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保时捷发现了另一个保持内燃机活力的秘密

导读 活塞泄漏通常是一件坏事,但保时捷找到了一种利用其动力的方法。CarBuzz发现了另一项新的保时捷发动机开发专利,向德国专利商标局提交的文...

活塞泄漏通常是一件坏事,但保时捷找到了一种利用其动力的方法。CarBuzz发现了另一项新的保时捷发动机开发专利,向德国专利商标局提交的文件表明,公认的内燃机故障(窜气)有利于提高效率。这个想法源于通过自启动发动机减轻重量和复杂性的愿望。

如您所知,赛车使用直接启动系统,其中气缸内的多个点火装置用于不断转动曲轴,直到发动机“启动”,或者用技术术语来说,“当内燃机的启动扭矩达到时”超过了发动机[并且]达到了内燃机的启动速度。”

这就是赛车点火时您听到的长而高音调的点火序列,并且由于重量和复杂性增加,他们不使用传统的起动机。但如果直接启动如此简单,为什么不在公路车辆上使用它呢?

这就是本专利讨论的内容以及如何解决它。这是本周我们第二次发现保时捷正在开发公路车发动机的赛车技术。

赛车的发动机会预热,以便点火过程尽可能顺利,但这是在维修站外部完成的。公路车没有时间这样做,对于混合动力车来说尤其如此,这是保时捷的重点。据我们所知,这家德国巨头正在研发混合动力911,并且正在探索所有选项,包括V4布局。

保时捷表示,如果您驾驶的是混合动力车,并且电量耗尽,那么您就无法等待发动机自行升温,并且您当然也不能等待在滑行时完成漫长的点火过程。停下来——尤其是在对燃油车征收拥堵费的城市。

当前的解决方案是电动启动电机,但这总是会在需要再次启动发动机时保留一些能量,这意味着您总是携带一些不必要的重量,而这些重量永远不会对混合动力系统的总功率做出贡献。同样,皮带驱动的起动机以与增压器相同的方式消耗发动机功率,尽管程度要小得多。任一选项都会增加重量并降低总可用功率。

保时捷认为,如果能够控制内燃机固有的窜气特性并管理每个气缸的压缩,就可以创造一个发动机几乎没有启动阻力的环境。窜气从未真正从发动机中逸出,后来被发现为发动机油残留物、碳氢化合物和氮氧化物。这些气体充满了通常被浪费的势能,并且当这些气体逸出时,它们也会减少压缩。这些气体中的绝大多数通过废气再循环过程进行再利用,在废气中燃烧掉,或在过滤器中捕获。

这些气体引起的压缩变化是关键,为了利用这一点,保时捷建议改变每个气缸的设计,以减少点火顺序中的惯性。然而,这需要其复杂的方法,因为曲轴每分钟旋转数千次,然后在发动机关闭时停在其停止的地方。当需要再次启动时,点火中的第一个气缸现在可能是最后一个,并且改变的气缸设计不一定是最佳对齐的。

一个更有吸引力的想法是每个活塞上有许多温度敏感密封件,这些密封件可以在预定温度下膨胀,并在气缸中进行一定次数的点火后缩小尺寸。这样,可以提高窜气率,从而最大限度地减少活塞和连杆与曲轴相互作用时的惯性。这也部分补偿了气缸中冷油的低粘度特性。

利用这一点,保时捷希望为点火序列中的第一个气缸提供一定的压缩,并使其在第二个气缸中更高,因为它具有第一个气缸产生的动能的好处,所以无论如何都需要更少的窜气。第三个气缸的压缩比第二个气缸小,但与第一个气缸相同或更高,同样是因为它现在受益于两个先前点燃的气缸的能量。这个循环一直持续到发动机启动,每个点火时刻都会变得更容易。

保时捷表示,窜气率之间的偏差不会低于5%或超过20%。那么,保时捷如何知道每个气缸的压缩程度以及压缩时间?这要归功于空气/燃料混合物的化学计量特性:因为这种混合物变化很小,所以很容易计算出在曲轴旋转的特定点上特定气缸中的密度。

当然,保时捷并不天真,它意识到以这种方式直接启动可能并不总是可行,例如在极冷的情况下。但对于相同的相对功率,起动电机(无论是集成的还是单独的电动机)可以做得更小、更轻、更便宜、更简单。除此之外,启动发动机会更容易,这意味着尽管机油在点火初期是浓稠的油泥,但对气缸壁和活塞环的损坏较小。

这项技术很快就能帮助911实现超高效率,同时减轻重量,从而有助于保持内燃机运转。

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