汽車及其制造中的節(jié)能技術.ppt

專題 汽車及其制造中的節(jié)能技術,節(jié)能技術,1整車節(jié)能技術,2發(fā)動機節(jié)能技術 （動力源節(jié)能）,3制造過程中的節(jié)能技術,汽車傳動系與發(fā)動機匹配 自動變速器 超越離合器 制動能量的回收 減 小 汽 車 行 駛 阻 力,影響汽車發(fā)動機節(jié)能的因素 提高充量系數(shù)的技術 汽油機稀薄燃燒技術 廢氣渦輪增壓發(fā)動機 汽油機燃油噴射與點火系統(tǒng)電子控制 柴油機燃油噴射系統(tǒng)電子控制 發(fā)動機其他節(jié)能技術,1.整車制造企業(yè)節(jié)能技術,2.相關企業(yè)節(jié)能技術,(1)汽車鑄造業(yè)節(jié)能 (2)汽車零部件業(yè)節(jié)能,四大工藝節(jié)能 電氣節(jié)能 給排水節(jié)能 暖通與空調 動力節(jié)能,1汽車阻力特性節(jié)能 2車身造型設計節(jié)能 3車身結構輕量化節(jié)能 4輪胎方面,第一節(jié) 汽車傳動系與發(fā)動機匹配 一、傳動系匹配節(jié)能,傳動系的最小傳動比應保證汽車能在平直良好路面上克服滾動阻力和空氣阻力并以相應的最高車速行駛，而傳動系的最大傳動比應保證汽車能克服最大行駛阻力并具有適當大小的最低車速。 節(jié)能原理： 在汽車設計過程中，當發(fā)動機性能和汽車的常用行駛工況確定后，合理選擇傳動比，進行傳動系與發(fā)動機的匹配優(yōu)化，可使汽車的使用性能最大限度地發(fā)揮出來，從而改善燃油經(jīng)濟性。,AB線為發(fā)動機萬有特性的最佳燃油消耗曲線，R區(qū)為發(fā)動機的常用工作區(qū)，顯然R區(qū)距AB線越近，發(fā)動機燃料經(jīng)濟性越好。 如何在使用中節(jié)能：當車速一定時，發(fā)動機轉速可以在等功率線P上任一點工作。因此可以通過減小或，使發(fā)動機在較低轉速下工作，也即使發(fā)動機萬有特性上的工作點沿著該油門開度下的等功率從線由下向上、由右向左移動，實現(xiàn)節(jié)油。,發(fā)動機與傳動系匹配示意圖,二、傳動系參數(shù)的合理匹配 1合理選擇變速器參數(shù),汽車性能對于傳動比有以下主要要求： 最大傳動比（最低檔速比）應能保證實現(xiàn)給定的最大爬坡度和正常行駛中在最大爬坡度條件順利起步； 最小傳動比（最高檔速比）應能達到設計要求的最高車速； 應使汽車能順利而迅速地加速，具有較好的坡道行駛性能以及保證汽車在常用工況下的行駛經(jīng)濟性。同時，在最高檔與最低檔之間，應有適當數(shù)量的中間檔以及傳動比的合理分配。,變速器的傳動比范圍、檔位數(shù)以及速比間隔等參數(shù)與汽車的動力性、經(jīng)濟性有著密切的關系。 1）速比范圍與檔位數(shù),節(jié)能原理：最低檔速比與最高檔速比之比（即速比范圍）的擴大可以明顯地改善汽車的燃油經(jīng)濟性和動力性。 就動力性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動機發(fā)揮最大功率附近高功率的機會，提高了汽車的加速與爬坡能力。就燃油經(jīng)濟性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動機在低燃油消耗率區(qū)工作的可能性，降低了油耗。所以增加檔位數(shù)會改善汽車的動力性和燃油經(jīng)濟性。,2）速比間隔,檔位數(shù)多少影響到檔與檔之間的傳動比比值，即速比間隔。速比間隔過大，會造成換檔困難。一般認為速比間隔不宜大于1.71.8。變速器各檔速比確定一般有兩種方法，即等比級數(shù)分配或漸進式速比分配。 節(jié)能原理: 使發(fā)動機總在同一轉速范圍內工作，因而可以使用最少的油耗做最大的功用，起到節(jié)能的作用。 但實際上換檔不可能在瞬間完成，換檔必然帶來車速降低，由于空氣阻力影響高速區(qū)域換檔車速降低量遠大于低速區(qū)域。因此，較高檔間速比的比值應小于較低檔間速比比值，才能保持發(fā)動機工作的轉速范圍不變。現(xiàn)代轎車使用車速范圍大，多采用漸進式速比分配。