只要3分鐘 看懂發動機精準燃燒技術及發展趨勢

汽車的心臟——發動機，也是汽車所有板塊中技術最精確和複雜的。從剛剛開始簡單的機械控制技術，到現在感測器信息採集、電腦處理的電控制技術發展，使得發動機的運轉更加精確，燃油經濟性、動力性、廢氣排放和耐用性都得到極大提升。這些都離不開工程師對發動機技術的不斷研發。由於發動機在不同工況下，需要不同的進氣量、燃油量，才能實現燃燒的精準性，因此多年來工程對於氣門正時控制、可變數進排氣等方面在不停探索著，也有了很多成果，不同的品牌還有不同的技術品牌，那麼這些技術有哪些不同？未來有怎樣的發展趨勢。侃弟今天就給大家做一些簡單的梳理。

為了大家能過更好的理解下文的內容首先我們了解一下氣門正時的原理。

氣門正時是指氣門開啟和關閉時機，由於氣流慣性，為了最大限度發揮發動機效率，氣門開啟時機通常不在活塞行程的止動點，進氣門開啟早於排氣行程上止點，關閉晚於進氣行程下止點；排氣門開啟早於做功行程下止點，關閉晚於排氣行程上止點。

進氣門早於排氣行程上止點開啟，作用是為了在進氣行程開始時進氣門能有較大的開度或較大的進氣通過斷面，以減小進氣阻力，使進氣通暢。進氣門晚於進氣行程上止點關閉，是為了充分利用進氣氣流的慣性，在進氣遲后角內繼續進氣，以增加進氣量。

排氣門早於做功行程下止點開啟，作用是是為了在排氣門開啟時氣缸內有較高的壓力，使廢氣能以很高的速度自由排出，以在極短時間內排出大量廢氣。排氣門晚於排氣行程上止點關閉，是為了利用廢氣流動的慣性，在排氣遲后角內繼續排氣，以減少氣缸內的殘餘廢氣。

上邊是比較專業的解釋，如果有不懂發動機技術的看官，那麼請接著看下邊。

我們可以將發動機的氣門比作是一個水龍頭，水龍頭角度開啟的大小和時間長短，決定了水的流量。水龍頭開啟的角度越大，開啟的時間越長，流出來的水就越多。同樣的道理用於發動機上，就產生了氣門升程和正時的概念。氣門升程就好象水龍頭角度開啟的大小，氣門正時就好像水龍頭開啟的時間。以立體的思維觀點看問題，在汽車上氣門開啟的大小和時間長短就決定了在單位時間內的進氣量。排氣也是同樣的道理。

1、VTEC技術

VTEC是本田開發的發動機技術，也是世界上第一個能同時控制氣門開閉時間及升程兩種不同情況的氣門控制系統。VTEC的全拼是（Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System）意思是「可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統」。與普通發動機相比，VTEC發動機的不同之處在於它凸輪與搖臂的數目及控制方法。

最基本的原理是它有中低速用和高速用兩組不同的氣門驅動凸輪，並可通過發動機轉速需要，電子控制系統的調節進行自動轉換。

通過VTEC系統裝置，發動機可以根據行駛工況自動改變氣門的開啟時間和提升程度，即改變進氣量和排氣量，從而達到增大功率、降低油耗及減少污染的目的。目前本田車型都使用i-VTEC(智能可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統)。

代表車型：本田飛度

以本田飛度的1.5L發動機為例，最大輸出達到了131匹馬力，油耗卻可以低至百公里5.3L，實力不可謂不強悍。

2、可變進氣歧管技術

可變進氣歧管技術一般分為可變進氣管截面技術和可變進氣管長度技術。

可變進氣管長度技術

該技術可以使發動機在不同轉速下具有不同進氣路徑，從而滿足發動機在不同工況下對進氣量的不同需求。在發動機低轉速時，採用較長的進氣路徑，形成進氣諧波效應擴充進氣量，提高發動機的功率輸出。

當發動機高速運轉的時，需要更大量的進氣。此時採用短的進氣管，空氣直接的進入氣缸，增加進氣效率。

採用可變進氣歧管技術的目的是優化發動機整個轉速範圍內的扭矩曲線，同時改善加速性能和響應性，從而使發動機在不同工況的動力性、燃油經濟性和排放水平達到和諧統一。

代表車型：奧迪A6L

可變進氣管截面技術

我們知道，當發動機低轉速運轉時，氣門的開啟行程比較短，進氣門開啟面積比較小，使得進氣的流速增加，讓燃油和空氣更加完美的混合。而高轉速時發動機做工時間比較短，氣門需要設置成長行程開啟。在這個過程中，活塞向下移動，使氣缸產生「負壓」效果，會使進氣流速同步加快，從而實現不同工況下都比較合理的燃燒效果。那麼除了氣門，進氣歧管就不能達到同樣的效果嗎?

