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鑫雷
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动效图 3 8HP 和 6HP 变速器的传动效率比较传New Car Tech 新车新技术上海车展上亮相的新款奥迪 A6 宝马 X3 等多款车系均采用了采埃孚 8 速自动变速器, 并且同时基于奥迪 A6 Q5 和宝马 5 系等车型推出了采用采埃孚 8 速混合动力版自动变速器的混合动力版车型这些最新的变速器技术在提高了驾驶性的同时, 大幅降低了能耗和二氧化碳的排放量,

ZF8HP45 变速器与目前在用宝马车型上使用的采埃孚 6 速自动变速器相比, 这些新款的 8 速自动变速器采用了不少创新的设计, 使变速器的性能和节能特性有了大幅提高采埃孚 8HP 自动变速器的动力传递结构被认为是最佳方案它配有 5 个换挡元件和 4 个行星齿轮组, 转速比可达 7 级, 速比间隔小而均匀 ( 图 2) 与 6 挡自动变速器相比,1-2 挡间的转速比由 1.

1 动效图 3 8HP 和 6HP 变速器的传动效率比较传New Car Tech 新车新技术上海车展上亮相的新款奥迪 A6 宝马 X3 等多款车系均采用了采埃孚 8 速自动变速器, 并且同时基于奥迪 A6 Q5 和宝马 5 系等车型推出了采用采埃孚 8 速混合动力版自动变速器的混合动力版车型这些最新的变速器技术在提高了驾驶性的同时, 大幅降低了能耗和二氧化碳的排放量, 充分体现了最新款车型的环保趋势透过上海车展, 看汽车新技术系列报道之三自动变速器发展新亮点特别策划 / 本刊编辑部文 / 上海齐明一采埃孚常规 8 速自动变速器这里首先介绍多款宝马车型上采用的来自德国采埃孚公司的 8 速自动变速器 ( 图 1) 根据发动机扭矩不同, 配置了不同型号的自动变速器, 有 8HP30 8HP45 8HP70 和 8HP90 目前在宝马车型中最常用的是 ZF8HP45 变速器与目前在用宝马车型上使用的采埃孚 6 速自动变速器相比, 这些新款的 8 速自动变速器采用了不少创新的设计, 使变速器的性能和节能特性有了大幅提高采埃孚 8HP 自动变速器的动力传递结构被认为是最佳方案它配有 5 个换挡元件和 4 个行星齿轮组, 转速比可达 7 级, 速比间隔小而均匀 ( 图 2) 与 6 挡自动变速器相比,1-2 挡间的转速比由 1.78 减少为 1.5, 这样的设计使得 8 速自动变速器在降低油耗的同时, 还提高了起步加速性能此外, 减小 1-2 挡间的转速比, 更进一步地改善了 1-2 挡间的换挡品质此外, 采用的单级行星齿轮传动带来了高传动效率及速度和扭矩的均匀分配所有挡位的传动效率均超过 98%, 仅有 2 个换挡元件处于分离状态 ( 功率损失最小挡位 R A B 化 ), 因此有效地避免了各挡位传动效率的损失, 从而降低了燃料的消耗 ( 见图 3) 改进的油泵设计也是 8H P 变速器的一个特点油泵是自动变速器内最耗能的部件之一,8H P 的油泵采用了链条的驱动方式 ( 图 4), 油泵在系统油压足够的齿轮组 1 齿轮组 2 齿轮组 3 齿轮组 4 A B C D E 制动器离合器传动比 E 图 2 8HP 变速器的动力传递图和传动比 C D 相邻挡位传动比的变化比值图 1 采埃孚 8 速自动变速器链条驱动的叶片式油泵图 4 8HP 的新型油泵设计 0.00% 99.00% 98.00% 率97.00% 96.00% 95.00% 挡位 8HP 6HP 2011/7 汽车维修与保养 41

新车新技术 New Car Tech 情况下会自动停止转动, 而在系统油压不足时会自行转动以提高油压, 这样的设计也就大大降低了油耗图 5 显示了 8H P 油泵的效率相对于 6H P 油泵有明显的提高开发 8 速自动变速器的一个主要目的就是为了挖掘进一步降低油耗的潜力, 这为与双离合变速器等其他形式的变速器竞争提供了前提条件图 6

P 自动变速器可使车辆进一步减少 22g/km 的二氧化碳排放二采埃孚混合动力版 8 速自动变速器适用于乘用车的采埃孚 8 速自动变速器的混合动力版本 8P70H 已可进入量产, 这种变速器在常规液力变矩器的位置安装了一个电动机 ( 图 7) 作为强混合变速器, 它同样可以依靠纯电力驱动与常规 8 速自动变速器相比, 混合动力版

又可同时传递内燃机动力和电动动力该自动变速器的内部在常规变速器液力变矩器的位置安装了紧凑型电动机离合器扭转减振器和液压元件, 在两种动力之间用一个分离离合器隔断, 通过这个离合器内燃机可以完全与动力总成断开如图 8 所示, 它采用了一种叫集成启动元件 (ILE) 的设计, 在启动时取代了变扭器, 以达到最好的可操纵性和变扭器的启动舒适性

它还需要用来补偿发动机与变速器之间的对准偏差它的设计采用了双质量飞轮的设计, 减振器的分离质量取油泵效率 [%] 0% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% % 油温为 0 6HP 8HP 0% 0 500 00 1500 2000 2500 3000 3500 4000 1 0.95 0.9 0.85 0.8 0.

