与传统发动机相比,TSI发动机拥有更小的体积和更出色的动力表现。它主要包括一个涡轮增压器和一个机械增压器。这两种增压方式的结合确保了动力输出的平顺性,同时有效的避免了以往涡轮增压发动机的迟滞现象。但是油耗会比同等的自然进气式发动机有所增加,不过TSI发动机排量小于同功率的普通发动机,从整体上来看,油耗还是降低了。
TSI汽油直喷发动机的涡轮增压系统能够让更多的空气进入汽缸,汽油经新型高压燃油泵和6孔喷油器直接喷入汽缸内与压缩空气混合,带来更理想的油气混合及更高的压缩比,使燃烧过程更充分,动力输出更强劲。
TSI汽油发直喷动机采用新一代可变截面技术,使涡轮增压器起效更早、反应更灵敏,扭矩输出平台范围更宽泛。此外,由于涡轮增压器的能量完全来自发动机排气,使得TSI汽油发动机较非增压发动机及其他增压方式发动机效率更高,在动力性能明显改善的同时,它的燃油消耗亦有较大幅度下降,而且车辆动态响应更迅速,中速加速性能更强。当然,它的先进设计还优化了发动机的振动及噪声,使乘坐者的舒适性得到大幅提高。
VTEC 为英文 Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System 的缩写,中文意思为“可变气门正时及升程电子控制系统”。
一般汽车发动机每缸气门组只由一组凸轮驱动,而VTEC系统的发动机却有中低速用和高速用两组不同的气门驱动凸轮,并可通过电子控制系统的自动操纵,进行自动转换。
采用VTEC系统,保证了发动机中低速与高速不同的配气相位及进气量的要求,使发动机无论在何速率运转都达到动力性、经济性与低排放的统一和极佳状态。
VTEC 技术由本田公司首创,下面给大家详细介绍一下本田的VTEC发动机技术
发动机的性能往往是各方面性能的集中表现。好的发动机的设计应该是在低速时可以发出强劲的扭矩,在高速时可以发出强大的功率。发动机某些部件的设计将会影响发动机工作的状况,比如压缩比、气门的数目、进气歧管调整机构和排气管的体积和长度等,但是这些都没有凸轮轴的设计对发动机性能的影响大。
凸轮轴,在它上面有许多蛋状圆形突出的部分,它的作用就是在适当的时候开启和关闭发动机气缸的阀门。凸轮轴看起来并不是一个很特别的东西,但是它却可以称的上是发动机的心脏,对凸轮轴的外廓形状和其初始转角的位置哪怕是微小的改变,都会使发动机的运转将会出现完全不同的另一种状况。
在决定凸轮轴的设计之前,工程师必需知道什么样的车采用什么样的发动机。很显然,为牵引机车设计的发动机需要在低速时能够发出大的扭矩,为运动型跑车设计的发动机需要在高速时有更大的功率输出。变速比、传动装置和车重都是我们在选择一个凸轮轴所必需考虑的因素。不正确的使用凸轮轴,不仅会使汽车性能变差,加速无力,行动迟缓,而且还很耗油,任何人驾驶这种车都将是一件痛苦的事情,正确的设计和使用凸轮轴,驾驶对我们来说就会是一件愉快的事情了。
很难想象,一根看似结构简单的凸轮轴就可以在低速时让发动机发出大扭矩,在高速时可以让发动机发出高的功率。也有些厂家利用可变凸轮定时机构来使发动机达到这种性能。为了在低转速使时可以得到较大的转矩,此时的凸轮转角相对于机轴会有一个相对提前的角度,这样气门就会比正常情况下提前一段时间关闭,增大气缸的压力,从而达到增加转矩的目的。而在高速时,凸轮轴就会相对于机轴有一个时间延迟,气门比正常情况延迟一段时间关闭,可以增加发动机的效率,从而达到增加功率的目的。可变凸轮正时机构可以解决这个问题,但是本田已经跨越了这一步,并找到了一个更好的办法。
本田对这种高性能发动机的解决方法就是采用了一种叫做VTEC的技术。VTEC发动机是每缸4气门(2进2排)、凸轮轴和摇臂等,不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法。是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程等两种不同情况的气门控制系统。通过计算机控制的气门正时和气门升程系统,可以大大提高发动机的燃烧效率和性能。本田公司在它的几乎所有的车型当中都使用了VTEC技术,从高性能跑车S2000到混和动力汽车INSIGHT,都采用了VTEC技术。在国内生产的98款雅阁轿车中的2.0、2.3、3.0三款发动机也均采用了VTEC技术,与同排量的发动机相比,性能都有所提高。
