走向混合方式的发动机动力总成

1、走向混合方式的发动机动力总成走向混合方式的发动机动力总成 陈邦重（陈邦重（8 029 字）字）ENGINE POWER UNITS ON THE WAY TO HYBRIDIZATION择要：本文主要介绍了欧洲汽车公司近年来在开发新型汽车动力总成方面的技术成择要：本文主要介绍了欧洲汽车公司近年来在开发新型汽车动力总成方面的技术成就，并指出其发展的方向就是丰田等的混合动力方式。就，并指出其发展的方向就是丰田等的混合动力方式。ABSTRACT: IT MAINLY INTRODUCES THE TECHNICAL ACHIEVEMENTS OF DEVELOPING NEW-TYPE AUTOMO

2、BILE POWER UNITS BY EUROPEAN AUTO COMPANIES OF LATE YEARS AND POINT OUT THAT THE DIRECTION OF ITS DEVELOPMENT IS THE HYBRIDIZATION OF TOYOTA, ETC.关键词：发动机动力总成、混合动力方式、变速器、离合器关键词：发动机动力总成、混合动力方式、变速器、离合器KEY WORDS: ENGINE-POWER UNITS，HYBRIDIZATION，TRANSMISSIONS, CLUTCHES气体排放温室效应给世界各国政府施加了很大的压力，它迫使各个汽车公司必须

3、尽快开发出污染少，结构又不太复杂的新型发动机。在所有的尝试当中，混合动力方式因“走停”功能系统和自动变速器的诞生，已经显得最值得当前着重予以开发和应用。它是我们将来走向真正的绿色环保汽车如氢能源汽车的先导。1.发动机动力总成方面的合作创新为汽车提供最好的发动机和变速器，从来都是汽车制造厂商关注的焦点。但是，现在各国汽车公司并不满足于独家研发新型动力总成系统，而是热衷于搞联合开发，以节约经费和缩短产品开发时间。如法国 PSA 集团多年来并不满足于仅仅只是和雷诺一起生产 V6 发动机，它也向美国福特集团供应柴油机，甚至还热衷于为德国豪华车制造商宝马公司提供汽油机。在 X 型杰戈娃车发动机罩内的设备

4、也是法国的技术：带有最新共轨喷射技术和轻量化缸体的 24 气门 V6 2.7 L 发动机, 是 PSA 和福特在柴油机领域进行合作的第一个成果。从 2004 年开始，标致 407 也要用上这种发动机。又如意大利菲亚特和美国通用也共同开发了在菲亚特被称为 MULTIJET 的 1.3 L 共轨发动机。这种发动机既灵活又简单，它不仅在欧宝车型上派上了大用场，也服务于菲亚特集团。在联合开发中最引人注目的事件是，日产和福特计划签订协议引进丰田的混合动力发动机技术。这两家公司认准了混和动力技术应该是现在最值得大力发展的新型动力总成技术，否则就会在新一轮的市场竞争中处于不利的地位。大家都这么做，是因为世界

5、已经进入了一个“互动”合作的新时代，单独开发一个新发动机是既费钱又费时间。这些合作不仅仅只发生在发动机领域，也发生在变速器和其他动力传动机构的领域内。据有关方面非正式透露，日产正准备将它在 4 轮驱动技术方面的知识转让给雷诺，即是其中的一例。2.单干的本田及其 i-CTDI唯一的例外是本田，它决心单独干。这个日本名副其实的第 3 大汽车公司，决心不依赖任何外力开发其最新品牌的柴油发动机 i-CTDI。这对本田是一次真正的挑战，因为它无视欧洲厂家已经在柴油机上取得了重要成就的事实，甘冒失去市场份额的风险，而要在这一本来就竞争格外激烈的领域里一决雌雄。我们都知道，本田是 INDY 和 VTEC 发