2 新车新技术 New Car Tech 情况下会自动停止转动, 而在系统油压不足时会自行转动以提高油压, 这样的设计也就大大降低了油耗图 5 显示了 8H P 油泵的效率相对于 6H P 油泵有明显的提高开发 8 速自动变速器的一个主要目的就是为了挖掘进一步降低油耗的潜力, 这为与双离合变速器等其他形式的变速器竞争提供了前提条件图 6 展示了在引入 8H P 新变速器系统所带来的节油效果与第二代 6 挡变速器相比, 新一代 8 速自动变速器 (8HP) 进一步降低了 11% 的油耗, 这是自动变速器技术领域在降低油耗方面的一个具有重大意义的飞跃同时这也意味着减少 11% 的二氧化碳排放也就是说, 对于一台二氧化碳排放为 200g/k m 的 3L V6 发动机, 搭载 8H P 自动变速器可使车辆进一步减少 22g/km 的二氧化碳排放二采埃孚混合动力版 8 速自动变速器适用于乘用车的采埃孚 8 速自动变速器的混合动力版本 8P70H 已可进入量产, 这种变速器在常规液力变矩器的位置安装了一个电动机 ( 图 7) 作为强混合变速器, 它同样可以依靠纯电力驱动与常规 8 速自动变速器相比, 混合动力版可额外节约燃油高达 25% 采埃孚乘用车混合动力版变速器也可匹配四轮驱动车它目前被装配在 BMW Active Hybrid 7 混合动力车上, 并且也将在更多的量产车型上使用采埃孚将 8P70H 被设计成一个并联混合动力的概念系统在这个混合动力方案中, 内燃机动力和电动动力以并联的方式接入既可单独传递内燃机动力或电动动力, 又可同时传递内燃机动力和电动动力该自动变速器的内部在常规变速器液力变矩器的位置安装了紧凑型电动机离合器扭转减振器和液压元件, 在两种动力之间用一个分离离合器隔断, 通过这个离合器内燃机可以完全与动力总成断开如图 8 所示, 它采用了一种叫集成启动元件 (ILE) 的设计, 在启动时取代了变扭器, 以达到最好的可操纵性和变扭器的启动舒适性由此汽车不仅可以由纯电力驱动, 而且可以通过再生能量 ( 回收制动能量 ) 避免内燃机的高拖曳扭矩来进行驱动, 对减少能耗产生了积极的作用这款混合动力变速器的扭转减振器的设计也很新颖它是用来减弱各种高频率的振动 ( 比如气体力和内燃机产生的集合力等 ) 以及各种低频率的振动 ( 比如载荷变化产生的冲击, 或启动时产生的共振等 ), 它还需要用来补偿发动机与变速器之间的对准偏差它的设计采用了双质量飞轮的设计, 减振器的分离质量取油泵效率 [%] 0% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% % 油温为 0 6HP 8HP 0% 节油量发动机转速 [r/min] 3HP 4HP 5HP 6HP-1 代 6HP-2 代 8HP 图 5 8HP 油泵和 6HP 油泵的总体效率比较图 6 自动变速器节油能力的进化 ILE(Integrated Launch Element) 集成启动元件图 7 采埃孚 8 速混合动力变速器图 8 ILE 在启动时替代了变扭器 42 -CHINA July

模块可根据整车厂要求和混合规格来进行定型采埃孚混合动力自动变速器基于常规采埃孚 8 速自动变速器 (8HP) 它模块化的构造已为混合动力版进行了预设, 因此强混合版本仅需和常规 8 速自动变速器扭矩 [N m] 第一级第二级转角 [ ] 第一级第二级图 9 双质量飞轮减振器结构图采埃孚 9 速自动变速器规格一样的安装空间它优异的驾驶动力特性,

两种动力集合可以进行并联的转矩输出, 显著提升功率因此, 该驱动方式也适合于运动型车辆三全球首款 9 速自动变速器早在 2009 年德国法兰克福国际车展上, 就出现了 9 速前置前驱横置变速器的概念产品全世界约有 80% 的乘用车使用横置发动机, 针对此种广泛使用的乘用车发动机布置方式, 采埃孚开发了这款 9 速自动变速器 ( 图 ),