,等比分配速比的特性場,漸進式速比分配的特性場,2合理選擇驅動橋的參數(shù),選擇驅動橋參數(shù)，主要就是確定主減速器傳動比。 通過，燃油經(jīng)濟性加速時間曲線表明，值較大時，加速時間較短但燃油燃油消耗量增加；值較小時，加速時間延長但燃油經(jīng)濟性改善。為了節(jié)能，選定26作為主減速器傳動比，此時還能兼顧汽車的燃油經(jīng)濟性與動力性。,燃油經(jīng)濟性-加速時間曲線,3變速器與主減速器傳動比的匹配節(jié)能 -節(jié)能原理同上,裝用不同變速器時的燃油經(jīng)濟性-加速時間曲線,第二節(jié) 自動變速器,一、自動變速器概述 (案例：通用采用的Hydra-Matic自動變速器 凱迪拉克 STS-V的最新Hydra-Matic六速自動變速器6L80，是世界上最先進的液力自動變速器(AT)了 ),節(jié)能原理：通過實現(xiàn)傳動比隨著發(fā)動機工作情況而連續(xù)改變，從而得到傳動系與發(fā)動機工況的最佳匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟性和動力性。起到節(jié)能效果。,以下詳細介紹各種變速器,自動變速器,液力自動變速器(AT),機械無級變速器(CVT),電控機械式自動變速器(AMT),通過實現(xiàn)傳動比連續(xù)改變，從而得到傳動系與發(fā)動機工況的最佳匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟性和動力性。起到節(jié)能效果。同時，可減緩了汽車變速過程中的換檔沖擊。,消除了離合器操作和頻繁換檔，駕駛操作簡便省力。能緩和沖擊，使檔位變換不但快而且平穩(wěn)，提高了汽車的乘坐舒適性。但效率較低。,由于原有的機械傳動結構基本不變，所以齒轉傳動固有的傳動效率高、機構緊湊、工作可靠,由于液力傳動存在著液力損失，與機械傳動相比其效率較低，最高效率也只有0.850.9，因而在正常行駛時油耗較高，經(jīng)濟性差。但通過與發(fā)動機的匹配優(yōu)化、采用綜合式液力變矩器、鎖止式液力變矩器、增加檔位數(shù)等措施，可使液力自動變速器接近機械變速器的效率水平。,二、綜合式液力變矩器,綜合式液力變矩器和普通液力變矩器的結構基本相同，仍由泵輪、渦輪和導輪組成。不同之處在于它的導輪不是完全固定不動的，而是通過單向離合器支承在固定于變速器殼體的導輪固定套上。單向離合器對導輪有單向鎖止作用，使導輪只能朝順時針方向旋轉(從發(fā)動機前面看)，但不能朝逆時針方向旋轉。,導輪工作過程示意圖,液力變矩器效率特性曲線 與液力偶合器效率特性曲線 相交，此時變矩系數(shù)K=1。在傳動比 （變矩系數(shù)K=1時的傳動比）范圍內，變矩器的效率高于偶合器，當 ，變矩器效率迅速下降，而偶合器的效率卻繼續(xù)增高。綜合式液力變矩器即在低速時按變矩器特性工作，而當傳動比達到 時，轉為按偶合器特性工作，從而擴大了高效率的范圍，其效率特性曲線如圖上實線所示。,綜合式液力變矩器特性,三、鎖止式液力變矩器（案例：帕薩特B5 ）,鎖止式液力變矩器是在液力變矩器的泵輪與渦輪之間安裝的一個可控制的鎖止離合器。當汽車的行駛工況達到設定目標時，鎖止離合器自動將泵輪與渦輪鎖成一體液力變矩器隨之變?yōu)閯傂詸C械傳動，從而提高了傳動效率。 1液力變矩器的鎖止方式 目前，液力變矩器的鎖止方式主要有液壓鎖止、離心鎖止、粘性鎖止等方式，其中，液壓鎖止為主要的鎖止方式。,鎖止離合器工作原理示意圖 1-鎖止離合器壓盤；2-渦輪；3-變矩器殼；4-導輪；5-泵輪；6-變矩器輸出軸；A-變矩器出油道；B、C-鎖止離合器控制油道,2液力變矩器的鎖止控制,鎖止控制實質上就是確定在何點進行液力檔與機械檔之間的轉換，即確定最佳鎖止點。鎖止點的選擇應根據(jù)實際情況來決定，有在偶合器工況點，也有在對應最高效率點，或者設在它們中間。 為了實現(xiàn)所要求的鎖止控制，一般可采用單參數(shù)控制和和雙參數(shù)控制兩種方案。單參數(shù)控制包括以渦輪轉速、車速和檔位為參數(shù)進行控制。雙參數(shù)控制，包括以泵輪和渦輪轉速為參數(shù)的控制方式、渦輪轉速和節(jié)氣門開度為參數(shù)的控制方式以及車速和節(jié)氣門為參數(shù)的控制方式。