTL-I • 在控制气门正时方面，原理和VVT-相同。控制气门升程方面，VVTL-i也是使用一个摇臂来控制两个进气门。当发动机在低速状态，低速凸轮直接作用于气门摇臂，由低速凸轮控制气门开合；高速凸轮下的摇臂则在摇臂内部设置了挺杆，挺杆的运动不会干涉摇臂动作。到了高速状态，在高速凸轮（大持续角、高升程）下的摇臂内挺杆下方空隙，被液压控制的滑块填充之后，就变为由高速凸轮的动作直接作用于摇臂，带动气门开合，从而实现了低速气门升程和高速气门升程之间的2段式转换。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（三）变凸轮与气门正时可变双结合的气门正时技术（三）变凸轮与气门正时可变双结合的气门正时技术 • 保时捷 Variocam Plus • 这套新的气门升程可变由可变液压气门挺柱来实现。每一个气门受3个凸轮交替控制。中间的是低速凸轮，气门升程（3mm）和持续时间都是最短的；两侧的凸轮实际上是一样的，气门升程（10mm）和持续时间都比较大。可变升程的实现实际上是依靠可变挺柱的。实际上挺柱分为两部分，中央部分和外围部分。两部分之间有一根液压锁销来负责连接。当锁销将两部分锁死，气门挺柱实际上就由高速凸轮控制；同理，当锁销解锁，则外围部分不起作用，气门受中央部分挺柱的驱动。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（三）变凸轮与气门正时可变双结合的气门正时技术（三）变凸轮与气门正时可变双结合的气门正时技术 • Honda AVTEC 结构：由发动机缸盖固定部分所支撑着的凸轮轴(8) ，只有一种形状的凸轮；主气门摇臂(9) 的气门侧有一滑块(12)。凸轮轴壳(11)固定在缸盖上，包裹着部分凸轮轴，并可由滚齿（25）和控制杆（26）控制而旋转一定的角度；副摇臂(10)有两个推轮——第一推轮(20)和第二推轮(21)，都固定在凸轮轴壳之上。凸轮轴在凸轮轴壳内旋转，推动副摇臂，再由副摇臂推动主摇臂，驱动凸轮轴。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

（三）变凸轮与气门正时可变双结合的气门正时技术（三）变凸轮与气门正时可变双结合的气门正时技术 • Honda AVTEC • 左下图是引擎处于低转速状态，右下图是引擎处于高转速状态。邹旭东制作 zxd@qtech.edu.cn

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