VTEC的设计就好像采用了两根不同的凸轮轴似的,一根用于低转速,一根用于高转速,但是VTEC发动机的不同之处就在于将这样两种不同的凸轮轴设计在了一根凸轮轴上。
本田发动机进气凸轮轴中,除了原有控制两个气门的一对凸轮(主凸轮和次凸轮)和一对摇臂(主摇臂和次摇臂)外,还增加了一个较高的中间凸轮和相应的摇臂(中间摇臂),三根摇臂内部装有由液压控制移动的小活塞。
发动机低速时,小活塞在原位置上,三根摇臂分离,主凸轮和次凸轮分别推动主摇臂和次摇臂,控制两个进气门的开闭,气门升量较少,情形好像普通的发动机。虽然中间凸轮也推动中间摇臂,但由于摇臂之间已分离,其它两根摇臂不受它的控制,所以不会影响气门的开闭状态。
发动机达到某一个设定的高转速时,电脑即会指令电磁阀启动液压系统,推动摇臂内的小活塞,使三根摇臂锁成一体,一起由中间凸轮c驱动,由于中间凸轮比其它凸轮都高,升程大,所以进气门开启时间延长,升程也增大了。
当发动机转速降低到某一个设定的低转速时,摇臂内的液压也随之降低,活塞在回位弹簧作用下退回原位,三根摇臂分开。
整个VTEC系统由发动机电子控制单元(ECU)控制,ECU接收发动机传感器(包括转速、进气压力、车速、水温等)的参数并进行处理,输出相应的控制信号,通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统,从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制,影响进气门的开度和时间。
本田的VTEC发动机技术已经推出了十年左右了,事实也证明这种设计是可靠的。它可以提高发动机在各种转速下的性能,无论是低速下的燃油经济性和运转平顺性还是高速下的加速性。可以说,在电子控制阀门机构代替传统的凸轮机构之前,本田的VTEC技术在目前可以说是一种很好的方法.使汽车技术的高科技含量增大,是汽车飞速发展的又一里程碑。
共轨系统将燃油压力产生和燃油喷射分离开来。共轨系统与之前以凸轮轴驱动的柴油喷射系统不同,共轨式柴油喷射系统将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开。电磁阀控制的喷油器替代了传统的机械式喷油器,燃油轨中的燃油压力由一个径向柱塞式高压泵产生,压力大小与发动机的转速无关,可在一定范围内自由设定。共轨中的燃油压力由一个电磁压力调节阀控制,根据发动机的工作需要进行连续压力调节。电控单元作用于喷油器电磁阀上的脉冲信号控制燃油的喷射过程。喷油量的大小取决于燃油轨中的油压和电磁阀开启时间的长短,及喷油嘴液体流动特性。
最近2年,匹配直喷柴油发动机的轿车在欧洲得到了显著发展,有着高效和出色的燃油经济性,并降低了发动机噪音。直喷柴油发动机使用的是泵喷嘴系统,国内生产的1.9TDI宝来就应用这一系统,最高喷射压力可达到1800巴。泵喷嘴直喷系统好虽好,但燃油压力不能保持恒定,随着排放控制的更加苛刻,就需要更高及恒定的柴油喷射压力和更完善的电子控制,于是众多制造商们就把优点更多的柴油共轨系统作为柴油发动机的发展。这一系统有很高的燃油压力,并能提供弹性燃油分配控制,通过ECU灵活地控制燃油分配、燃油喷射时间、喷射压力和喷射速率。通过对以上特性的控制,共轨已经使柴油机的响应性和驾驶舒适性达到了汽油发动机水平,同时它具有着显著的燃油经济性和低排放特性。
由凸轮轴驱动控制的轴向柱塞式分配泵的发动机,燃油系统压力与发动机转速呈线性关系,在发动机低转速时形成燃油压力不足,而共轨系统能够在发动机的所有转速范围内获得非常高的燃油压力。灵活的电子控制系统对正时和喷射压力的控制在发动机各种工况下都能够获得低排放和高效率。由于压力的形成与喷射过程分离,使发动机设计人员在研究燃烧和喷油过程时获得了更大的自由。可根据发动机工况的要求调节喷射压力和喷射正时,使发动机在低速工况下也能实现完全燃烧,所以既使是在很低的转速也能获得大扭矩。预喷射技术的应用在降低排放和噪音方面取得了更大的进步。