3 栏目编辑 : 桂江一 guijy@motorchina.com 决于弹性系数 ( 扭矩与转角之间的关系 ), 因此弹簧刚度的特性在这里至关重要此减振器通过多个弹簧组以及随着速度增加的滑动摩擦对特征曲线进行调整优化, 如图 9 所示该款混合动力自动变速器的操作控制是通过功能网络化得到一个高效的全系统混合动力的管理来实现的, 它可灵活调节智能双发动机的功率分配电动机 Dynastart 模块可根据整车厂要求和混合规格来进行定型采埃孚混合动力自动变速器基于常规采埃孚 8 速自动变速器 (8HP) 它模块化的构造已为混合动力版进行了预设, 因此强混合版本仅需和常规 8 速自动变速器扭矩 [N m] 第一级第二级转角 [ ] 第一级第二级图 9 双质量飞轮减振器结构图采埃孚 9 速自动变速器规格一样的安装空间它优异的驾驶动力特性, 如直接与发动机连接和敏捷性, 精确的换挡质量和舒适的操控性, 通过混合动力化还将得到更多的提升为了在行驶状态下, 既能较少地使用内燃机, 又能达到较高的效率, 该自动变速器采用了被称为载荷点提升的技术, 只有部分转矩用于推进与此同时, 电动机作为发电机运行, 给电池组充电, 内燃机此时工作在一个显然更为经济的转矩范围内而在 Boosting 模式下, 两种动力集合可以进行并联的转矩输出, 显著提升功率因此, 该驱动方式也适合于运动型车辆三全球首款 9 速自动变速器早在 2009 年德国法兰克福国际车展上, 就出现了 9 速前置前驱横置变速器的概念产品全世界约有 80% 的乘用车使用横置发动机, 针对此种广泛使用的乘用车发动机布置方式, 采埃孚开发了这款 9 速自动变速器 ( 图 ), 以求达到显著提高燃油经济性的效果目前, 这种最新的 9 速自动变速器已正式进入批量生产阶段, 并计划在美国的格林威尔生产凭借这款专门为前驱车型打造的新型 9 速自动变速器, 新燃油消耗的纪录将被再次刷新与当今前驱车型广泛使用的 6 挡自动变速器相比, 这款新型 9 速自动变速器显著提升了车辆的行驶表现和燃油经济性液压变扭器中先进的减振系统能够快速闭锁离合器, 从而提升燃油经济性并降低 CO 2 排放这款新型 9 速变速器与后驱车型 ( 纵置发动机 ) 使用的 8 速自动变速器类似, 所需的反应时间极短, 在驾驶者毫无顿挫感的同时增加换挡次数也就是说, 这款变速器同时具备了双离合和多级变速的功能因此, 这款新型变速器继承了采埃孚 8 速自动变速器特有的运动基因辅以特有的平顺换挡设计, 此款变速器也能充分满足驾驶者追求舒适的要求 2011/7 汽车维修与保养 43

新车新技术 New Car Tech 在本世纪头年间, 车用汽油发动机的动力性能燃油经济性及排放性能都得到了稳步提高, 尤其是燃油经济性每年降低的幅度超过 2%, 这为降低二氧化碳排放做出了极大的贡献实现这些进步的关键技术是缸内直接喷射技术及其燃油喷射系统可变气门配气机构涡轮增压以及高效率的排气后处理装置透过上海车展, 看汽车新技术系列报道之四汽油发动机技术的发展趋势特别策划

动力性能图 1 和图 2 示出了这年间乘用车汽油发动机升功率和升扭矩平均值的变化历程, 而图 3 则为汽油发动机压缩比平均值随的变化历程从中可以看出, 汽油发动机的升功率和升扭矩都在逐年增长其原因可归结为 : 可变气门配气机构的普及使汽油发动机进排气系统的动态效率得到优化 ; 采用缸内直接喷射, 利用燃油的气化潜热获得的冷却效果改善了容积效率 ;

7, 显然这一趋势尤其体现在 2008 年之后燃用高辛烷值优质汽油的发动机上升功率 /(kw/l) 平均压缩化 85 80 75 70 65 60 55 优质汽油, 增压标准汽油, 增压优质汽油, 自然吸气 50 标准汽油, 自然吸气 45 2000 2002 2004 2006 2008 20 图 1 汽油机最大升功率平均值的变化历程 12.0 11.5 11.0.5.0 9.5 9.

燃油经济性如前文所述, 减少 CO 2 排放 ( 提高燃油经济性 ) 已成为年来技术开发的最紧迫课题, 各国政府也都制定了严格的燃油消耗限值以日本为例, 图 4 示出了日本汽油发动机的燃油消耗实测值和 2015 年燃油消耗法规限值日本 2015 年的燃油消耗法规限值为 16.8km/L( 约合 5.95L/0km), 相比 2004 年的限值又提高了 23.

62L/0km) 的限值以及升扭矩 /(N m)/l 升扭矩 /(N m)/l 150 145 优质汽油, 增压 140 标准汽油, 增压 135 2000 2002 2004 2006 2008 20 5 0 95 优质汽油, 自然吸气标准汽油, 自然吸气 90 2000 2002 2004 2006 2008 20 图 2 汽油机最大扭矩平均值的变化历程车辆类型 2004 年实测值