6、动机（用在雅阁轿车上）的创造者，而且不久前还在日内瓦展示了它 300 hp V6发动机的 HSC 概念车。作为一个整车厂，本田公司其实还是一个卓有成效的发动机生产商，各种品牌的产品加在 一起，其年产量高达 1 700万辆；过去在 F1赛车方面也是赫赫有名。本田甚至在发动机开发上走得很远，它如同一段时间以前的雷诺一样，把航空技术引入了赛车制造领域。并且它还非常重视自己的发动机知识产权的价值，通过与整车匹配的精心设计，力图给用户以完美的印象。近来，本田也在发动机上装上“START（走）” 的按钮，接通“KEYLESS (无钥匙)”功能，以加强用户对其发动机运动特性的认同感。3.C02的威胁环境参数

7、达标的要求像一把达摩克利斯剑那样悬在人类社会的头上，对汽车企业构成了巨大的压力。要求在 2008 年以前达到 140 g/km 的 C02排放水平，2012 年达到 120 g/km 的水平的承诺，是很难实现的。对法国汽车公司来说，即使目前做得还不错，但要达到 2012 年的目标似乎简直就是不可能。据认为，温室效应的压力在 20052008 年期间最为明显。此外，石油资源也越来越宝贵。驾驶耗油太多的大排量汽车已经使人不安。在某些国家，包括美国在内，反对 44 越野轿车的群众组织已经出现。法国政府在公路上安装了自动雷达，监督和控制高速公路上的超速车辆，其中一个目的就是为了以牺牲汽车的高性能来达到

8、节油的目的。4.减少尺寸的竞赛除了少数几个公司如保时捷、法拉利、奔驰（其 612 马力的 SL65 AMG是当今世界上最强大的双人座敞蓬汽车，发动机为 6L 的 V12）、宝马和在较小程度上的大众（它在追求纯粹大马力方面一直调门很高）以外，世界其他的汽车公司都在致力于保持性能的同时，更进一步地减少发动机的排量。因此就出现了上文中介绍过的 PSA福特的 1.4 L HDI 共轨柴油机，菲亚特的 1.3 L MULTIJET 发动机。在某些公司的低端市场产品上，也类似地出现了 1.2 L 或 1.1 L 的汽油机。甚至保时捷也受此影响，迄今为止它一直以 8 缸发动机装备 CAYENNE，但今后要改

9、为 250 马力的 6 缸机。这也许是保时捷和大众共享平台，搞共同开发的一个结果。但不管怎么说，汽车公司都在重新发现小型轿车的魅力，特别是微型厢式车（单体宽敞型小汽车或加长型小汽车）的魅力，却是一个不争的事实。拥有小巧、简单而性能又好的小型发动机来装备各种车型，是汽车工业发达国家继续征服从拉丁美洲、东南亚到东欧新兴国家市场的法宝。5.直喷技术改造传统汽油机在汽油机领域，研究的目标指向了结构较为简单的发动机。我们可以著名的 TWINPORT 系统为例。TWINPORT 是欧宝装备在它的 1.6 L 发动机上的一个直喷供油系统，节油效果达到 6 。由于它具有一个废气再循环系统，因此就避免了发动机进

10、气时的泵气损失。两根连接到缸盖的供油管，其中一根部分地由节流阀盖板密封好，从而在进入到燃烧室的进气中产生一股强大的涡流运动。空气和燃料的混合气体更加谐和，其可燃成份最浓的部分被引向气缸的中部，正好在火花塞的下方。TWINPORT 在不影响输出的情况下，保留了发动机的全部动力，它的设计思路就是为着开发紧凑型车型。现在，大众和奥迪（FSI 1.6 L 和 2 L 发动机），以及阿尔发（JTS），PSA (HPI) 和三菱（GDI）也在采用汽油直喷技术。然而，只要欧洲汽车厂家不减少汽油中的含硫量，节油水平的进一步提高是有困难的。专家们认为，如能在 2010 年前用上自燃的 CAI 燃料，这一问题才有

