對大多數(shù)的人來說，都會對一款車的發(fā)動機(jī)排氣量、馬力、扭矩這些名詞略知一二。可是當(dāng)我們?nèi)チ私庖豢钴嚂r，往往會被汽車廠商的那些不明覺厲的發(fā)動機(jī)技術(shù)宣傳搞得一頭霧水。
確實當(dāng)今的發(fā)動機(jī)已經(jīng)變得越來越復(fù)雜，可汽車廠商熱衷于將自己在發(fā)動機(jī)技術(shù)上的“成就”傳達(dá)給消費(fèi)者，我們卻難以“get”到這些技術(shù)的功用。
在我看來，這些技術(shù)的功用大體上有三類：
1. 發(fā)動機(jī)用更少的油，得到更多的動力
2. 發(fā)動機(jī)的“呼吸”更順暢
3. 減少發(fā)動機(jī)負(fù)擔(dān)
那在我們了解到了這三大功用，那么本文接下來的這10項發(fā)動機(jī)技術(shù)，理解起來其實就很容易了。
用更少的油 得更多動力
稀薄燃燒
舉一個不太嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦樱僭O(shè)維持發(fā)動機(jī)最佳運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)間需要1份空氣和1份汽油，但我們發(fā)現(xiàn)我們用2份空氣和0.5份汽油同樣能夠維持發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，汽油少了空氣多了，發(fā)動機(jī)還能轉(zhuǎn)，車還能繼續(xù)走，油耗就這樣降低了，這就是稀薄燃燒的意義。
對于汽油發(fā)動機(jī)來說，汽油與空氣有一個理論最佳比例，1kg燃料需要14.7kg的空氣才能完全燃燒，這個空氣與燃料的質(zhì)量比就是空燃比，14.7：1。如果考慮燃油經(jīng)濟(jì)性，就需要提高空燃比，讓空氣富余，而空燃比大于14.7大的空燃比叫做稀薄燃燒。其目的就在于不影響發(fā)動機(jī)扭矩需求前提下增加空氣，減少燃油消耗，從而提升燃油經(jīng)濟(jì)性。
缸內(nèi)直噴系統(tǒng)
缸內(nèi)直噴顧名思義是在汽缸內(nèi)噴注汽油，它將噴油嘴安裝在燃燒室內(nèi)，將汽油直接噴注在氣缸燃燒室內(nèi)，空氣則通過進(jìn)氣門進(jìn)入燃燒室與汽油混合成混合氣被點(diǎn)燃作功。 因為直噴精度高，容易對燃燒進(jìn)行控制，且空燃比可以達(dá)到40:1(一般汽油發(fā)動機(jī)的空燃比是15:1)，從而實現(xiàn)一部分稀薄燃燒的效果。
而且缸內(nèi)直噴所噴出的汽油可以降低燃燒室溫度，從而讓發(fā)動機(jī)的溫度得到一定控制，得以進(jìn)一步適當(dāng)提升發(fā)動機(jī)的功率和扭矩。
但是缸內(nèi)直噴也存在弱點(diǎn)，采用缸內(nèi)直噴的供油系統(tǒng)成本相比傳統(tǒng)的歧管噴射會更高，而且由于進(jìn)氣門側(cè)缺少汽油的清潔作用，缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)比歧管噴射發(fā)動機(jī)更容易產(chǎn)生積碳。
燃油混合雙噴射系統(tǒng)
雙噴射系統(tǒng)是在缸內(nèi)直噴的基礎(chǔ)上，在進(jìn)氣歧管側(cè)又增加了傳統(tǒng)低壓的多點(diǎn)噴射系統(tǒng)。燃油系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機(jī)的不同工況，采取合適的噴射模式。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)更廣的噴射覆蓋面積以及更高的燃油霧化率，使噴射的燃油更多地參與燃燒，改善燃油經(jīng)濟(jì)性，降低油耗和排放。