4 新车新技术 New Car Tech 在本世纪头年间, 车用汽油发动机的动力性能燃油经济性及排放性能都得到了稳步提高, 尤其是燃油经济性每年降低的幅度超过 2%, 这为降低二氧化碳排放做出了极大的贡献实现这些进步的关键技术是缸内直接喷射技术及其燃油喷射系统可变气门配气机构涡轮增压以及高效率的排气后处理装置透过上海车展, 看汽车新技术系列报道之四汽油发动机技术的发展趋势特别策划 / 本刊编辑部文 / 江苏范明强 1. 动力性能图 1 和图 2 示出了这年间乘用车汽油发动机升功率和升扭矩平均值的变化历程, 而图 3 则为汽油发动机压缩比平均值随的变化历程从中可以看出, 汽油发动机的升功率和升扭矩都在逐年增长其原因可归结为 : 可变气门配气机构的普及使汽油发动机进排气系统的动态效率得到优化 ; 采用缸内直接喷射, 利用燃油的气化潜热获得的冷却效果改善了容积效率 ; 改善了冷却系统和润滑系统整体的热传导, 由此改善了汽油发动机的抗爆燃特性年来, 上述技术措施使得新型车用汽油发动机的压缩比提高了约 0.7, 显然这一趋势尤其体现在 2008 年之后燃用高辛烷值优质汽油的发动机上升功率 /(kw/l) 平均压缩化优质汽油, 增压标准汽油, 增压优质汽油, 自然吸气 50 标准汽油, 自然吸气图 1 汽油机最大升功率平均值的变化历程优质汽油, 自然吸气标准汽油, 自然吸气优质汽油, 增压 8.5 标准汽油, 增压图 3 汽油机压缩比的变化历程 2. 燃油经济性如前文所述, 减少 CO 2 排放 ( 提高燃油经济性 ) 已成为年来技术开发的最紧迫课题, 各国政府也都制定了严格的燃油消耗限值以日本为例, 图 4 示出了日本汽油发动机的燃油消耗实测值和 2015 年燃油消耗法规限值日本 2015 年的燃油消耗法规限值为 16.8km/L( 约合 5.95L/0km), 相比 2004 年的限值又提高了 23.5% 这意味着从现在到 2015 年燃油消耗的改善率必须与迄今为止的改善率维持同一水平图 5 示出了日本以及欧美各国的燃油消耗限值各国的法规限值均在阶段性地收紧, 虽然各国的测定工况有所不同, 但是其中以欧洲预定于 2012 年实施的燃油消耗 17.8km/L( 约合 5.62L/0km) 的限值以及升扭矩 /(N m)/l 升扭矩 /(N m)/l 优质汽油, 增压 140 标准汽油, 增压优质汽油, 自然吸气标准汽油, 自然吸气图 2 汽油机最大扭矩平均值的变化历程车辆类型 2004 年实测值 (km/l) 2015 年目标值 (km/l) 相比 2004 年实测值的改善率 (%) 乘用车小型客车小型货车 JC08 工矿燃油耗 /(km/l) 改善 23.5% 图 4 日本汽油机燃油耗实测值和 2015 年目标值 CO 2 排放 130g/km 的限值最为严格, 其次是美国加州实施的燃油消耗 17.6km/L( 约合 5.9L/0km) 的限值后文将介绍为实现以上目标而采取的相关技术措施 3. 排放自从开发出不易热劣化的三元催化剂以后, 汽油发动机的排放量得到大幅度的降低, 碳氢化合物 (HC) 氮氧化物 (NO X ) 一氧化碳 (C O) 的净化率已达到 99% 因此, 在发达国家已将研发的重点转移到三元催化剂的普及和利用故障诊断等方法维持催化器系统的正常工作等方面 ; 而在发展中国家, 空气污染现象仍然较为严重, 再加上燃油中的硫等使催化剂性能劣化的成分较多, 因此会使得三元催化剂发生劣化而阻碍其正常性能的发挥, 对这些国家而言大幅度地降低燃油中的硫含量则是当务之急的课题图 6 示出了各国汽油乘用车排放法规的发展历程和法规限值自 2004 年起美国环保署 (EPA) 制定了第 2 阶段联邦排放法规 (Tier2), 加州空气燃油耗 /(km/l) 20 ( ) mile/gal ( mile/gal) 美国公司平均燃油经济性基准值 182g 171g 164g 美国 2020 年法规加州 2015 年法规欧盟欧盟日本 2008 年 2012 年 2015 年法规法规目标值 (CO 2 : (CO 2 : 140g/km) 130g/km) 日本美国欧洲 20 年燃油耗标准 2015 年燃油耗标准 CO 2 130g/km: 汽车本身的燃油耗改善 CO 2 120g/km: 车轮及空调部分的改善, 采用生物燃料等图 5 日本和欧美各国乘用车燃油耗限值的比较 44 -CHINA July

但是今后总要逐步跟上世界节能减排的步伐, 因此必须积极采取降低燃油中含硫量等技术措施 4.

进行后处理的成本较高, 并且为了避免作为后处理装置的 N Ox 吸附还原型催化器的硫中毒, 必须使用低硫燃油, 因此只有欧洲和日本等部分地区可提供低硫燃油的市场才能使用这种缸内直喷式分层稀燃汽油发动机近年来, 不采用稀薄燃烧方式的所谓化学计量比混合汽缸内直喷技术 ( 以下简称当量比直喷 ) 得到发展和普及, 尤其是将缸内直喷技术与涡轮增压及可变气门正时技术相结合的当量比直喷增压汽油发动机

