可可习 汽 车 新 动 力 传 动 系 技 术

N e w P o w e r t r a in T e c h n o lo g y

为 了应对 能源和 环 境 问题 的挑战 ， 全球各大汽车公 司 均制定 了全方位 的环 保 节能

战略 ， 他们在开 发混合动力 、 替代能源和燃料 电池技术的同时 ， 积极提高传统发

动机 的效能 ， 本 文则重点介绍汽油机 的低油耗技术与最新 的清洁柴油机技术。

In 0 r d e r t o r e s p o n s e t o c h a lle n g e o f e n e r g Y a n d e n v ir o n m e n t a l p r o b le m ， t h e

m a io r c o r p o r a t io n s in t h e w o r ld w o r k o u t a l l- r o u n d s t r a t e g y o f e n v ir o n m e n -

t a l p r o t e c t io n a n d e n e r g y — — s a v in g ． A s t h e y d e v e lo p t e c h n o lo g ie s a b o u t h y b r id

p o w e r，

a lt e r n a t iv e e n e r g V ， a n d f u e l c e ll ， a t t h e s a m e t im e t h e y a ls o a c t iv e ly

im p r o v e e ff ic ie n c y o f t r a d it io n a l e n g in e ． T h is p a p e r p a y s m o r e a ~ e n t io n t o in t r 0 一

d u c e t h e lo w f u e l c o n s u m p t io n t e c h n o lo g y o f g a s o l in e e n g in e a n d t h e la t e s t

c le a n d ie s e l e n g in e t e c h n o lo g y ．

3 ∈ 油 机 低 油 耗 技 术 主 要 领 域

， U 是 称 为 非 节 气 门 控 制 机 构

(N o n t h r o t t n̈ g ) ， 除 了 已 投 放 市

场 的 车 型 上 应 用 的 丰 田 汽 车 公

司 的V a Iv e m a t i c 或 日 产 汽 车公 司

V V E L (气 门正 时与升程 控制机构 ) ，

还 有 马 自达 、 铃木汽 车公 司 与德 国

雪夫拉 集 团等各 自推 出的非节气 门

控制机构 。

马 自达 的机械式 非节气 门控制

机构通 过联接机 构能够连 续 改变气

门升 程 和作用 角 。 与其 它公 司 的非

节气 门机 构不 同 的是 ， 气 门作 用 角

的变化不 是 前后 对称 的 ， 而 是 即使

在微小 的气 门作 用 角情况 下 ， 仍能

确保 气 门开 启的微 小滞后 性 。

大 多数 的非 节气 门控制机 构 为

了配 合气 门的开 启时刻 ， 采 用 了使

相位角可 变的结构 。 但是 马 自达 的

非节气 门控制机构并不 是 取 消相位

可 变机构 ， 而 是 缩小 了相位 的调 节

范 围 ， 有利于 提高响应 性 。

雪 夫拉 集 团展 出 的非 节气 门控

制机 构采用 了 液压 与传统 的气 门驱

动机 构配 合 的方式 。 在气 门升程 和

作用 角狭小 区 域 只 以凸轮驱 动 气 门

工 作 ， 而 在 大范 围 时通 过 施 加 附加

压 力 以增大气 门升程 或作 用 角 。

莲 花公 司 (10 t u s )提 出 了 完全 由

液压 驱 动 气 门工 作 的装置 ， 而 雪夫

拉 的非 节气 门控制机 构则采 用 与通

常的气 门驱 动机 构配 合 的方式 。

液压 驱 动 的优 点是 能 够 比机 械

式 更 灵 活 自由地控制气 门升程 或作

用 角 。 而 且 使升 程 曲线 呈 矩形 ， 但

是一 般认 为 多数气 门的升 程 或作 用

角均 匀控制 比较 困难 。 即使 在机 械

式 方 面 为 了使各 气缸 的气 门升 程 或

作 用 角有效配 合设 有调 节机 构 。 雪

夫拉公 司 的产 品就是 把这 种 非节气

门控制机 构在V e c t r e 的4 缸 发 动 机

上 应 用 ， 通 过 2 万 k m 的实车行驶 ，

证 实 比 原 来 的气 门 驱 动 机 构 提 高

1 O％ 燃 油经 济 性。

铃 木 的非节气 门控制机 构 采 用

立 体 凸轮 的方法 。 使立 体 凸轮 由电

机 驱 动作轴 向移动 ， 由此使 立 体 凸

轮 向与球 面 滚子 式 气 门挺杆 的触 点

移动 ， 从而 能够连 续改变气 门升 程

和作用 角 。 这就是“

立 体 凸轮”

