车辆领域前沿专题-福特Eco Boost发动机.doc

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1、福特EcoBoost发动机1未来发动机技术和燃料在1960年前，汽油（SI）发动机发展主要研究以利用提高的辛烷值（RON）对自然吸气式发动机设计和性能的影响。1960年后，除了用常规的RON，陆续使用缸内直喷（GDI）和其他技术提高了发动机效率和性能，汽油缸内直喷增压冷却使压缩比更高和压缩密度更大。近期，福特将在汽油和柴油发动机主要市场上采取积极战略以降低燃油消耗和减少CO2排放。短期内，在不损害客户利益的前提下，福特的EcoBoost技术提供了一个成本低效益高二氧化碳解决方案。EcoBoost在一台

2、发动机上同时采用缸内直喷和涡轮增压技术发动机性能和燃油经济性均有提高，二氧化碳排放降低，发动机排量和体积均减小。未来发动机技术在燃料高辛烷值下采用缸内直喷技术。增加的辛烷值可通过减少点火延迟和富集高负荷来提高当前发动机的效率而且能提高未来发动机的压缩比和效率。面对全球能源紧张的局势，使用新能源及可再生能源迫不及待。在美国和欧洲可再生能源的需求显著增加，欧盟要求成员国：到2020年运输部门所有能源的10%来自于可再生资源。可再生能源有乙醇，压缩天然气，液化天然气，二甲醚，生物柴油，氢能源等。使用可再生能

3、源在价格和环保方面更具优势，但是由于可再生能源后续服务尚未完善，市场受到气罐储气量、汽车价格和加气站数量的限制，这些能源的使用正处于起步阶段，新能源及可再生能源具有无限的潜力。2EcoBoost发动机2.1简介：EcoBoost（Economy）发动机是福特汽车新动力技术代表之一，在美国已经获得125项专利及专利应用。它是在传统汽油发动机的基础上，进一步添加了燃油缸内直喷、涡轮增压和双独立可变气门正时系统这三大关键技术优势，不仅保证了澎湃的动力输出，而且优化了燃油经济性高达20%，并降低15%的二氧化

4、碳排放。82.2缸内直喷技术：缸内直喷技术，是指将喷油嘴设置在进排气门之间，高压燃油直接注入燃烧室平顺高效地燃烧，缸内直喷所宣扬的是通过均匀燃烧和分层燃烧实现了高负荷、尤其是低负荷下的燃油消耗降低，动力还有很大提升的一种技术。GDI发动机采用分层混合气稀薄燃烧方式，由于稀燃比热容比提高以及加大节气门开度泵气损失降低，可以使部分负荷燃油经济性提高约30%。尽管福特EcoBoost发动机缸内直喷有很大的优势，但也面临着挑战：一、冷启动和热机阶段排放面临挑战；二、在整个转速和载荷范围内，燃料混合面临挑战；三

5、、由于高能能量密度，涡轮增压直喷压燃烧系统比自然进气发动机更容易产生敲缸现象；四、涡轮增压使得冷启动面临挑战（因为涡轮增压消耗了热量，而催化剂需要热量来激活）；五、高压使得气体混合更困难（密集的气流使得燃料喷雾偏离它设计的轨迹）稀燃无法使用三效催化剂，而稀燃催化剂开发的难度和成本又很高，会出现高NOx排放甚至碳烟排放的问题。针对缸内直喷发动机面临的挑战，天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室的牟江峰提出了复合喷射技术方案。该方案将在带预热的进气歧管稳压腔内设置一个辅助低压喷油器,并与缸内直喷高压主喷油器联

6、合作用.在启动和怠速工况下，仅由进气管稳压腔上的辅助喷油器供油,这样燃油不仅有充足的气化时间，而且有良好的加热条件,因而在启动工况下无需喷油加浓。在其他工况下，稳压腔上的辅助喷油器提供一部分具有理论空燃比的燃油，由于气化混合时间充足,所以该喷油器可以提供优质均质混合气,以保证火花塞远端不会发生熄火现象；缸内主喷油器提供的另一部分燃油在火花塞处形成了较浓的混合气，这利于火核形成传播，从而解决了GDI易出现的混合气局部过浓、过稀带来的排放问题。2.3涡轮增压：涡轮增压，是一种利用内燃机(InternalC

7、ombustionEngine)运作所产生的废气驱动空气压缩机(Air-compressor)的技术。涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩8。一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率，但是耗油量却比1.8发动机并不高多少，在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。增压之后也产生了一部分负面效应，发动机在工作时候的压力和温度都升高，发动机寿命会比同样排量没有

8、经过增压的发动机要短，而且机械性能、润滑性能都会受到影响，这样也在一定程度上限制了涡轮增压技术在发动机上的应用。图1废气涡轮增压能量流示意图涡轮增压系统的能量流如图1所示。发动机排出的具有很高温度与一定压力的废气流入涡轮机,在涡轮机中膨胀并推动其高速旋转,由此实现废气的余压、余热能向涡轮机动能的转化,最终转化成涡轮轴旋转的机械能.同时,旋转的涡轮轴带动同轴相连的压气机旋转并压缩进气,由此实现涡轮机机械能向进气压力能和热力学能的转化。然而,为了降低发动机的