11、可能最后找到一个解决的途径。6.柴油机技术继续进步欧洲，特别是法国，近几年来柴油机在汽车上使用的市场占有率几乎高达 60，这主要是因为柴油共轨技术的进步。柴油机在欧洲扩大使用的势头仍将继续保持下去，因为目前似乎还没有什么东西可以阻挡它的发展。迄今为止唯一的弱点有毒颗粒和黑烟问题，也已经可以看到消除的曙光。自从 1998 年以来，柴油车市场的领导者 PSA 集团已经生产了 500 万台 HDI 发动机。它是第一个采用颗粒过滤器（FAP）的厂家，已经在近百万辆的汽车上装备了该装置，维修里程从 80 000 上升到了120 000 千米。采用过滤器，免除维护和不加添加剂，这样的开发概念已被其他汽车公

12、司所接受，如奔驰、奥迪、宝马、欧宝、大众，甚至还推动了更加先进的类似技术系统的诞生，如日本丰田的 DCAT 系统，它采用的是带有颗粒过滤器的三元 NOx催化转换器。自从 2005 年大力推行欧 4，柴油含硫量从原来的 350 ppm 下降到 50 ppm 以后，欧洲已经明显地在逐步走向一个清洁柴油机的时代。按照要求，从 2009 年起，这一指标应能达到 10 ppm。当然，人们还在期待着新型柴油的出现，以便采用能够均质充气压燃的发动机（HCCI ENGINE：homogeneous charge compression ignition engine）,使节油水平再进一步地得到提高。7.多点喷

13、射和双级涡轮增压同时，驾驶人员将能够欣赏到新上市发动机技术进步的好处，它是由菲亚特通用开发的 MUTIJET 多点（3 到 5 点）喷射技术首先引发的，预示了柴油发动机的未来。而欧宝和 BMW 马上就会向市场上推出的双级涡轮增压发动机新产品，将是对柴油机的又一次革命性的技术改造。与传统的双涡轮增压机相反，新的双级涡轮增压机以顺序串连而不是并联的方式压缩气体。详细地讲，它先由小涡轮增压机在极低发动机转速下压缩混合气体，然后再由大涡轮增压机接过来在高速状态下供应发动机。结果导致在不增加能耗和排放的情况下，获得超出一般水平的动力输出。BMW 已经宣布它现在就可以开发出缸径为 535 d，输出功率为2

14、72 HP，最大扭矩为 530 Nm，从 0 到 100 km/h 的加速度时间为 6.6 s 此类发动机。日本在柴油机领域也已取得重大的技术进步。丰田通过其D4D一个在性能和舒适性方面达到很好妥协的技术，显示了它志在超越欧洲柴油机技术的雄心。它目前正在专攻 DPNR 技术和柴油混合动力车技术。另一家重要的日本汽车公司本田的决心更大，它采取果断措施，研制出了压力高达 1 600 巴的铝制缸体，噪声控制水平给人以极深的印象。其 2.2 L 140 hp i-CTDI （i 代表智能）能在几乎安静的状态下达到很好的工作性能，简直就是在对柴油机规律发起挑战。它的环保性能5.4 L/100km 和 1

15、43g (CO2/km)也是非凡的。本田打算将此发动机技术延伸到 CRV（配装一个不加添加剂的颗粒过滤器装置）车型，并计划不久也引用到微型箱式车型中，因为 i-CTDI 的动力范围正好处于110170 hp 之间。8.柴油机运动车一般人都不会相信可以将柴油机和体育运动车联系起来。标致在 205 车型年代就在 GTI 上投下巨资，如今又在投资 S16，毫不迟疑地向市场推出其 307 型 HDI 136 轿跑车。该车后部安排了一个鲜明的红色“i”字母图标，装备了 HDI 136 缸盖罩，向世人宣布了标致公司的新的技术标准。307 是高性能和舒适性的全新结合，其 136 hp 发动机（标致和福特联合