方

采 用 双 湿 式 离 合

器 的 日产G T — R 变

速 器 与 独 特 的 四

轮驱 动系统

口 杨 泳

式 的原 理 。 这 是一 种简单又 容 易 掌

握 的方式 。 这 种连 续 可 变机 构应 用

于 进 气 门 与排 气 门两 个 方 面 ， 在 低

负荷 时也 能减 少排气 门的升程 。

铃 木 汽 车 公 司 宣 称 ， 该 公 司 由

于 开 发 了 这 种非 节气 门控制机 构 ，

所 以提 高 了 燃 油 经 济 性2 0 ％ ， 扭矩

输 出在整个发动机 转速 范 围 内提 高

6 ％ ， 以低 负荷 行 驶 居 多 的大 型 摩

托 车 由于 采 用 非 节气 门控制方 式 ，

既 可 以降低 泵 吸 损 失 ， 又 能取 得 提

高燃 油经 济 性 的效果 。 预 计铃 木将

在 不 远 的将 来使 这 种 非节气 门控制

机 构实用化 。

马 自达 的未来 发 动机技 术

马 自达 的 智 能 怠 速 停 止 系 统

(S IS S ：S m a rf id lin g S to p S y s te m )。 这

种 怠速停 止 系统 用 来代 替起 动 机 ，

对 处 于 停 止 工 作状 态 的发动机 气缸

进 行 喷油 。 使 其燃 烧 ， 从 而 重 新起

动发动机 。 就是说 ， 这也可 以称为像

直喷式发动机那样的再起动装置 。

为 了 重 新使 发 动机 起 动 ， 必 须

在 活 塞 停 留 在 冲 程 的 中 间位 置 时

使 发 动机 停止 运 转 。 而 再 起 动 时 ，

对 处 于 压 缩冲程 中途 的气 缸 进 行 喷

油 ， 使之 燃 烧 爆 发 ， 使 发动机 反 向

“汽 车 与 配 件》 新 能 源 汽 车 NE V (No 2 ) 2 0 0 8 - 2 6

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运 转 。 由此 ， 能 够使 处 于 膨 胀 冲 程

的气 缸 改 变 为压 缩冲程 ， 而 这 时进

行 喷油并使 之 进入 爆 发 ， 发 动 机 又

回复到正 向运 转而 重 新 起 动 。

马 自达 的 智 能 怠 速 停 止 系 统

(s ~s s )的优 点 是 ， 不 仅 显 著 降低 了

发动 机 与 蓄 电池 的重 量 负担 ， 而 且

发 动机 的重 新 起 动 时 间只 有0 ． 3 s 的

极短 时 间 。 当然 ， 采 用 怠速停 止 系

统 降低 了 燃 油耗 ， 经 1 0 — 1 5 工 况 法

测试 ， 燃油 经 济性提 高 了 1 0 ％ 。

马 自达 还 展 出 了 新 一 代 转 子 发

动机 1 6 X (R e n e s is )。 这 种 转子 发 动

机 以提 高热 效率 和 整个转速 范 围 内

的扭矩 输 出 ， 通 过 扩 大 转 子 发 动 机

的旋 轮线 的半径 和偏心 轮轴 的偏心

量 ， 减 少转 子 宽 度外形 ， 使 发 动机

排量 达 到 1 6 L (8 0 0 m L X 2 )。

在 转 子 发 动 机 中 ， 偏心 轮 轴 的

偏 心 量 相 当 于 往 复 式 发 动 机 的 行

程 ， 转 子 宽 度相 当于 往 复式 发 动 机

的缸 径 。 所 谓 转 子 宽 度也 是 转子 发

动机 转 子 工 作面 的宽 度 。 所 以 ， 新

一 代 转 子 发动机 如 以往 复式 发 动机

作譬 喻 ， 则是一 种 小 缸 径 、 长 行程

的发动机 。

在 往 复 式 发 动 机 上 ， 当采 用 小

缸 径 、 长 行 程 方 式 时 ， 可 以增加低

速扭 矩 ， 并提 高使 用 时 的燃 油经 济

性 。 在 转子 发 动机 场 合 ， 当增 大 转

子 旋 轮 线 半 径 和 偏 心 轮 轴 的 偏 心

量 ， 则提 高扭 矩 输 出 。 此 外 ， 在侧

向进气 、 侧 向排 气 的场 合 ， 也 具 有

扩 大 气 道 口 面 积 的优 点 。 当增 大旋

轮 线 半径 与偏心 轮 轴 的偏心 量 ， 能

够 增 加 茧 型 转子 发 动机 缸 体 (R o t o r

h o u s i n g )与椭球 型 的转子 之 间的面

积 ， 从 而 扩 大气道 口 面 积 ， 也 能提

高其开 闭正 时 的 自由度 。

大 众汽车公 司 的1 ． 4 L 直4 涡 轮 增 压

+ 干 式D S G

大 众 汽 车 公 司 新 型 1 ． 4 L 直 立 4

N e w P o w e r t r a i n T e c h n o lo g y I 篮

左 图 ： 采用非节气 门控制 方式 的马 自达 下 一 代 I预 定在2 0 1 0 年应 用)的直 喷式汽油机

右 图 ： 德国雪夫拉 集 团展 出的“

U n i A i r S y s t e m”

， 采用 凸轮 电液压 式气 门机构

‘

f．

左 ： 马 自达 研 制 的“

智 能式怠速停止 系统”

， 它 的作 用是代 替起动机 ， 通 过 充分发挥 直喷式发动机 的

性 能 ， 向停 机 中的气缸 内喷油并使之 燃烧 ， 而使 发动机重 新起动 。

右 ： 由于 扩 大 转子 发 动 机 旋 轮 线 半 径 与 偏 心 轮 轴 的偏 心 量 ， 使 转 子 宽度缩 短 ， 发动 机 排量 增 加 到

1 ． 6 L (8 0 0 m L x 2 ) ， 这 是 马 自达 下 一 代 转子 发动 机“

1 6 X”

