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传统内燃机的现在和未来上

发布时间:2020-02-15 20:16:06 编辑:笔名

传统内燃机的现在和未来(上)

如今混合动力汽车,纯电动汽车蓬勃发展,而国家对汽车排放要求越来越严苛的条件下,传统的内燃机动力系统会如何发展呢? 本次我将用两篇文章,简单的讲述一下,传统内燃机的现在和未来,本文是上篇。

在今年上海车展上,当有问戴姆勒集团总裁迪特·蔡澈,传统动力系统的未来发展的时候,迪特·蔡澈回答说,内燃机依然会是今后汽车动力系统的重要一员。因为戴姆勒集团计划到2025年,电动化汽车整体销量达到15%~25%,因此到2025年的时候依然有75%~85%的车型会采用内燃机。因此传统内燃机依然是主流。

而未来戴姆勒公司的内燃机,朝着涡轮增压,模块儿化生产,重视热效率的方向发展。这次复活直列6缸发动机,就是一个例证。在迪特·蔡澈看来,缸内直喷+涡轮增压+模块儿化是今后内燃机的发展趋势。

内燃机的发明源于1886年,卡尔·本茨和戈特利布·戴姆勒的发明。距今已经有131年的历史了。当年卡尔·本茨发明的内燃机排气量984cc,最大马力0.7ps/400rpm。每小时可以行使15km。随着时间的推移,更大的马力,更快的速度,就成了各家厂商开发内燃机的目标。因此发动机的排量越来越大,到1910年,世界上最早突破时速200km/h速度的汽车,搭载的就是奔驰开发的引擎。

发动机排量的降低是从法国GP赛事开始的。最开始就是为了提高发动机效率

,此后逐渐成为比赛规则的一部分。最早由法国标致赛车为主导,当时搭载7.6升排量发动机的标致在速度上战胜了14.1升排量的菲亚特。

但是要说发动机排量的降低,不得不说美国。在欧洲之后,美国成为全球汽车生产制造的大国,并且在二战后确立了超级大国地位。在石油危机后,德国,日本等汽车企业纷纷推出廉价的,小排量汽车打入美国市场。

在此过程中,出现了安全问题和环境的问题。在安全召回方面,由拉尔夫·纳德主导,最早促成并完善了汽车召回制度。在环境层面,1970年,美国通过了内燃机排放相关的禁止法令。内燃机面临新的转型,随后本田便推出了适应新的排放法规的CVCC低公害发动机。并且在第一代思域上,骄傲的把CVCC字母写在了引擎盖上。

20世纪末,梅赛德斯 - 奔驰开发了柴油共轨发动机系统,柴油发动机在20世纪出,由柴油发动机之父鲁道夫·狄赛尔在1923年推出了第一款柴油发动机。此后1936年,梅赛德斯 - 奔驰推出了世界上第一台柴油轿车。

柴油发动机由于颗粒物和氮氧化物问题,一直备受诟病。不过随着共轨系统的使用,以及过滤器等方式减少了污染,因此“清洁柴油”发动机的需求在欧洲激增。

戏剧性的事件是在美国加利福尼亚州,1992年宣布完全无污染的法律(清洁空气法案)。对平均油耗和污染排放进行规定,从那时起,几乎所有美国汽车制造商都针对动力总成开发,确立了新的研发方向。

虽然21世纪初,便出现了燃料直接喷入气缸的缸内直喷技术,汽油发动机和柴油发动机上都取得了不错的应用。但是燃油喷射装置的历史却已经超过100年了。1898年,德国DMF(Deutsch Motoren Fabrik)公司开始进行研究,1937年,在飞机发动机上使用了燃油喷射系统,因此改技术用到汽车上,确实花了很长时间。

最早出现的缸内直喷发动机是博世公司和Gutbrod公司联合研发的缸内直喷二冲程汽油发动机,最大功率约28马力,最大扭矩为58牛米,搭载在Guliath GP700车型上。

Guliath GP700对于大多数人来说就是博物馆里的文物,或者根本就没听说过。那么紧接着在1954年面世的奔驰300SL或许更具代表性,它也是早期使用搭载了缸内直喷技术汽油发动机的车型之一。不过当时受制于技术限制,并没有广泛应用和推广。

直喷系统真正应用并普及是从大众·奥迪汽车开始的。称之为FSI涡轮增压发动机现在已经被广泛使用了。直喷系统与涡轮增压系统实现了小排量,高动力。从2007年应用之后,目前世界上大多数汽车公司都采用了这种方式。

直喷方式由于缸内爆震更强,有利于提升燃油效率,降低排放污染。之后有大众汽车 Blue Motion。宝马的Blue Efficiency,奔驰的Blue Tec等,欧洲汽车制造商对直喷给予了很高的期待。

由于燃油直喷和涡轮增压器的使用,原先需要12缸发动机才能爆发的动力,现在8个气缸就够了。当然在超级跑车和高端品牌上依然存在12缸发动机。不过根据市场反应,在21世纪初,美国8缸汽车发动机的市场占有率为45%,现在下降到15%。而4缸汽车的占有率提升至70%。

降低排量的同时提升了动力,消费者可以花比以前更少的费用享受到跑车的快感。就连法拉利也在逐渐使用V型8缸发动机,而放弃了继续使用V12发动机。未来超跑时代,V8会成为主流。

不过,直喷发动机也有其弊端。缸内直喷系统的结构,喷油嘴直接固定向气缸内喷油,虽然在高压泵的驱使下,燃油的雾化能力更好,但由于燃油直接喷入高温状态的气缸内,致使留给燃油汽化的时间很短促,这也就为排放更多微粒创造了条件。

因此采用缸内直喷技术的发动机比歧管喷射技术发动机排放出的微粒浓度要高。换句话说,同级别的两辆车,搭载直喷发动机的汽车在排放方面要比采用歧管喷射发动机的汽车排放出更多的微粒。造成环境污染。因此日系品牌研制直喷发动机相对较晚,而且更加专注油电混合动力技术。

大众汽车引入模块化平台概念其实也涉及到了动力系统,目前知名的MQB模块儿化平台虽然有车身制造。但是在动力总成领域,大众有汽油发动机MOB(模块化汽油发动机系统)平台和柴油发动机MDB(模块儿化柴油发动机系统)平台。

在第三代大众EA888发动机上,大众采用了双喷射系统,简言之在低负荷工况时,歧管喷油嘴在气缸进气行程时喷油,混合气进入气缸,再配合压缩行程时气缸内喷油嘴喷油,从而实现分层燃烧;高负荷工况时,只在压缩行程进行缸内直喷。这样一来,不仅可以提高发动机的工作效率,还避免了上面提到的在低负荷工况下因氧气过量导致的排放问题。

但是依然有媒体报道说,采用双喷射的第三代EA888发动机依然有氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)排放过高的问题。

事实上,任何一家主机厂都没有最完美的发动机,但它们有更完美的发动机,新的机器都在为降低燃油消耗、减少排放、提升耐久度等方面着手,在符合政策法规的同时,也扔消费者享受科技带来的便利。

下一篇文章,传统内燃机的现在和未来(下)主要是各家厂商今后对于内燃机的发展,敬请期待。

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