16、开发的 2 L HDI，并带有一个颗粒过滤器）配装了一个 6 档手动变速器。该车最高时速为 202 km, 1 000 m 静止起步时间为 32.4 s, 0100 km/h 加速度时间为 11 s。同时值得注意的是，标致还将它的 HDI 136 运动车技术延伸到了 307 SW 的车身上。宝马也打算将柴油机技术采用到运动车上，它不久就将在系列 1 车型上装用 122 hp 和 163 hp 这两款柴油机机型。此外，新开发的 146 hp 2.8 L HDI 将用于 PSA 的 JUMPER 和BOXER 这两款商用汽车，它的特点就是在低速时扭矩比较大。9.6 档变速器目前，欧洲车市轿车销售量

17、中的 85采用的几乎都是手动变速器。这些变速器通常为 5 档，但在新开发的车型中采用第 6 个挡位的逐渐多起来。加上这第 6 个挡位后，就能充分利用发动机的动力，变速器的变速比安排也会较为精细。在缩减第一挡位以改进启动时加速度的同时，第 6 挡位在较长距离的行驶中降低发动机的速度，减少燃油消耗达 45。速比变换较为容易，磨合精度得到提高。6 档手动变速器可以做得很紧凑，终身润滑，耗油很少，因此对厂家很有吸引力。此外，它的振动较少，噪声水平较低，世界变速箱制造厂领导者之一的德国 ZF, 计划将 6 档手动变速器用来匹配扭矩为 600 Nm 的发动机。ZF 的最新产品已经用于BMW （系列 3，系

18、列 5 和 Z4），保时捷（CAYENNE）和大众（TOUAREG）车型。但同时也应该注意的是，ZF 正在准备将这些变速器按自动模块化的思路进行重新设计，以便今后手动变速器逐渐向智能变速器的方向发展。因为尽管 6 档变速器已经成为了一种标准设备，基本上能满足运动型车、中型系列车（如 LAGURA、TOURAN）甚至还包括柴油车（C8 和 8097 HDI）日益增加的精确度和速度方面的要求，但它还必须向更高的层次发展。实际上，变速器制造厂家希望在取消离合器踏板，保留分离杆（操纵杆）的前提下，使变速器机器人化（即智能化）。10. 智能变速器智能变速器已经在世界市场上崭露头角，有一些不怎么规律的小小

19、进展。这其中有斯马特的 SOFTOUCH, 福特的 DURASHIFT, 雷诺的QUICKSHIFT 和阿尔法的著名的 SALESPEED。似乎雪铁龙取得了较为实质性的进展，它将其智能变速器 SENSODRIVE 装备到 C3, C3 PLURIEL, C2， (还有待定的 C4)上。雪铁龙志在整车市场占有率（20）不降低的同时，还要销售采用 SENSODRIVE 技术的发动机。另外，其 HDI 70 hp 也可以选装智能变速器。雪铁龙将自己的希望建立在提高动力性能（如在柴油机中减少齿轮比），舒适性和燃油经济性上（平均每 100 km 减少 0.4 L）。电子管理系统将 SENSODRIVE

20、分类为“舒适性”或“动力型”，以适用于不同的车型。值得注意的是，该自动变速器专门设计了电操作的分离杆，在方向盘下安装了叶片，并由“A”按钮实现转移到自动模式的切换。标致公司对此项技术寄与了厚望。该集团从 2005 年开始生产新型机械紧凑型动力驱动 6 速变速器（MCP），用于中型标致和雪铁龙的汽、柴油机车型。它在VALENCIENNES 工厂生产 MCP，每周的产量将达到 17 500 套。在日内瓦汽车展期间，兰西亚展示了装用 DFN 变速器的车型新技术。DFN将干片式摩擦离合器和带线操纵分离杆结合起来，并配备有警示灯源，使其有能力适应不同的驾驶风格，能预期在运动模式下换入低速档的操作。这种智