2 0 0 8 — 2 6 (No 2 )NEV 新 能源 汽 车 Ⅸ汽 车 与 配 件 *

缸 涡 轮 增 压 发 动 机 省 略 了 双 增 压

发 动 机 中 的机 械 式 增 压 器 (S u p e r

c h a r g e r ) ， 以降低 成本 。 由于 省略

机 械 式 增压 器 则低速扭矩 下 降 ， 为

了 弥补这 点 ， 实施 了 涡轮增压 器 小

型 化 ， 以减 少增压 滞后 现 象 。 由此

最 大 功 率 比双 增压 发 动机 下 降 ， 但

是 却确保最 大扭矩达 到2 ∞ N m 。

这 种涡 轮 增压 发 动机 与 新 开 发

的7 档 D S G 匹 配 。 所 谓 D S G 就是 双

干 式 离合器 式 的 自动手动 变速器 。

这 种代 替原 来 的D S G 湿 式离合 器 的

干 式 离合器 ， 主 要 考虑到 降低 成本

与降低 油耗 。 即使 湿 式 离合 器 处 于

分 离状 态 ， 也 会产 生 油 膜 引起 的拉

拖现 象 ， 是 造 成摩擦损 失的原 因 ，

但是 干 式 离合器 处于 分 离状 态不 瓮

产 生 拉 拖 现 象 。 但 是 在 扭 矩 方 面

干 式 离合器 低 于 湿 式离合器 。 就是

说 。 在 扭 矩 约 2 0 0 N m 范 围 内适 宜

于 采 用 干 式离合器 。

在原来 D S G 中 ， 两 套 湿 式 离台

器 配 置 于 同心 圆上 ， 但 在干 式离台

器 的D S G 中 ， 两 套干 式 离合器 进行

串联 配 置 。 离合器 的 串联配 置 占有

轴 向 一 定 空 间 ， 所 以必 须缩短 变逶

器 部 分 。 因此 在 主 传动 的上 方设 有

增Ji n X,0 变速 档 ， 形 成 四 轴构造 。

此 外 ， 采 用 干 式 离合器 ， 又 增

加 了 使 离 合 器 临 时 滑 动 的 控 制 砂

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；J1 r ， 】F。

● ．_1 习 汽 车 新 动 力 传 动 系 技 术

能 。 以补 偿 涡 轮 增 压 发 动 机 响 应

性 。 通 过 这种 控制 ， 可 以临 时提 高

发 动机 转速 ， 加速 涡轮增压 度 的上

升 。 在 以前 ， 人 们 称 赞 涡 轮 增压 发

动 机 配 合带 液 力 变矩 器 的 自动 变速

器 ， 正 是“

基 因巧 合”

。 这 是 因 为

液 力 变矩 器 特 有 的打 滑 功能 有 利于

减 少废气涡 轮 增压 滞后 现 象 。 就 是

说 ， 离合器 的打 滑 控制 与 液 力 变矩

器 的打滑具 有相 同效果 。

G T — R 的t r a n s a x l e 型 四 轮 驱 动

机 构

所 谓 t r a n s a x le 是 指和 变速器 制

成 一 体 的驱 动桥 ， 它在 日产 汽 车公

司 G T — R 车型 上 获 得 了应 用 。 这 种

自动手 动 变速 器 采 用 两 套 湿 式 离合

器 的6 档 自动手 动 变速器 。 6 档 自动

手 动 变速 器 则是 分 动器 与后 传 动形

成 一 体 化 并搭 载在 车 身后部 。 这 是

一 种世 界 上 首次 问世 的“

独 立 型”

