汽油发动机在当前混合动力汽车上占有主导地位,汽油发动机技术上已经相当成熟,在节能和环保方面也取得了极大的进展。混合动力汽车选择发动机时,侧重于选择小型化、低油耗、低排放的发动机,并且控制在最佳效率范围内稳定运转。在混合动力汽车上除了采用最新的各种节能和环保措施外,还采取下列控制方法:采用全新的理论及全新结构的发动机;由电动/发电机在短暂的时间内,完成发动机的启动加速,减少发动机的启动时间和排放;采用“开-关”控制方式,完全避开发动机的低效率运转(如怠速)工况范围;减少泵气阻力及各种运动副中摩擦阻力等。 (1)汽油发动机节能和环保的主要技术措施 为了节能和环保,现代汽油发动机应用了各种各样的机外或机内的控制技术,努力使发动机在节能和环保方面达到各国越来越严格的燃油消耗及排放标准的要求。由于维护厂家的不同,各个厂家所采用的发动机降低燃油消耗和对有害气体排放的控制对策和具体措施各有不同的特色,在发动机燃烧室结构、活塞顶结构、气门结构、电控喷射系统、电子控制系统等各有特长。目前,混动力汽车仍然是以采用发动机为主要方法,在选用发动机时应扬长避短,并结合不同的混合动力汽车所需要的发动机的应用特点,来取得最佳节能效果和“超低污染”的环保效果。汽油发动机节能和环保的主要技术措施见表2-1。一般只是在小型混合动力汽车上才采用汽油发动机作为动力源。
(2)本田汽车公司 Insight混合动力车的汽油发动机 Insight混合动力车以汽油发动机作为主要动力,电动/发电机为辅助动力,它们的动力配比为9:1。Insight混合动力车的发动机是1L、直列3缸、直喷式、铝制气缸体。发动机最大功率为52kW(6000/min),转矩为91N·m(4600/min),当电动机介入时,系统在1500r/min时的转矩为10N·m。发动机的质量只有60kg,是当前世界上1L级发动机中质量最小、效率最高的发动机①极端稀薄燃烧技术。发动机的排气门采用铝制结构,进、排气门由同一个摇臂轴支撑,能够使进、排气门之间的夹角达到30°,进气门接近垂直状态,紧凑排列的进、排气门,能够増强进气时气体的旋转涡流,涡流的旋转速度比通常稀薄燃烧的发动机高出20%并且使燃烧室的结构更加紧凑,有利于稀薄燃烧气体充分混此外,发动机横置,进气口侧朝前,这种设计有助于增加进气压力。
每个气缸有4个气门,对发动机混合气的控制发挥重要作用,使混合气的空燃比由过去23:1扩大至26:1的极端稀薄比例。
在低速运转时,可以将每个气缸的两个进气门中的一个关闭,来增强发动机低速运转时进气的旋转涡流,可以使油气混合更加均匀,保证发动机在低速时仍然保持稀薄燃烧状态。
②高效催化转化,实现超低污染。双催化转化器和发动机铝制气缸盖一体化,这样可以有效地加热催化转化器,促进催化反应,实现超低污染。当在理论空燃比工况下燃烧时,催化转化器能够吸附燃料燃烧后产生的大部分NO2,经过催化和转化后,因为HC和CO的还原作用,使NOx被还原为N2再排入大气,所以, Insight的HC、CO、NOx排放量比日本标准所规定的排放量低68%,催化转化器的重量也大大减小。
发动机配置了“开关”自动控制系统,可以在汽车启动时使发动机快速启动,并根据行驶工况,自动控制汽车发动机启动与关闭,进一步避免发动机在启动和低速运转时排气造成的污染,从而达到“超低污染”排放标准的要求。
③先进的结构,降低发动机的质量。发动机气缸体采取铝合金压铸法制造,内铸薄壁钢衬套,油底壳用镁合金铸造,质量为2.1kg,是铝合金制造油底壳的65%。凸轮轴由单级无声链驱动,再通过4个气门摇臂操纵每缸的4个气门,气门摇臂采用滚动轴承,有效地减少了摩擦,进气歧管用轻质材料制造。锻造的连杆经过表面碳化处理,强度增大,使每个连杆的质量降低到258g。在发动机轻量化方面,采取了新材料、新技术及新工艺,使发动机的质量降低到60kg。
因为发动机采用铝合金、镁合金和轻质树脂等多种轻质材料制造零件,所以,该发动机是当今世界上最轻的1L发动机。
④有效的措施减少运动副中摩擦阻力。为了降低活塞在由下止点向上止点运动时因连杆作用力的“拍击”作用而产生的活塞和气缸壁的摩擦,气缸中心线和活塞中心线有微小的偏移。活塞微观表面呈波纹状,有助于保持活塞表面的油膜和润滑。活塞装有两道厚度分别是0.8mm、1.0mm的压缩环和一道厚度是2.0mm的油环,采用低刚度弹簧,双环设计能够获得最小的活塞环缩进量,一方面提高了气密性,另一方面还使活塞和气缸壁的摩擦力大幅降低,与传统的结构相比,能够使摩擦能量损耗减少10%。
气门摇臂轴与气门摇臂采用滚动轴承,使运动结构件之间的摩擦能量损失减少了70%左右,改进后的进气歧管,使泵气损失明显降低,降低了发动机各个部分的摩擦阻力,有效地提高了发动机的效率。
根据日本汽车运行试验法规要求, Insight混合动力跑车在配置5挡变速器时创造了3L汽油行驶105km的世界纪录,在配置无级变速器时创造了3L汽油行驶96km的好成绩。