21、能化手动变速器让驾驶员驾车不费力，特别是在交通拥挤时可以应付自如。DFN 变速器既可用于 YPSOLON 1.4 L 16 V 汽油机，也可用于 1.3 L MULTIJET 柴油机。10. 两脚离合器迄今为止的自动变速器具有上述种种的优点，但在变速齿轮切换时的喀喀声和不顺畅的问题却还不能使厂家和用户满意。能够改善这一性能的新技术是两脚离合器。它由大众在其 DSG 智能变速器中开发采用，保证了齿轮的高效同步切换。当两脚离合器中的第一个离合器切换到第二个离合器时，连接到第 1 档的齿轮打开（此时第 3 档和第 5 档也打开），而连接到第 2 档的齿轮关闭（此时第 4 档和第 6 档也打开），从而

22、挂上了第 2 档。这意味着第 1 和第 3 档是“预选的”。变速器仍然处在啮合状态，因此齿轮之间的切换可在极短的时间内完成。此外，还为FORMULA 1 赛车类车型提供了“起动控制（LANCH CONTROL）” 机械装置。因此两脚离合器为将来智能变速器的开发提供了成功的保障。今后，变速器可在两脚液压油槽式离合器和两脚干式离合器之间进行选配，以达到同时降低成本和能耗的最终目的。为了让大家能对这种新型离合器变速器组合装置有一个更为感性的认识，有必要在下面简介一下它的换档操作方法：第一次踩下，抬起离合器踏板，换入空挡，同时应踩一下加速踏板，使发动机带动中间轴加速旋转；第二次踩下，抬起离合器踏板时，

23、即可换入所要求的挡位。这种方法主要用于高速档换低速档的场合。在低档换高档时，也要用上两脚离合器变速的方法。但两次踩离合器的中间，不踩加速踏板。此法主要在没有同步器的变速器换档时使用。12. 7 档自动变速器自动变速器已经使操纵变得很舒适、轻便。制动操作时，电子管理系统和模糊逻辑技术的采用，使得使用它的驾驶员能像 F1 赛车驾驶员那样方便地挂上低档。雷诺和 PSA 共同生产的自动变速器 (前者将其称为PROACTIVE, 后者将其称为 AUTO ACTIVE), 在各种工况下都可以方便地进行操作。现在高档车标准配置的 6 档自动变速器如“MY TRONIC 6” 不仅用于本特利的 CONTINE

24、NTAL 12 缸发动机，也用于大众的PHAETON，奥迪的 A8，以及宝马的系列 7 和 5。然而，我们不得不承认，除了某些品牌如奔驰之外，市场销售的结果还是不尽人意的。奔驰轿车车主倾向于使用自动变速器。其采用率：C 级车为 65，E 级车为88；而 S 级车的标准配置即为自动变速器。这些数据从一个侧面说明了位于德国斯图加特的这家公司最为擅长该技术。不仅如此，近来它还在向 7 档自动变速器进军，开发名为 7G-TRONIC 的新一代自动变速器。与 6 档自动变速器相比，7 档自动变速器每百公里可节油 0.6 L, 齿轮切换更为平滑。它能做到这一点，是因为其可变的切换管理规则使它可以从 7 档

25、切换到 5 档，利用较大的发动机制动功率，加速度特性也相应得到提高。7G-TRONIC 也有一个旁通离合器与液力变矩器结合在一起，形成 2 个倒档功能。根据车辆使用模式的不同（运动、舒适或冬季），这套机构可在汽车进行调头、倒车和转弯等操作时避免离合器发生打滑的现象。13. 无级变速器除了 7 档自动变速器，其他唯一的选择方案还不得不是 CVT（无级变速器）。CVT 不仅在城市轿车（如本田的 JAZZ，日产的 MICRA），也在微型箱式车（如福特的 FOCUS C-MAX）和普通轿车（如奥迪 A4 和A6）上获得了能够提高操纵舒适性的赞誉。它的齿轮切换完全避免了抖动性，连续平滑的变动提高了传动效