5 栏目编辑 : 桂江一 guijy@motorchina.com 资源局 (CARB) 则制定了低排放车第 2 阶段 (LE VⅡ) 排放标准日本也从 2009 年起开始实施后新长期排放法规, 该与以往的法规相比, 增加了颗粒 (PM) 排放限值同时, 欧洲也从 2009 年起实施了严格的欧 5 排放标准, 而在我国印度和南非等发展中国家, 虽然因燃油方面的原因, 目前仍在实施相对较为宽松的欧 2 和欧 3 水平的排放法规, 但是今后总要逐步跟上世界节能减排的步伐, 因此必须积极采取降低燃油中含硫量等技术措施 4. 缸内直喷式汽油发动机由于稀薄燃烧可以大幅提高汽油发动机的燃油经济性, 因此, 进气道喷射稀燃汽油发动机问世后, 能进一步实现更稀薄燃烧的缸内直喷式分层稀燃汽油发动机, 在 1996 年就已进入实用化阶段, 并很快得到了推广应用 ( 图 7), 充分显示出了其大幅度改善汽油发动机燃油经济性的潜力但是, 另一方面, 稀薄燃烧会产生较多的氮氧化物 (NOx) 排放, 而对 NOx 进行后处理的成本较高, 并且为了避免作为后处理装置的 N Ox 吸附还原型催化器的硫中毒, 必须使用低硫燃油, 因此只有欧洲和日本等部分地区可提供低硫燃油的市场才能使用这种缸内直喷式分层稀燃汽油发动机近年来, 不采用稀薄燃烧方式的所谓化学计量比混合汽缸内直喷技术 ( 以下简称当量比直喷 ) 得到发展和普及, 尤其是将缸内直喷技术与涡轮增压及可变气门正时技术相结合的当量比直喷增压汽油发动机利用缸内直喷的进气冷却效果改善了动力性能和燃油经济性, 利用分层燃烧降低了冷态 HC 排放, 此外还由于气门重叠的扫气效果而具有低速扭矩大的优势图 8 为利用可变气门机构 (VVT) 改善当量比直喷增压汽油发动机低速扭矩性能的实例因此, 在欧洲当量比直喷技术受到极大的关注, 将此作为汽油发动机小型化 ( 小排量化 ) 的技术措施图 9 为小型化缸内直喷式增压汽油发动机降低 C O 2 排放的效果欧洲新开发的缸内直喷式汽油发动机大多采用这种当量比直喷技术或者完全以均质混合汽运行, 虽然它们的节油效果稍逊色于稀薄分层燃烧, 但是开发成本低, 实际运行稳定性好因而, 缸内直喷式汽油发动机在经历了一段低迷时期后, 从 2008 年起其数量又开始明显增多起来 5. 可变气门机构 1986 年日产公司发表了凸轮轴相位可变技术,1989 年 Benz 公司也推出了类似的凸轮轴相位调节器图是经不断改进后欧洲最新的第 3 代 Vane-CAM 凸轮轴相位调节器的工作原理示意图, 可根据需要提早或推迟配气相位, 由两个比例电磁阀操纵来自发动机润滑系统的压力机油进入转子某一侧地区美国联邦暂定 Tier2 加州 LEVⅠ LEVⅡ 联盟欧 3 欧 4 欧 5 欧 6 日本新短期新长期后新长期中国欧 2 欧 3 欧 4 印度欧 1 欧 2 欧 3 南非欧 1 欧 2 日本美国 ( 联邦 ) 总碳氢 (THC)/ 非甲烷碳氢化合物 (NMHC)/ CO NO X PM 新长期 (2005) 年目标 Tier2 Bin5(2004) 非甲烷有机气体 (NMOG) 联盟欧 4(2005) PM 限值以安装吸附型 NOx 催化器的直喷汽油车为实施对象 ; 2 NMOG 限值不区分汽油车和柴油车, 为第 2 阶段第 5 级 (Tier2 Bin5) 法规 19.5 万 km 时的限值图 6 各国汽油乘用车的排放法规燃油喷射及稀燃系统比例 /% 燃油喷射及稀燃系统比例 /% 0 90 进气道喷油稀燃缸内直喷缸内直喷 + 进气道喷油图 7 汽油机燃油喷射和稀燃系统的应用比例发动机扭矩 /(N m) kW kW kW 200 0kW L 缸内直喷汽油机, 增压, 潜力 0 2.0L 缸内直喷汽油机, 增压, 进气门和排气门可变 L 缸内直喷汽油机, 增压, 进气门可变 2.0L 缸内直喷汽油机, 自然吸气发动机转速 /(r/min) 图 8 利用可变气门机构改善当量比直喷式增压汽油机的低速扭矩特性 CO 及 2005 车型 AudiA4 车 1.6L5 挡手动变速 2.4L V6, 6 挡手动变速 3.0LV6,6 挡手动变速 1.8L5 挡 2.0L5 挡手动变速手动变速 1.8L 增压 6 挡手动变速 3.2LV6, 无级变速 2.0L 增压分层喷射,6 挡手动变速 2.0L 分层喷射, 5 挡手动变速气道喷射缸内直喷功率 /kw 图 9 小排量缸内直喷式增压汽油机降低 CO 2 排放的效果 2011/7 汽车维修与保养 45

新车新技术 New Car Tech 调解状态伺服电机回位弹簧转子 ( 紧固在凹凸轴传动端 ) 机油腔 T 比例电磁阀插板回转中心凸轮轴中间杆偏心轴配气相位推迟调节 P 工作廓线液压气门挺柱凸轮轴集成在汽缸盖上的配气结构支架

9mm 9 8 7 6 5 部分升程 1mm 4 2bar 2000r/min 3 怠速 0.