當(dāng)然相比于傳統(tǒng)的燃油單噴射系統(tǒng)，混合雙噴射會更加復(fù)雜，兩組供油系統(tǒng)會導(dǎo)致相應(yīng)的成本上升，同時對于控制系統(tǒng)的要求非常高，十分考驗廠家的技術(shù)底蘊(yùn)，目前大多為一線大廠有搭載此項技術(shù)，比如豐田TNGA架構(gòu)下的2.0/2.5升發(fā)動機(jī)，大眾的2.0T發(fā)動機(jī)（部分）、日產(chǎn)VC-Turbo 2.0T發(fā)動機(jī)。
豐田的雙噴射技術(shù)稱為D4-S
高壓燃油噴射系統(tǒng)
高壓噴射系統(tǒng)一般由博世、德爾福等供應(yīng)商巨頭提供，超高的燃油噴射壓力可以大幅度降低顆粒物的排放，減少噴射平均粒徑（SMD），改善混合氣均勻性，使得燃料的燃燒也會更加的充分，提升發(fā)動機(jī)的效率。
上圖為長安汽車藍(lán)鯨發(fā)動機(jī)技術(shù)宣傳
雖然高壓噴射系統(tǒng)也有著不可避免的缺點(diǎn)，例如噴射噪音更大、對發(fā)動機(jī)的負(fù)載更大，但瑕不掩瑜，在效率的提升面前，這點(diǎn)影響微不足道。
發(fā)動機(jī)“呼吸”更順暢 甚至按需“呼吸”
可變氣門正時（VVT）/升程（VVL）
大家都知道，發(fā)動機(jī)的進(jìn)排氣需要?dú)忾T的開閉來進(jìn)行控制。這里有兩個名詞：氣門正時和氣門升程。
簡單的說，氣門正時影響氣門開閉的時機(jī)，而氣門升程可以理解為氣門開閉的大小。
在過去的很長一段時間里，發(fā)動機(jī)的氣門正時、氣門升程是固定不可變的。這就造成了該升程不可能使發(fā)動機(jī)在高速區(qū)和低速區(qū)都得到良好響應(yīng)，其結(jié)果是發(fā)動機(jī)既得不到最佳的高速效率，也得不到最佳的低速扭矩，但得到了全工況下最平衡的性能。
可變氣門正時系統(tǒng)通過在凸輪軸的傳動端加裝一套機(jī)構(gòu)，從而實現(xiàn)凸輪軸在一定范圍內(nèi)的角度調(diào)節(jié)。
也就是說，有了這樣一套機(jī)構(gòu)，發(fā)動機(jī)的氣門的開啟和關(guān)閉時刻都可以進(jìn)行調(diào)整。這樣使得發(fā)動機(jī)的高低轉(zhuǎn)速下都能獲得理想的進(jìn)、排氣效率，這就是可變氣門正時技術(shù)開發(fā)的初衷。
本田vtec系統(tǒng)就是VVL的典型例子
可變氣門升程的采用，使發(fā)動機(jī)在高速區(qū)和低速區(qū)都能得到滿足需求的氣門升程。從而改善發(fā)動機(jī)高速功率和低速扭矩。
米勒循環(huán)
對于市面上絕大多數(shù)發(fā)動機(jī)來說，采用的都是奧拓循環(huán)，奧拓循環(huán)的特征就是壓縮比等于膨脹比。
而作為可變氣門正時/升程的進(jìn)階技術(shù)，米勒循環(huán)是將進(jìn)氣門的關(guān)閉時間延遲到壓縮沖程的某個位置，這樣在關(guān)閉進(jìn)氣門之前活塞已經(jīng)離開下止點(diǎn)了，從而減少了部分負(fù)荷下發(fā)動機(jī)的泵氣損失。解決了采用節(jié)氣門負(fù)荷控制的奧拓循環(huán)時，發(fā)動機(jī)泵氣損失大、經(jīng)濟(jì)性差等一系列問題。
當(dāng)發(fā)動機(jī)的膨脹比大于壓縮比，在膨脹行程中可最大限度的將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，達(dá)到提升發(fā)動機(jī)熱效率，降低燃油消耗，降低污染物排放等作用。
可變氣缸技術(shù)
上圖為通用LSY發(fā)動機(jī)技術(shù)宣傳