第一代共轨高压泵总是保持在最高压力,导致能量的浪费和很高的燃油温度。第二代可根据发动机需求而改变输出压力,并具有预喷射和后喷射功能。预喷射降低了发动机噪音:在主喷射之前百万分之一秒内少量的燃油被喷进了气缸压燃,预加热燃烧室。预热后的气缸使主喷射后的压燃更加容易,缸内的压力和温度不再是突然地增加,有利于降低燃烧噪音。在膨胀过程中进行后喷射,产生二次燃烧,将缸内温度增加200~250℃,降低了排气中的碳氢化合物。由于其强大的技术潜力,今天各制造商已经把目光定在了共轨系统第3代??压电式(piezo)共轨系统,压电执行器[p]代替了电磁阀,于是得到了更加精确的喷射控制。没有了回油管,在结构上更简单。压力从200~2000巴弹性调节。最小喷射量可控制在0.5mm3,减小了烟度和NOX的排放。
缸内直喷所宣扬的是通过均匀燃烧和分层燃烧,实现了高负荷、尤其是低负荷下的燃油削耗降低,动力还有很大提升。在部分负荷时具有的巨大节油作用体现在市内走走停停的交通状况下是多么诱人。今天,各大公司已经把目光锁定在了直喷,如博世公司开发了Motronic MED7汽油直喷系统,奥迪公司开发了FSI系统,奔驰开发了CGI系统,菲亚特则开发了JTS系统,虽然名字不同,但它们都代表了汽油缸内直喷。
作为后勤保障,供油系统为直喷提供了精确的高压喷射。
供油系统的主要部件是:高压油泵、共轨、燃油压力传感器、压力控制阀、高压喷嘴和ECU。首先是对喷嘴的要求提高了,以前的喷嘴是安装在进气歧管,今天不同了,亲临前线,安装在了燃烧室,自然要经受住烈火的考验。高压电磁喷嘴扮演着重要的角色,电磁单元被激活的时间和油压决定了喷射量的多少。燃油喷射时间则被控制在几千分之一秒。
涡轮增压系统的心脏是可调涡流截面的导流叶片。这些导流叶片可在低转速、低排气量的工况下关闭,从而增大发动机的进气压力。与传统涡轮增压器相比,这极大地改善了低转速时的响应时间和加速能力。采用可变涡轮截面技术的汽油发动机在所有转速范围内的效率均明显高于目前采用的标准放气阀式的涡轮增压器。相应地,在各个转速范围内的节油性能也更上一层楼。
举例TDI系统上的Garret VNT15可变截面涡轮增压器使增压技术比旧有型号有更快的响应(尽管以前机型的增压滞后现象也比较轻微),起效范围更加宽广,同时不会造成排气气压过高的问题。在大众的TDI发动机中,增压响应被控制在0.25秒内,驾驶员根本感觉不到增压时滞的存在。TDI发动机的燃油系统也有自己的特征,现在有三种燃油喷射系统,首先是分配泵系统,由燃油泵向喷嘴顺序供油(旧机型油压为931bar,新机型压力更高),喷油时间和喷油量都由电脑控制。大多数大众TDI发动机使用博世VP 37电控分配泵,通常它安装在发动机前端,由正时皮带驱动。分配泵和喷嘴之间是高压钢油管。这一系统应用在90和100hp的直4 1.9升机型上,还有2.5升直5以及150hp2.5升V6上。在分配泵内,燃油首先通过叶片提升压力,随后旋转柱塞泵把压力进一步提升并按顺序把燃油送到每一缸喷油。每个喷嘴包含带回位弹簧的活塞,一旦燃油压力超过设定值,喷口即打开。5个喷口直径极小。回位弹簧按两级工作,即预喷在低压下进行,主喷则在高压下进行。主喷可以在混合器点火后继续进行,有效地降低了发动机的噪音。提高燃油喷射压力可以显著地改善排放水平,例如Audi A4 TDI把喷射压力提升至1368bar,把排气颗粒水平降低了20%。所付出的代价是把燃油泵中的柱塞加粗1毫米。
FSI是Fuel Stratified Injection的词头缩写,意指燃油分层喷射。该技术的运用使FSI发动机与传统发动机相比拥有更低的油耗、更好的环保和更大的输出功率和扭力。燃油分层喷射技术是发动机稀燃技术的一种。
HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)均质混合气压燃烧技术:HCCI发动机和传统的汽油发动机一样,都是向汽缸里面注入比例非常均匀的空气和燃料混合气。传统的汽油发动机通过火花塞打火,点燃空气和燃料混合气产生能量。但HCCI发动机则不同,它的点火过程同柴油发动机相类似,通过活塞压缩混合气使之温度升高至一定程度时自行燃烧。










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