转过某个角度, 从而可无级地调节配气相位一般调节范围为进气凸轮轴约 70 曲轴转角左右, 排气凸轮轴约 55 曲轴转角左右所采用的材料也从传统的钢改为铝粉末冶金, 重量可减轻约 800g 本田公司则采用将气门升程和开启角

控制方式也由液压改为电动执行器方式, 可以根据发动机不同运行工况的需要对气门实施连续且精确的控制 ( 图 12), 以接近最理想的燃烧条件, 而且也降低了泵吸损失, 使得汽油发动机无节流运行成为可能, 进一步提高了汽油发动机的功率并改善了燃油经济性

开发出了将电动连续可变气门机构与缸内直喷及涡轮增压技术相结合的新型汽油发动机点火气门提前关闭 ( 汽缸最大空气质量 ) 如果说柴油发动机应用的共轨喷油系统是乘用车柴油发动机技术的一个重大突破, 使得现代清洁柴油发动机获得了突飞猛进的发展,

独特的配气机构组合件 ( 活塞 + 制动器气门间隙补偿器 ) 气门部分开启 ( 负荷调整 ) 气门延迟开启 ( 负荷调整 ) 气门多段开启 ( 优化燃烧 ) 最大功率低转速扭矩部分负荷发动机怠速市内交通图 13 MultiAir

6 新车新技术 New Car Tech 调解状态伺服电机回位弹簧转子 ( 紧固在凹凸轴传动端 ) 机油腔 T 比例电磁阀插板回转中心凸轮轴中间杆偏心轴配气相位推迟调节 P 工作廓线液压气门挺柱凸轮轴集成在汽缸盖上的配气结构支架凸轮轴传动链轮 T P 图欧洲第 3 代 Vane-CAM 凸轮轴相位调节器的工作原理示意图图 11 BMW 公司 Valvetronic 全可变气门控制机构气门升程 [mm] 全负荷 9.9mm 部分升程 1mm 4 2bar 2000r/min 3 怠速 0.2mm 运动学的气门升程特性场较早的进气门关凸轮轴转角 [ ] 图 12 Valvetronic 全可变气门在不同运行工况时的升程曲线的机油腔而推动转子向不同的方向相对于传动链轮 ( 外壳 ) 转过某个角度, 从而可无级地调节配气相位一般调节范围为进气凸轮轴约 70 曲轴转角左右, 排气凸轮轴约 55 曲轴转角左右所采用的材料也从传统的钢改为铝粉末冶金, 重量可减轻约 800g 本田公司则采用将气门升程和开启角可在低速和高速两种不同凸轮廓线之间切换的可变气门机构 2001 年 BMW 公司开发出了更为先进的配气相位和气门升程连续可变的 Valvetronic 气门机构 ( 图 11), 成功地应用于其 4~12 缸汽油发动机上控制方式也由液压改为电动执行器方式, 可以根据发动机不同运行工况的需要对气门实施连续且精确的控制 ( 图 12), 以接近最理想的燃烧条件, 而且也降低了泵吸损失, 使得汽油发动机无节流运行成为可能, 进一步提高了汽油发动机的功率并改善了燃油经济性至今, 进气凸轮轴相位调节器或者进排气双凸轮轴相位调节器几喷油进气门控制方式扭矩请求发动机电控单元气门全开 ( 功率优化凸轮 ) 乎已成为欧洲新汽油发动机机型的标准配置, 而 BMW 公司以兼顾燃油经济性和动力性能为目标, 开发出了将电动连续可变气门机构与缸内直喷及涡轮增压技术相结合的新型汽油发动机点火气门提前关闭 ( 汽缸最大空气质量 ) 如果说柴油发动机应用的共轨喷油系统是乘用车柴油发动机技术的一个重大突破, 使得现代清洁柴油发动机获得了突飞猛进的发展, 那么为了使汽油发动机能迎头赶上, 就必须在节油技术方面有所突破, 同时应继续保持其较好的行驶舒适性, 并满足未来的废气排放法规当然, 因采用新技术而要增加的成本不能超出柴高频响电磁阀 ( 进油 - 出油 ) 储油器泵油活塞高压室独特的配气机构组合件 ( 活塞 + 制动器气门间隙补偿器 ) 气门部分开启 ( 负荷调整 ) 气门延迟开启 ( 负荷调整 ) 气门多段开启 ( 优化燃烧 ) 最大功率低转速扭矩部分负荷发动机怠速市内交通图 13 MultiAir 电液式配气机构的系统组成及其控制方式操纵机构气门挺柱 ( 低摩擦 ) 油发动机用于废气有害物后处理的费用, 这样才能增强其市场竞争力凸轮轴 ( 进排气凸轮 ) 汽油发动机燃烧的关键参数, 也就是影响效率有害物排放量和燃油消耗的关键参数是发动机汽缸中新鲜空气充量的品质和特性在传统的汽油发动机上, 负责吸入空气的节气门控制所产生的泵吸损失大约要占能量的 % 汽油发动机在空气量控制方面的重要突破是要以最小的代价尽可能增加汽缸进气空气充量, 因此需要一种现代电子控制进气门来不断地提高进气压力菲亚特动力科技 (FPT) 经过多年的潜心研究, 成功开发出了命名为 MultiAir 46 -CHINA July

油发动机传统的舒适性, 是继柴油发动机共轨喷油系统之后, 在汽油发动机技术方面具有里程碑意义的重大突破, 预期将对乘用车汽油发动机技术的变革产生深远的影响菲亚特动力科技 (F P T) 凭借这种原创型的 MultiAir 系统获得了汽车行业和消费者公认的欧洲第二大独立汽车评审委员会 Autobest 颁发的 2009 年度最佳技术奖 MultiAir 系统突破了传统使用机械式