作為可變氣門升程的進(jìn)階技術(shù)，通過切換使用不同大小的凸輪，從而改變氣門的升程實現(xiàn)變缸，當(dāng)完全關(guān)閉兩個缸的氣門，兩個的進(jìn)氣門和排氣門的升程同時為零時，這兩個缸就停止了做功，最終減少噴油量。所以當(dāng)一款四缸發(fā)動機(jī)切換到兩缸超經(jīng)濟(jì)模式時，燃油經(jīng)濟(jì)性可以提升至15%。
當(dāng)然，發(fā)動機(jī)可變氣缸技術(shù)一開始是用于多缸數(shù)發(fā)動機(jī)，當(dāng)發(fā)動機(jī)處于高速低負(fù)載、穩(wěn)態(tài)工況時，可變氣缸技術(shù)的效果更明顯。而在城市擁堵以及加速頻繁的路況下，這一技術(shù)是無法施展作用的。
更早進(jìn)入狀態(tài) 再減少點(diǎn)阻力
缸蓋集成排氣歧管
上圖為缸蓋集成排氣歧管
對于一般的發(fā)動機(jī)而言，排氣歧管是與缸蓋分開的。當(dāng)排氣歧管被集成在缸蓋內(nèi)之后，第一可以利用廢氣的高溫使發(fā)動機(jī)快速暖機(jī)，集成在缸蓋內(nèi)的排氣歧管，可以使流經(jīng)缸蓋水路內(nèi)的冷卻液更快速的升溫，達(dá)到工作溫度，幫助發(fā)動機(jī)更快暖機(jī)，從而盡快達(dá)到發(fā)動機(jī)理想工況，提升發(fā)動機(jī)效率；而在發(fā)動機(jī)高負(fù)荷時，冷卻液也可以對車輛的排氣起到降溫的作用。當(dāng)排氣溫度降低之后，尾氣中的污染物含量會明顯降低，這有助于發(fā)動機(jī)滿足更嚴(yán)苛的環(huán)保法規(guī)。
當(dāng)然一些廠家的高性能渦輪增壓發(fā)動機(jī)，為了避免發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的熱量累積過多，只在低功率發(fā)動機(jī)上使用缸蓋集成排氣歧管技術(shù)，高功率則使用傳統(tǒng)的缸蓋。
可變排量機(jī)油泵
上圖為東風(fēng)風(fēng)神C15TDR發(fā)動機(jī)技術(shù)宣傳
可變排量機(jī)油泵，能夠根據(jù)發(fā)動機(jī)潤滑和冷卻需求調(diào)整泵油量，主動控制使機(jī)油流和壓力滿足發(fā)動機(jī)需求，從而消除過量機(jī)油流從而降低發(fā)動機(jī)曲軸上的負(fù)載，避免機(jī)油泵浪費(fèi)過多的能量，以達(dá)到節(jié)省燃油的目的。與傳統(tǒng)的定量機(jī)油泵相比，可變排量機(jī)油泵一般能夠降低1%-2%左右的油耗。
發(fā)動機(jī)缸孔涂層
上圖為福特EcoBoost發(fā)動機(jī)技術(shù)宣傳
在新型發(fā)動機(jī)中，鋁合金的發(fā)動機(jī)缸體早已取代鑄鐵缸體。然而鋁合金缸體的耐磨損性能較差，造成發(fā)動機(jī)在工作過程中，氣缸壁面容易磨損。另一方面，鑄鐵和鋁的熱容性特征是不同的，這也直接影響了鋁質(zhì)發(fā)動機(jī)缸體的耐用性。而為了提升鋁質(zhì)發(fā)動機(jī)缸體的耐用性，發(fā)動機(jī)缸孔涂層技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。
發(fā)動機(jī)缸孔涂層的原理是利用熱噴涂技術(shù)在鋁制發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)壁噴涂一層耐磨涂層，經(jīng)過缸孔涂層處理后，涂層表面的平滑程度可以降低至25%，并能夠加強(qiáng)缸孔表面的強(qiáng)度，提高熱傳導(dǎo)能力，最終減少損耗達(dá)到降低油耗和排放的目的。
發(fā)動機(jī)熱效率？ 有何作用？