26、率。在大众集团，奥迪是唯一以MULTITRONIC 命名该技术的公司，为该项技术提供了品牌力量的支持。德国全球化的汽车工业向市场提供了全方位的选择：从手动变速器，智能变速器到自动变速器，涵盖汽油机和柴油机这两类机型。奔驰和宝马是这一领域的两个冠军角色。来自巴伐尼亚州的宝马甚至现在就在向市场销售带顺序控制和在最具运动特性车型（M3、系列 5 和系列 6）内提供一级方程式赛车风格转向盘控制技术的 SMG 变速器。14. 动力传动组合装置除了发动机变速器速度匹配问题以外，还必须考虑汽车的直线行驶性。从这一角度出发，日本三菱的 LANCER EVOLUTION 是一个颇令工程师们喜爱的车型。其动力装置

27、结构如下：它不仅有一个分级严密的 5档变速器（前 2 档齿轮 3 重自动同步，第 3 档 2 重自动同步），还有一个带有限止滑动差速器 （LSD），主动中央差速器（ACD），超级主动侧滑角摇摆控制器（超级 AYC）和运动型 ABS 的 AWC 4 轮驱动传动装置。这套装置有 3 个工作模式可供选择：“碎石路”、“砾石路”和“雪地路”。显然，采用了这种三菱技术组合装置的赛车有望问鼎拉力赛世界冠军。阿尔法 GT 也是采用了动力组合装置的一个好例子。动力传动系统组合体还可以结合巡行车速控制装置和汽车动态控制系统（VDC）等新技术，进一步提高整车的行驶性能和辅助制动性能。宝马在系列 1 车型中将动力装

28、置安装在后轮，就是要借助这些新技术获得良好的驾驶精度和敏捷性。雷诺也采取了断然的行动，在自己的轻型经济实用车辆中采用了类似的动力传动组合装置。15. 宝马的 XDRIVE在最近的创新成就当中，我们还必须提及保时捷的 CAYENNE, 因为它装有一个配装“保时捷驶离（DRIVE OFF）辅助系统”的 6 档手动变速器。该辅助系统使得汽车从山坡起步而不必顾忌刹车的问题。也应提及陆虎的 DISCOVERY 3, 其“地形反应系统”可按道路粗慥度（草地/砾石/雪地）和越野（泥地/车辙/沙地/多石路）进行悬架、发动机力矩、下坡附着力和电子滑移控制等的调整。宝马则更进一步。宝马已经为其 SUV 系列车型（

29、X5, 也可包括新 X3）开发了一种新型智能一体化动力传动系统。这个叫做 XDRIVE 的系统在 SUV 和前、后桥之间提供连续变化的分（解）转矩。该系统反应非常快，甚至在车轮丧失附着力的刹拉间之前，动力分配调节作用就已经先期介入。XDRIVE 可将最优化的力矩传递到每个车桥，特别是在高速弯道行驶时更是如此。该系统有效地限制了汽车的不足转向和过度转向。宝马公司专业人士认为，从道路行驶安全的角度出发，XDRIVE 比过去常用的一体化动力传动系统要优越的原因，就在于它反应的高度敏感性。此外，它还包含了动态稳定控制系统（DSC）和轮胎放气监视器。在越野性能方面，XDRIVE 以改进的稳定性和在松散地或滑路上惊人的运动性能予人以深刻印象。另外还值得一提的是，厂家为 X3 和 X5 也提供了坡道（下坡）行驶速度控制系统（HDC）。16. 轻混合动力方式在各路专家密切关注地球温室效应的今天，汽车先走上轻混合动力化的道路不失为明智之举。可以说，2004 年是欧洲汽车工业正式迈