变 速 器 与 驱 动 桥 一 体 化 的 四 轮 驱

动 。 其 开 发 目的是 试 图达 到前后 重

量 分配 约5 0 ： 5 0 的 比例 。 通 常情况

下 。 发动机 与 后 驱 动 为基础 的 四 轮

驱 动 是 在车 身前部 增加 分 动 器 与 前

差速 器 ， 所 以不 得 不 增加 前部重 量

大众 汽 车公 司 1 ． 4 L

4 缸 废 气 涡 轮 增 压

发 动 机 l 左 J 与 重

新 采 用 干 式 离 合

器 ， 实现 了7 档 变换 的 新 型 D S G 系

统 ， 预 计 不 久 将

来 在 高 尔 夫 等 车

型 上应 用

被称 为i — D T E C 的本 田 新型废 气涡轮增压 柴油机 。 由于 采用

压 电式喷油器 ， 喷油压 力达 到2 0 0 0 b a r l2 0 0 M P a ) ， 预 计在

2 0 0 9 年投放北 美市场

(f r o n t h e a v y )。 因 此 ， 使 变速器 与

分 动器 向车 身 后 部 移 动 。 但是 ， 在

四 轮 驱 动 中 ， 必 须 配 备从 分 动器 向

前轮传 递 驱 动 力 的第二 传动轴 ， 使

来 自发 动机 的 一 部 分动 力在前后 往

复变化 。

然 而 ， 在 前 置 发 动 机 一 后 驱 动

的 一 体 化驱 动桥 中 ， 发 动机 与 变速

器 通 过 扭 力管联 接 。 这 是 因 为 由发

动机 向变速 器 传递 的扭矩 的反 作 用

进 行 内力处理 的缘故 。 由发动机 引

起 的变速 器 驱 动 的反 作用 通 过 扭 力

管 回 复到发动 机 一 侧 ， 从 而 降低 车

身受 到 的反 作 用 。

但是 ， 独立 型 — 体化驱动桥中不

存在扭 力管 。 这 是 因 为 围有二 根传

动轴 的扭 力管成 为 大 直 径 时 ， 则 一

部 分 的发动机扭 矩 通 过 第二 传动 轴

回 复到 前轮 侧 的缘故 。 就是 说 ， 第

二 传动轴 虽 然是 局 部 的 ， 但是 仍担

当扭 力管 的作 用 。 尽 管如 此 ， 向后

轮侧传 递 的扭 矩 的反 作 用还 残 留 ，

因此在车身顶板上 增加×字 目型加强

部件 ， 以提高车身的扭转刚度。

日本推 出 的最新柴油 机

尽 管长 期 以来 ， 柴油 机 主 流 产

品 开 发 主 要 由 欧 洲 汽 车 公 司 为 主

导 ， 但 是 近 年来 日本许 多汽 车公 司

也 推 出 了各 种类型 的清洁柴油机 。

而 且 几 乎 大 多数机 型 均采 用 铝 合金

气缸体 。 在高压 缩 比 与燃烧气体 压

力高 的废 气涡 轮增压 柴油机上 要 采

用 铝 气缸体 比较 困难 ， 因此 采 用 了

降低压 缩 比 与特殊 的铸造工 艺 。

本 田 汽 车 公 司 的 i — D T E C 发

动 机 是 在 改 进 该 公 司 向 欧 洲 出

口 雅 阁 柴 油 车 等 搭 载 的 2 ． 2 L 四

缸 i — C T D i 发 动 机 的 基 础 上 开

发 的 。 改 进 方 面 包 括 ： 燃 烧 室