以上這些技術(shù)說白了，最終的目的是提升發(fā)動機(jī)的熱效率。
熱效率的定義為實際轉(zhuǎn)化成驅(qū)動力的能量（機(jī)械能），和消耗燃料的當(dāng)量熱量總和的比值，也就是說，燃燒等量的燃料，產(chǎn)生越多驅(qū)動力，熱效率就越高，這也是衡量發(fā)動機(jī)技術(shù)水平的一個重要數(shù)據(jù)。
同等排量下這個比值越高發(fā)動機(jī)動力越高，同時油耗、排放更低。目前大多數(shù)的發(fā)動機(jī)上，只有一半都不到的燃料能被真正地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能被加以利用，普遍最高熱效率為30%-40%左右，而目前能夠量產(chǎn)的汽油機(jī)最高熱效率能達(dá)到43%。
值得注意的是，發(fā)動機(jī)的熱效率并不是一成不變的，它是隨著發(fā)動機(jī)工況而不斷改變的。最高熱效率只是一個點(diǎn)，決定實際熱效率的，是熱效率分布，并通過傳動系統(tǒng)匹配來共同決定。
如果高燃效區(qū)間足夠?qū)拸V，并且能夠大范圍地覆蓋日常使用工況，那么這款發(fā)動機(jī)的實際省油的能力就越強(qiáng)，反之，如果高燃效區(qū)間達(dá)成條件苛刻，那這款發(fā)動機(jī)的實際油耗可能并不理想。
上圖為比亞迪發(fā)動機(jī)技術(shù)宣傳
所以在發(fā)動機(jī)排量相近的發(fā)動機(jī)進(jìn)行比較時，廠家標(biāo)稱的發(fā)動機(jī)最大功率、最大扭矩以及熱效率越高；最大扭矩轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)速區(qū)間越寬泛，往往意味著這款發(fā)動機(jī)的相對“能力”更強(qiáng)，技術(shù)水平相對更高。但并不意味著這款發(fā)動機(jī)的整體表現(xiàn)就更好，因為這些參數(shù)往往是一個最高點(diǎn)，還要結(jié)合發(fā)動機(jī)的特性曲線圖來具體分析。
用上了新技術(shù) 可靠嗎？
其實得益于計算機(jī)仿真模擬的強(qiáng)大，以及計算機(jī)算力的提升，基于模型開發(fā)優(yōu)勢是可以在算法開發(fā)階段就可以驗證算法是否合理，而不必要等到嵌入式臺架或者實車驗證，節(jié)省了大量的時間，使得汽車的研發(fā)效率大大的提升。你也可以簡單的理解為，現(xiàn)在的汽車設(shè)計離不開計算機(jī)仿真應(yīng)用的強(qiáng)大。
上圖為發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模擬
而且內(nèi)燃機(jī)發(fā)展到今天，經(jīng)驗已經(jīng)積累了很多，無論是整車研發(fā)還是動力系統(tǒng)的研發(fā)，從設(shè)計到生產(chǎn)到試驗，每一步都有跡可循，每一個階段工程師都會盡全力去確保發(fā)動機(jī)的可靠性和耐久性。
所以從目前來說，這些面向市場的發(fā)動機(jī)已經(jīng)很難出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的缺陷了，行業(yè)整體發(fā)動機(jī)故障率的降低，也使得車企對車主提供的質(zhì)保里程以及年限變得越來越長，甚至有一些自主品牌推出了動力總成終身質(zhì)保的政策，這也是自信的體現(xiàn)。
當(dāng)然本期的這10項發(fā)動機(jī)技術(shù)更多在提升效率的層面，而還有很多發(fā)動機(jī)的技術(shù)是為了輕量化、小型化以及提升耐用性的設(shè)計，本篇文章也就不一一列舉了，而接下來我還會酌情更新其他方向的發(fā)動機(jī)技術(shù)給大家的，歡迎討論~
