改变进气量和燃烧形式 打造节油发动机

　　现在，汽车发动机设计技术不断提高。针对市场上几款节能发动机产品，西安长安大学汽车学院动力工程学主任蹇小平，就节能原理进行了分析。

　　■可变气门驱动改善发动机进气量

　　发动机运行的两个关键因素是空气和燃油，因此，各种有着“节油因素”的发动机多从这两个方面进行改善。

　　当进入发动机的空气达到一定量时，就能确保发动机内的燃油充分燃烧。蹇小平说，从汽车发动机设计原理上，有两种可变气门驱动形式，即可变气门正时和可变气门升程。例如，目前丰田汽车常用的“VVT-i”技术，本田常用的“I-VTEC”技术。

　　可变气门正时按照发动机的负荷变化，控制气门进气时间由短到长呈线性变化，使发动机的动力输出顺畅平滑，减少油耗。蹇小平说，丰田轿车大都装配了“VVT－i”字样的发动机。VVT意思是“可变气门正时”，采用电子控制单元（ECU）控制后，丰田起了一个名称叫“智慧型可变气门正时系统”。 VVT－i是一种控制进气凸轮轴气门正时的装置，它通过调整凸轮轴转角配气正时进行优化，从而提高发动机在所有转速范围内的动力性、燃油经济性，降低尾气的排放。

　　另外一种可变气门升程就是改变气门的开启角度，代表发动机有本田的“I-VTEC”。可变气门升程就是按照发动机的负荷控制气门开合角度，在低负荷时减少气门的升程，高负荷时增加气门的升程。让发动机在高转速时能提供足够的马力，低转速时提供够大的扭矩。 除了可变气门正时和可变气门升程外，还有一种“停阀”的气门工作方法，如本田的“H-VTEC”。

　　■涡轮强制增加进气量改善燃油燃烧

　　通过涡轮强制增加进气量，来改善燃油燃烧形式。目前市场上流行的涡轮增压器(Tubro)、TSI等发动机技术，凭借燃料在发动机气缸内充分燃烧并对外输出功率，在低负荷时确保了低油耗。

　　涡轮增压器利用发动机排出的废气作为动力，来推动涡轮室内的涡轮(位于排气道内)，涡轮又带动同轴的叶轮（位于进气道内），叶轮就压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气，再送入气缸。当发动机转速加快，废气排出速度与涡轮转速也同步加快，空气压缩程度就得以加大，发动机的进气量就相应地得到增加，就可以增加发动机的输出功率了。

　　涡轮增压的最大优点，表现为在不增加发动机排量的基础上，大幅度提高发动机的功率和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率可增加大约40％甚至更多。蹇小平说，目前大众汽车推出了TSI（涡轮机械增压发动机）技术是非常先进的，但是国内的TSI发动机通常没有机械增压功能。

　　TSI是把一个涡轮增压器和机械增压器一起装到一台发动机里面。蹇小平说，涡轮增压发动机在较低和较高转速时都有一个动力的空挡，为了进一步提高发动机的效率，增加一个机械增压装置，并让它在低转速时加大进气压力。而涡轮增压器的尺寸可以再大一些，去弥补高转速时的动力空挡，从而达到一个从低到高转速的全段优异动力表现。另外，涡轮增压器由于废气涡轮的惯性，会有发动机相应的迟滞现象。而机械增压器则是由发动机转轴直接带动，能够随着发动机转速变化而迅速且线性地改变转速。大众1.4升直喷汽油发动机首先搭载了这套系统，它的最大功率达到了惊人的170马力。

　　■采用稀燃技术提升发动机性能

　　除了改变空气进气量来改善燃油燃烧外，另一种通过改变燃油喷射形式，改变燃油燃烧状态。大众的FSI（燃油分层喷射）发动机将燃油直接在气缸内喷射，并根据发动机的负荷来改变空气和燃油比率(空燃比)。FSI发动机按照发动机负荷工况，在低负荷时为分层稀薄燃烧，在高负荷时则为均质理论空燃比(14.6-14.7)燃烧。因此，油耗较低，升功率大。

　　蹇小平说，这种发动机采用了稀燃技术，即空气和燃油的混合比超过了25∶1(一般发动机的混合比在15∶1左右)。25∶1的混合气体按常规是无法点燃的，这种发动机气体分布是由浓到稀，在火花塞附近是易于点燃的气体(混合比在12∶1左右)，其他部分的混合气体混合比则大于这个数字，即混合气体中的燃油含量比较低。因此，直接降低了发动机的油耗。但这种发动机对设计和制造的要求都相当高，对燃油品质的要求也比较高。

　　本田的VTEC发动机也采用了稀燃技术。这款I－VTEC2.0升发动机将比一般本田发动机省油20%，其特点是将VTEC技术与稀燃技术相结合，也是当低转速时令其中一组进气门关闭，在燃烧室内形成一道稀薄的混合气体涡流，层状分布集结在火花塞周围作点燃引爆，从而起到稀薄燃烧作用。蹇小平说，汽油发动机实现稀燃除了要提高压缩比外，还要采用燃油喷射定时与分段喷射技术实现分层燃烧，并要采用高能点火形成火核，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限增大。

　　购车选大功率小排量发动机

　　扶摇直上的油价，使得油耗成为购车者关注的焦点。记者就发动机工作原理在何种状况下才能达到省油的目的，采访了西安长安大学汽车学院动力工程学主任蹇小平主任。

　　■关键词：燃烧效率 空燃比

　　在动力要求等其他方面相同的情况下，发动机是否省油，是由发动机的燃烧效率决定的。燃烧效率更高的发动机，可以将每克燃油产生的能量转换为更多的热能推动活塞运动，从而产生更多的驱动力。

　　蹇小平说，燃烧效率有一个很重要的指标，那就是燃烧是否更充分。从发动机原理来考虑，要使发动机达到节油的目的，首先要保证燃油要燃烧好。要确保燃油充分燃烧，就要考虑可燃混合气中空气质量与燃油质量之比，即空气和燃料的混合重量比。空燃比是发动机运转时的一个重要参数，它对尾气排放、发动机的动力性和经济性都有很大的影响。

　　蹇小平说，汽油完全燃烧所需的空气比例，可以根据理论计算得到并称之为理论空燃比。具体的讲，完全燃烧一份汽油要14.7份空气，因此理论上的空燃比为14.7：1。

　　■关键词：升功率

　　发动机品质高低要看动力性和经济性，发动机要有较好的功率、良好的加速性和较低的燃料消耗量。蹇小平说，影响发动机功率和燃料消耗量的因素有很多，其中影响最大的有排量、压缩比、配气机构。

　　大排量发动机功率不一定比小排量发动机功率大，因此，产生了一个衡量指标“升功率”。蹇小平说，升功率表示了单位气缸工作容积的利用率，升功率越大表示单位气缸工作容积所发出的功率越大。当发动机功率一定时，升功率越大发动机的重量利用率就越高，相对而言发动机也更小，材料也就更省。

　　一般情况下排气量越小功率越小，而排气量小功率高的话就说明升功率高，发动机的技术非常先进。而良好的节油性也与升功率有关，升功率高的车节油性更强。在国家将出台的节能环保经济型轿车标准中，升功率是其中一项重要标准。