基于缸內直噴技術的三缸發動機的探索與研究

黃曉鵬（陜西交通職業技術學院，陜西 西安 710018）

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基于缸內直噴技術的三缸發動機的探索與研究

黃曉鵬
（陜西交通職業技術學院，陜西 西安 710018）

摘要：介紹三缸直噴發動機的市場及優缺點，分析三缸直噴發動機的幾大技術亮點，并分析了三缸直噴發動機的發展前景。

關鍵詞：三缸發動機缸內直噴；渦輪增壓

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004

基金來源：陜西交通職業技術學院院級科研項目，項目合同編號：YJ15001。

CLC NO.: U464Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-26-03

前言

隨著社會對環境污染的日益重視，油耗排放已經成為汽車生產的重中之重，2015年我國第三階段油耗標準已經到了最后一年，百公里6.9升第三階段油耗限值標準也今年全面執行，而且從工信部最新發布的《乘用車燃料消耗量限值》和《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》來看，2016年開始我國將執行第四階段油耗標準，油耗限值標準逐年遞減，每年將設置油耗達標值，直至到2020乘用車平均油耗降至5.0 升/100公里。因此，各大汽車廠家陸續推出缸內直噴發動機以替代自然吸氣發動機，近幾年來，小排量尤其是三缸直噴發動機發展尤其迅速。本論文將對三缸直噴發動機的技術特點進行探索與總結。

1、三缸直噴發動機概述

近年來，我國各大汽車公司一直在致力于汽油發動機的小型化、增壓化以及直噴化。在我國市場，渦輪增壓和缸內直噴技術的成功，為各大汽車公司帶來了良好的市場回饋，同時為了進一步滿足油耗排放以及動力的要求，各大主流汽車公司陸續推出了更適合市場環境的三缸渦輪增壓直噴發動機。

1.1國內三缸直噴發動機市場

表1　國內三缸發動機

目前，我國標致、福特、通用等幾大主流汽車公司已經推出了三缸渦輪增壓直噴發動機，雖然車型所占市場份額不是很大，但是已經處于明顯上升勢頭，表1為一些主要的汽車公司的三缸發動機。

1.2三缸直噴發動機優勢

三缸增壓直噴發動機相對于同排量的自然吸氣發動機具有明顯的優勢，主要表現在：

（1）動力性較高一級別自然吸氣汽油機好，如圖1為東風標致雪鐵龍EB2DTS三缸發動機的扭矩與普通1.6L四缸自然吸氣發動機扭矩的對比；

（2）經濟性優勢明顯，適應未來油耗限值要求；

（3）有效改善排放水平，適應環保法規要求；

（4）結構緊湊，節省更多布置空間；

（5）重量輕，有利于整車“減重設計開發”；

（6）節省制造成本。

圖1　1.2L三缸增壓發動機與1.6L四缸自然吸氣發動機扭矩比較

2、三缸直噴發動機技術亮點

2.1廢氣渦輪增壓技術

圖2　廢氣渦輪增壓技術結構圖

廢氣渦輪增壓技術是利用發動機排氣的能量驅動廢氣渦輪增壓器實現內燃機增壓的方法。發動機氣缸排出的高溫高速的廢氣，經排氣管進入到渦輪增壓器中，推動增壓器中的渦輪旋轉，渦輪再帶動與它同軸的壓氣機葉輪旋轉。壓氣機將吸入的空氣壓縮，提高了壓力的空氣流經內燃機進氣管，供入氣缸，從而達到增壓的目的。經過增壓的發動機比同排量的自然吸氣發動機的進氣量要大很多，因此動力性也提升很多，目前，增壓發動機已經成為發動機發展的一大趨勢。三缸發動機作為小排量發動機，為了使其動力性得到一定的競爭力，大部分都采用了廢氣渦輪增壓技術。圖2為廢氣渦輪增壓技術的結構圖。

2.2平衡軸技術

在三缸發動機中，由于三個活塞上下運行時存在不對稱性，三缸發動機在運行平穩性上有著一定的劣勢，更容易引起整機振動。但是隨著發動機技術的發展，目前大部分的三缸發動機機的平順性和靜音性已經得到了很大的提升。例如，而雪鐵龍、通用、寶馬等廠家在發動機中安置了平衡軸，并使其以曲軸相反的方向進行旋轉來抵消發動機運行的不平順性，平衡軸技術可有效地緩解三缸發動機因為曲柄連桿機構運轉不平衡引發的的整機振動，提高駕駛的舒適性。而福特公司更是采用了重新設計的懸置系統，以及利用飛輪和前皮帶輪等部件本身的“不平衡設計”來抵消三缸發動機運行過程中的抖動。圖3為三缸發動機的平衡軸結構。

圖2　三缸發動機平衡軸

2.3雙連續可變進排氣門正時系統

目前主流四缸發動機主要裝配的是進氣可變正時系統，而在三缸直噴發動機中，基本上裝配了雙連續可變進排氣門正時系統。雙連續可變進排氣門正時系統，能夠同時改變進氣凸輪軸和排氣凸輪軸的相位角，從而獲得與轉速更匹配的氣門疊加角，因此可以使發動機擁有效率更高的配氣效率。保證發動機在不同工況下的充氣及排氣效率、改善怠速穩定性、有效提升低速扭矩表現、保證低速動力性、有效提升高速功率表現。

除此之外，像缸內直噴、雙質量飛輪、汽缸蓋集成排氣歧管等技術也在三缸發動機上得到了廣泛應用。

3、三缸直噴發動機發展趨勢

隨著現在排放法規的越加嚴厲和汽車發動機制造技術的進一步發展，三缸直噴發動機加上渦輪增壓技術就能實現以前四缸甚至六缸的動力性能，還能達到比較好的平順性。而且比起四缸、六缸發動機，三缸發動機最明顯的優勢在于減小了發動機體積和排氣量，實現環保、省油，節省制造成本的目的。因此，近年來各個汽車廠家相繼推出三缸直噴發動機。

但是內燃機由于本身的缺點始終是要被電動汽車所代替，但是將技術水平的局限限制了電動汽車的發展。目前最容易實現的過度車型還是油電混合動力，而電動汽車過度階段的混合動力也需要三缸發動機的輔助。不管內燃機在混合動力中扮演的是發電的角色還是提供動力的角色，它的體積肯定是越小越好，功率肯定是越高越好，能耗越低越好。三缸發動機幾乎是目前汽車用發動機的最低缸數了，也就成了混合動力比較好的選擇。因此，今后很長一段時間，三缸直噴發動機都將是一個發展方向。

4、結束語

汽車經過這些年快速發展，三缸發動機的再次流行是內燃機發展進化的一個必然過程，也是我國汽車工業發展的一大進步，人們不再只是簡單追求缸數、追求動力，而是考慮了環境的可持續發展，相信中國的汽車業明天會更好。

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Based on the GDI technology three-cylinder engine’s explore and research

Huang Xiaopeng
( Shaanxi traffic vocational and technical college, Shaanxi Xi 'an 710018 )

Abstract:Introduce the market and advantages of three-cylinder GDI engige, analyze several highlights technology of the three-cylinder GDI engine, and analyze the three-cylinder GDI engine’s development prospects.

Keywords:three-cylinderengigeGDI; Turbo Boost

中圖分類號：U464

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988（2016）05-26-03

作者簡介：黃曉鵬，碩士研究生，講師，就職于陜西交通職業技術學院。從事汽車專業的教學和研究工作。