7 栏目编辑 : 桂江一 guijy@motorchina.com 灵活性电控单元标定数据软件 ( 气门控制模块 ) 发动机电控单元 1 最大灵活性和高动态响应特性 2 无失效保护 3 高的能量消耗 4 不能用于柴油机温度传感器电磁阀中压室发动机机油供应的最新型的电液式配气机构 ( 图 13 和图 14), 并已投入批量生产这种技术使得菲亚特轿车在燃油消耗方面获得了明显的优势, 同时又不失驾驶的乐趣, 并继续保持了汽油发动机传统的舒适性, 是继柴油发动机共轨喷油系统之后, 在汽油发动机技术方面具有里程碑意义的重大突破, 预期将对乘用车汽油发动机技术的变革产生深远的影响菲亚特动力科技 (F P T) 凭借这种原创型的 MultiAir 系统获得了汽车行业和消费者公认的欧洲第二大独立汽车评审委员会 Autobest 颁发的 2009 年度最佳技术奖 MultiAir 系统突破了传统使用机械式凸轮轴和节气门来控制进气的方式, 采用进气门晚开发动机气门进气门早关 UniAir 气门控制模式凸轮轴转角 [ ] 气门升程 [mm] 图 14 MultiAir 电液式配气机构工作原理示意图刚性执行器高压室蓄压室发动机图 15 各种可变配气机构的比较泵油室制动器凸轮轴电液式 (MultiAir) 1 升程和相位全可变, 具有高的动态响应特性 2 适用于现有汽缸盖 3 适用于柴油机机电式 1 灵活性有限, 动态效应特性稍差 2 特殊的汽缸盖设计电动液压阀驱动的进气控制, 比机械正时系统更具灵活性, 比 B M W 公司所用的机电式 Valvetronic 可变气门机构具有更高的动态响应性能, 而且无须汽缸盖结构作重大的改变 ( 图 15) 这一系统可以精准地控制进气, 优化燃烧效率, 从而提高输出功率和扭矩, 降低燃油消耗和减少排放与传统机械配气机构的发动机相比, 采用 MultiAir 配气系统的发动机在低转速范围内可提升 15% 的扭矩输出, 与此同时功率输出可提升 %, 燃油消耗可降低 %, 用户则可以在强劲的动力驱动下享受到更多的驾控乐趣这种 MultiAir 配气系统在降低排放方面也具有较明显的效果,HC/CO 排放能降低 40%, 而氮氧化物最多能降低 60% 此外, 原本为汽油发动机开发的这种 MultiAir 电液式配气技术也为柴油发动机进一步降低有害物排放提供了广阔的前景, 并已取得了令人满意的实际效果 6. 燃油喷射系统车用汽油发动机的燃油喷射系统分为进气道喷射 (0.3MPa) 和缸内直接喷射 (5~ 20MPa) 两大类用于进气道喷射汽油发动机的燃油喷射系统在燃油箱内进行压力调整, 汽油管路主要采用单系统的无回流方式近年来, 燃油箱内的燃油泵滤清器和燃油压力调节器等部件模块化的系统也已逐步得到普及为了改善燃油的雾化, 对喷油器进行了各种改进, 包括 1999 年前后增加喷油器喷孔数目 ( 由 4 孔增加到 12 孔 ), 以及 2002 年前后将直孔形喷孔 ( 液柱分裂 ) 改为锥形喷孔 ( 液膜分裂 ) 等用于缸内直接喷射汽油发动机的燃油喷射系统, 由于燃油压力较高, 高压燃油泵由凸轮轴驱动, 并且为了满足多缸汽油发动机的需要, 高压燃油泵的设计实现了高流量化高压化和小型化而喷油器的设计则需考虑多方面的要求, 如为应对高压, 需提高部件的强度和电磁阀的吸力, 以及提高驱动能量等, 采用了高电压的驱动回路对喷油器喷嘴的改进是将原本产生锥形喷雾的涡流式喷嘴改为狭缝式喷嘴, 后者能产生喷射方向自由度较高的扇形喷雾或者双扇形喷雾多孔式喷嘴也为适应不同喷射位置和燃烧室形状进行了适应性改进此外, 由于用于缸内直喷式汽油发动机的喷嘴喷孔部分是暴露在燃烧气体之中, 因此为了避免积碳, 对喷孔部分增加了氟硅系的镀层欧洲采用中央喷油的分层燃烧方式 ( 喷油引导燃烧方式 ) 的机型上喷嘴针阀采用压电元件直接控制的外开式压电喷油器也已批量应用在本届上海车展上, 德尔福公司展出了 Multec 缸内均质直喷汽油发动机用的 G D I 喷油器该项技术今年 4 月 11 日荣获了美国底特律 2011 年度美国汽车新闻汽车供应商杰出贡献奖 2011/7 汽车维修与保养 47