工程師從流體力學的原理獲得靈感，管道的截面積越大，流體壓力越小;管道截面積越小，流體壓力越大。舉個例子：小時候我們都玩過自來水管，將水管前端捏扁，自來水的壓力會變得非常大，流速也會變快。

根據這一原理，發動機需要一套機構，在高轉速時使用較大的進氣歧管截面積，提高進氣流量;在低轉速時使用較小的進氣歧管截面面積，提高氣缸的進氣負壓，也能在氣缸內充分形成渦流，讓空氣與汽油更好的混合。

基本原理是發動機中低速工作的時候轉換閥關閉，進氣道採用較長的細管道。高速工作的時候轉換閥打開，兩個進氣管同時工作。增加進氣的截面積。

代表車型：奧迪Q7 （4.2L V8發動機）

3、VVT-i技術

VVT-i是Variable Valve Timing-intelligent的縮寫，它代表的含義就是智能正時可變氣門控制系統。這種機構是保持進氣門開啟持續角不變，改變進氣門開閉時刻來增加充氣量。一般汽車凸輪軸由曲軸剛性連接，凸輪軸帶動進氣門的開閉時間都是固定的，使用VVT的車型在凸輪軸頂端會有一個調節電機，當高轉速的時候可以改變凸輪軸的角度，實現提前開啟進氣門的效果。

這樣可以提高進氣效率，實現了低、中轉速範圍內扭矩的充分輸出，保證了各個工況下都能得到足夠的動力表現。

代表車型：豐田凱美瑞、卡羅拉等

4、偏置曲軸技術

曲軸偏置等於活塞偏置,這是曲柄連桿機構的一種形式。即活塞往複運動所在的軸線的延長線不經過曲軸中心，可以使燃燒更充分，舉個例子就像腳踏車腳踏板轉過頂點之後再用腳發力就省勁很多了。曲軸偏置技術使得活塞在最上止點的時候，連桿和曲軸的中心點之間已經形成一個夾角，方便做工衝程的燃燒。

代表車型：寶馬z4

5、TFSI（缸內直噴分層稀薄燃燒）

FSI是汽油發動機領域的一項全新技術，它配備了按需控制的高壓燃油供給系統，然後通過活塞泵提供所需的壓力，最後噴油嘴將燃料在最恰當的時間直接注入燃燒室。通過進氣道的翻板設計使得進氣產生可變渦流，配合噴油時間精確控制，使得火花塞周圍有較濃的混合氣，而其他區域則是較稀的混合氣，保證了在順利點火的情況下儘可能地實現稀薄燃燒，這也是分層燃燒的精髓所在。

FSI比同級引擎動力性顯著提高，油耗卻可降低15%左右。

代表車型：奧迪A7

6、MDS：（可變排量發動機）

這套系統可以使發動機的某個或幾個汽缸停止工作，根據不同的工況和功率要求，使用滿足所需的排量。這種技術在如今的電控發動機上實現並不是很難，最簡單的就是切斷指定汽缸的噴油嘴和點火的工作。這種技術最適合多汽缸的發動機，在不影響駕駛者追求大排量加速刺激時，又有效降低了堵車時的燃油消耗。

代表車型：克萊斯勒300

克萊斯勒300搭載的V8HEMI發動機MDS系統能夠在40毫秒（0.04秒）內從8缸轉變為4缸進行工作。

7、可變壓縮比技術

比起VVT可變氣門正時，AVS可變氣門行程和PDA可變進氣歧管技術，這些大量使用技術，發動機還有一項「可變」技術，目前量產車裡十分罕見，這就是「可變壓縮比技術」。 例如法國MCE—5、日產VCR可變壓縮比發動機，通過可變的曲軸高度來達到目的，簡單的說，曲軸位置是可以調節的。根據發動機轉速和工況來提高或者降低曲軸到達缸蓋的距離改變壓縮比。除了日產的VCR可變曲軸的結構，還有Multi-link連桿機構的結構，還有可變缸蓋結構，可變活塞頂結構，可變Conrod連桿結構，偏心輪等等多種方式改變壓縮比。

另外還有薩博的SVC可變壓縮比發動機等。

代表車型：英菲尼迪QX50

8、QAMFREE（無凸輪軸發動機技術）

大家都知道傳統的氣門控制都是要有凸輪軸驅動的，這樣的間接傳動，不管其中的配氣機構技術再怎麼革新都會有氣門開閉角和相位的延遲。所以科尼塞克注資的FreeValve公司最早開始研製無凸輪軸技術，換成了以液壓和氣動系統驅動的氣門執行器，用氣門執行器控制發動機的進排氣氣門。理論上可以提供45%功率提升、47%的扭矩提升。

目前沒有量產車型，只有搭載了QAMFREE的觀致3的試驗樣車。

侃弟總結

內燃發動機從誕生之初基本原理就已經定型，但是在一百多年來歷代工程師的不懈努力下，發動機工作逐步從粗放變得精細，對於燃燒的控制越來越細微，而實現這些的就是對於進排氣、點火時間等的精確控制。目前，新能源汽車發展的力度很大，但是有很多內燃機工程師認為發動機還有很大提升空間，在燃油效率和排放方面可以做得更優秀，比如使用電控模塊氣門執行器理論上肯定比機械式凸輪軸控制要精確，只是在可靠性方面還有待驗證。發動機在短時間內還會是主流動力源，相信還會有更多的先進技術湧現出來。

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