改 为 浅 盆 型 ， 喷 油 压 力 提 高 到

2 0 0 0 b a r (2 0 0 M P a ) ， 采 用 压 电式

喷 油 器 以 增 加 喷 油 次 数 ， 改 善 混

合 气 燃 烧 。 此 后 ， 改 变 了 进 、 排

气 管 的布 置 ， 与 原 来 的 i — C T D i机

型 的 布 置 相 反 ， 采 用 前 方 排 气 方

式 ， 并 把 柴 油 微 粒 捕 集 器 (D P F )直

接 布 置 在 发 动 机 下 方 ， 以 加 快 微

粒 排 放 物 (P M ) 的 燃 烧 处 理 。 通 过

采 用氧化催化转化器 与 D P F 、 N O x

催 化 转 化 器 匹 配 的 后 处 理 装 置 ，

以 满 足 美 国 联 邦 政 府 有 关 废 气 排

放 的法 规T ie r B in 5 。

i - D T E C 与 i — C T D i 的特 点 是 采

用 了称 为流 变铸造 (r h e o c a s t in g )的

成 型 工 艺 制造 的铝合金 气缸体 。 这

种 流 变 铸 造 工 艺 是 把 半凝 固 状 态

的 金 属 熔 液 以较 低 的压 力 浇铸 在

压 铸模 具 中的铸造 方 法 ， 由于 能够

使 用 油 泥 模(砂 型 芯 ) ， 从 而 使气缸

体 制 造 成 具 有 高 强 度 的 闭 式 构 造

f c lo s e d d e c k ) ， 以适 合高燃烧气体

压 力 。

马 自达 新 ～ 代 清洁柴油机 是 2 L

《汽 车 与 配 件》 新 能 源 汽 车 NEV (No 2 ) 2 0 0 8 — 2 6

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排 量 4 缸 废 气 涡 轮 增压 柴 油 机 。 这

种 发动机也 采 用 了铝 气缸体 与压 电

式 喷油 器 。 压 电式 喷油 器 喷油 压 力

达 到2 0 0 0 b a r (2 0 0 M P a ) ， 并高精度

控制燃油 喷雾 的细 微化 与 喷油 量 。

其 特点是 采用 两 级 涡 轮增压 器 ， 有

利于 提 高增压 压 力 ， 能 在 整个 转 速

范 围 内有效提 高发 动机 扭 矩 输 出 。

此 外 ， 通 过 两 级 废 气涡 轮增压 器 的

采 用 增 加 进 气 量 ， 并 与 废 气 再 循

环 (E G R )配 合 有利 于 降'

[I~ N O x 的生

成量 ， 另一 方面 又 采 用 了 稀 薄燃 烧

以降低燃 油耗 。

在 后 处理 装置 方 面 ， 采 用 了 新

型 催化剂 载体 型 的D P F 和 N O x 催化

转化器 相 配 合 的方 式 。

新 型 催化 转 化 剂载体 型 D P F 应

用 包 含 在 催 化 剂 粒 子 内 部 的 氧 使

微 粒 排 放 物 ( P M )燃 烧 ， 比 原 来 的

应 用 催化 剂粒子 表面 氧 的方式能够

提 高燃 烧 效率 。 由此 ， 缩短 了 D P F

重 新 有 效 进 行 清 净 处 理 的 时 间 ，

即“

D P F 的再 生 时 间”