8 新车新技术 New Car Tech 栏目编辑 : 桂江一 guijy@motorchina.com 7. 增压 2000 年以后, 由于缸内直喷式汽油发动机抑制爆燃的效果, 其压缩比得以提高因此, 欧洲的主要汽车制造厂商为了应对今后更为严格的燃油消耗标准, 积极地以增压为手段开发小型化的缸内直喷式汽油发动机, 已成为欧洲乘用车汽油发动机发展的主流趋势在某些附加价值较高的乘用车中, 为了改善低速工况和瞬态工况时的增压不足, 与车用柴油发动机一样也开始应用可变涡轮喷嘴增压器 (VNT), 有的高功率机型更是采用两级涡轮增压 ( 参见本刊上期有关柴油发动机增压部分 ), 无论是燃油消耗还是低速加速性的改善都显示出更大的潜力 8. 排气后处理技术进入 21 世纪后, 由于贵金属资源的枯竭及其价格的高涨, 全球各大公司都加紧了对减少排气后处理装置中贵金属使用量的相关开发图 16 BMW 新型 3L 直列 6 缸汽油机的镁铝合金组合汽缸体曲轴箱 ( 上中图 ) 和梯子形主轴承框架底座 ( 下图 ) 2001 年, 本田公司在国际上首次开发出车用钙钛矿三效催化系统, 可使钯 (Pb) 等贵金属的使用量减少约 50%~70% 2002 年, 大发公司开发的智能催化剂是在钙钛矿氧化物结晶中添加了钯离子, 使催化剂具有自我再生功能, 从而可在不增加贵金属使用量的情况下维持长时间的废气净化功能进而又在 2005 年, 通过智能催化剂的研究, 使铂 (P t) 和铑 (Rh) 贵金属成分也具有自我再生功能, 与传统催化剂相比, 贵金属使用量减少了 75% 2007 年, 马自达公司开发了单一纳米催化技术, 在成功开发出颗粒尺寸在 5nm 以下贵金属颗粒的同时, 也开发出新型的催化剂基体材料, 将贵金属颗粒以单一纳米尺寸埋入基体材料, 增加了贵金属的表面积, 实现了全新的催化剂结构, 减少了 70%~90% 的贵金属使用量 2008 年, 日产公司开发的超低贵金属催化剂在附着了贵金属的基体材料附近设置物理分区, 抑制了由于贵金属凝结而导致的贵金属与废气接触面积减少的问题, 由此降低了一半的贵金属使用量除了在减少贵金属使用量方面的改进外,2000 年日产公司开发的超低热质量载体催化剂改善了发动机启动后的催化剂升温性能和净化性能 ; 此外, 还有两级式高效 HC 捕集催化系统, 它可在发动机启动后暂时吸附 HC, 然后在催化剂起燃后再将其净化这些技术都大大提高了发动机启动和暖机阶段的废气排放 9. 轻量化车用汽油发动机的轻量化是汽车节能减排的一个重要方面, 除了上述已提及的利用增压技术实施汽油发动机的小型化 ( 小排量化 ) 之外, 近年来随着工艺和加工技术的发展, 同时材料的替换及计算机辅助工程 (CAE) 技术也得到不断完善在发动机设计上追求进一步优化, 通过采用树脂材料, 实现了发动机的轻量化和低成本化, 从而在发动机设计的自由度加工性以及模块化设计方面都获得了长足的进步例如, 目前汽油发动机上已大多采用的进气模块集成了树脂进气歧管电控节气门空气滤清器燃油管和喷油器等部件 ; 将机油滤清器和机油冷却器集成为模块化总成, 诸如此类的模块化部件都使得质量和空间大大减小利用轻合金材料获得轻量化效果的一个典型实例是 BMW 公司的 630i 其搭载的 6 缸 3.0L 汽油发动机采用了全世界首次开发成功的镁铝合金组合汽缸体曲轴箱 ( 图 16) 它先用过共晶铝合金压铸成一个单独的镶嵌件 ( 图 16 上图 ), 其上包括汽缸工作表面曲轴主轴承及其连接螺纹, 以及汽缸盖连接螺纹, 提供了汽缸体曲轴箱的主要刚度和强度 ; 然后将铝合金镶嵌件插入汽缸体曲轴箱的压铸模内 ; 再浇注比重较铝合金轻 30% 的镁合金 ( 确切地说, 是由加拿大诺伦达公司开发的 AJ62 镁 - 铝 - 锶三元合金 ) 压铸成组合式的汽缸体曲轴箱 ( 图 16 中图 ), 而梯子形主轴承框架底座同样是组合压铸件 ( 图 16 下图 ), 主轴承部分采用钢粉末冶金镶嵌件, 以承受轴承载荷, 其余部分也是用镁合金制成, 从而使得汽缸体曲轴箱的总体质量减轻了约 24% 除此之外, 还有采用铝质缸套代替铸铁缸套, 或者以高硅材料及镀层工艺实现无缸套技术, 以及采用胀裂连杆大头等减轻质量的措施另外, 可根据运行工况需要调节泵油量的可调式机油泵能减少大约近 2kW 的驱动功率 ; 采用电动冷却液泵实现冷却液流量的按需调节以及具有较大流通截面积的电动双盘式节温器, 使得冷却液泵的驱动功率减少了 200W, 同样也都对降低燃油消耗作出了贡献在今后相当长的时期内, 汽油发动机和柴油发动机仍将是汽车的主要动力装置, 节能减排将始终是其技术发展的推动力纵观近十年来车用汽油发动机和柴油发动机技术发展的总体特点, 无论在什么领域, 都体现出高技术化及其综合运用上, 这正是任何一家企业始终保持其技术领先的困难之所在只有将多项技术优化地整合起来, 才能开发出性能优异的发动机对于这种高难度复杂化和整合化的技术研究和产品开发, 需要的是技术的传承和不断的投入由此看来, 我国汽车发动机行业的发展任重而道远, 需要国家的支持和行业同仁们的不懈努力 48 -CHINA July

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