， 有利 于 提

高发动机 的燃 油经 济性 。 究其原 因

是 ， 在 D P F 再 生 时 ， 为 了提 高排气

温 度需 要 进 行后 喷射 ， 但 这 样 会使

燃油 经 济 性下 降 ， 所 以必 须尽 可 能

缩短 D P F 的再 生 时 间 。

三 菱 汽 车 公 司 与 三 菱 重 工 共

同 开 发 的 1 ． 8 L 与 2 ． 2 L 的 4 缸 涡 轮

增 压 柴 油 机 都 采 用 了 开 式 构 造

(o p e n d e c k )的铝 合金 气 缸 体 ， 为

了 适 应 这 种 结 构 设 定 了 较 低 的 压

缩 比 。 由 于 低 压 缩 比 会 同 时 发 生

低 温 起 动 性 下 降 ， 为 了 克 服 这 一

缺 点 ， 采 用 了 陶 瓷 制 造 的 快 速 预

热 塞 装 置 。

在 喷 油 器 方 面 ， 1 ． 8 L 发 动机 采

用 了 电磁 阀式 喷油器 ， 但 在2 _2 L 的

发 动机 上 则 采 用 了 压 电式 喷油 器 ，

富 士 重 工 推 出 的

世 界 上 首 次 2 L 排

量 水 平 对 置 废 气

涡 轮 增 压 轿 车 用

柴油机

G T — R 驱 动机 构是 发动机前置 与 后驱 动作 为基 本布置 ， 配 备 双 离合器 自动手 动变速 器 ， 并采用 了 分 动

器 与主减 速 一 体化系统

三 菱展 出的 1 ． 8 (左 )12 ． 2 L 废气 涡轮增压 柴油机 ， 最 大 功率 与 扭 矩 分 别达 到 1 0 0 ／1 4 0 k W 与2 8 0 ，4 0 0 N m

2 0 0 8 — 2 6 (No 2 )NEV 新 能 源 汽 车 Ⅸ汽 车 与 配 件 ”

喷油 压 力高达 2 0 0 0 b a r (2 0 0 M P a )。

废 气 涡轮 增压 器 方 面 也 有所 不 同 ，

1 ． 8 L 发 动 机 上 采 用 了 可 变 几 何 形

状(V G ： V a r ia b le G e o m e f r y )涡轮增

压 器 ， 而 在 2 12 L 发 动机 上 则 采 用 了

V G ／V D (V a r i a b l e d e f f u s e r )。 所 谓

V G 是 属 于 涡 轮 侧 的可 变 装 置 ， 而

V D 则 是 指 在 压 气 机 一 侧 的可 变装

置 。 两 者 都是 根 据发 动机 的运 转 状

态 改 变进排 气 的通 道 面 积 的装置 ，

可 变几 何 形 状 涡 轮 增压 器 (V G T )已

经 成 为现 在 的废 气 涡 轮增压 柴油 机

的常用 装置 。

富士 重 工 (斯 巴 鲁 )的废 气 涡 轮

增压 柴 油机 作 为轿 车 用柴 油机 ， 是

世 界 上 首 次推 出 的水 平 对 置 式 发 动

机 。 在往 复式 柴油 机 上 活塞 或 连 杆

等 往 复运 动部 件 重 量 大 ， 而 在水 平

对 置 式 柴油机 上 使 往 复运 动 的惯 性

力互 相抵 消 ， 所 以有利 于 气缸 的配

置 ， 曲 轴 紧 密 处 于 左 右 气 缸 体 之

间 ， 所 以其 支承 刚度 高。

另 一 方 面 ， 进 、 排 气 系 统 布 置

在 气 缸 左 右 两 列 ， 所 以与涡 轮 增压

器 的连 接 管路 较 复 杂 。 但 由于 采取

了 涡轮 增压 器 与氧化 催化转 化器 、

柴 油 微 粒 捕 集 器 ( D P F ) 的 直 连 方

式 ， 直 接置 于 发 动机 下 方 。 因此 包

括 后 处 理 装 置 在 内的整个 发 动 机 具

有紧凑 性优 点 。 N E V

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