,3液力變矩器的滑差控制 通過調節(jié)驅動離合器動作的油壓，可以實現(xiàn)鎖止離合器的完全分離、完全鎖止和各種鎖止程度的滑差控制。由于存在離合器的滑轉，一部分動力經(jīng)液力傳遞，另一部分經(jīng)鎖止離合器機械傳遞，不僅能提高傳動效率，減小了振動與沖擊，并且低速時可以避免緊急制動造成的發(fā)動機熄火。 液力變矩器滑差控制的控制策略如下：,在低發(fā)動機轉速下，完全不考慮鎖止，以隔離發(fā)動機低速時較大的轉矩波動向變速器傳遞。 在發(fā)動機中高轉速小負荷時，轉矩波動較小，這時液力變矩器完全鎖止，以提高傳動效率。 在發(fā)動機中高轉速大負荷時，轉矩波動較大，保持鎖止離合器一定的滑轉。,四、機械無級變速器（CVT）,無級變速，可使發(fā)動機經(jīng)常處在最有效的工作點下運轉。,多檔變速器與無級變速器的區(qū)別,1無級變速器的特點,經(jīng)濟性好：無級變速器可以在相當寬的范圍內實現(xiàn)無級變速，從而獲得傳動系與發(fā)動機工況的最佳匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟性。 動力性好 ：由于無級變速器的無級變速特性，能夠獲得后備功率最大的傳動比，所以無級變速器的動力性能明顯優(yōu)于機械變速器和液力自動變速器。 排放低：無級變速器的速比工作范圍寬，能夠使發(fā)動機以最佳工況工作，從而改善了燃燒過程，降低了廢氣的排放量。 成本較液力自動變速器低 ：無級變速器結構簡單，零部件數(shù)目比液力自動變速器少。,2機械無級變速器的結構及工作原理,金屬帶式無級變速器 結構示意圖 1發(fā)動機飛輪；2離合器；3主動工作輪液壓控制缸；4主動工作輪可動部分； 4(a)主動工作輪固定部分；5液壓泵；6從動輪液壓控制缸；7從動工作輪可動部分； 7(a)從動工作輪固定部分；8中間減速器；9主減速器與差速器；10金屬帶,金屬帶無級變速器的工作原理,牽引環(huán)式的無級變速器主要由輸入盤、輸出盤及傳動滾輪三個主要元件構成。輸入盤和輸出盤是同軸線的，分別連接變速器的輸入端和輸出端，通過傳動滾輪與輸入盤和輸出盤之間的接觸（其間存在油膜）來傳遞動力。改變傳動滾輪轉動軸線與輸入、輸出盤轉動軸線間的夾角，就可以分別改變傳動滾輪與輸入盤和輸出盤接觸的作用半徑，從而改變其傳動比。,牽引環(huán)式無級變速器,3機械無級變速器的應用,1）CVT與液力偶合器組成無級變速傳動,CVT與液力偶合器組成的 無級變速傳動 1發(fā)動機；2液力偶合器；3固定工作輪；4、9可動工作輪；5、10伺服缸；6行星齒輪變速機構；7速度傳感器；8傳動帶；11主減速器,2）CVT與電磁離合器組成無級傳動,3）雙狀態(tài)無級傳動,雙狀態(tài)無級變速傳動示意圖 1發(fā)動機；2扭轉減振器；3變矩器；4轉換離合器；5工作輪；6、9內、外側萬向節(jié)；7單向輪；8差速器；10傳動鏈 R倒檔離合器 F前進檔離合器,第三節(jié) 超越離合器（案例：錢江125摩托車 ）,變換速度：在運動鏈不脫開的情況下，可以使從動件獲得快慢兩種速度。 防止逆轉 ：單向超越離合器在一個轉動方向傳遞轉矩，而在相反方向轉矩作用下則空轉（如綜合式液力變矩器中用于鎖止或解除鎖止導輪的單向離合器）。 間歇運動 ：通過雙向超越離臺器和單向超越離合器的適當組合，可以實現(xiàn)從動部分作某種規(guī)律的間歇運動。,超越離臺器是一種靠主、從動部分的相對運動速度變化或回轉方向的變換能自動接合或脫開的離合器。超越離合器的用途主要有三個：,一、超越離合器節(jié)能原理 汽車以一定車速行駛，當解除了發(fā)動機的驅動后，汽車在慣性作用下繼續(xù)行駛，稱為滑行。合理的利用汽車滑行時，發(fā)動機怠速運轉或不運轉，只需消耗少量燃油或不耗油。因此，滑行是有效的節(jié)油操作方法，得到了廣泛的應用。 滑行主要有兩種：一種是經(jīng)常性加速滑行；另一種是非經(jīng)常性的加速滑行。 汽車滑行時的操作有不熄火滑行、熄火滑行和踩離合器滑行三種。 在汽車傳動裝置中應用超越離合器，不僅能夠實現(xiàn)滑行節(jié)能的目的，而且可以減少換檔操作，降低駕駛員的勞動強度。,二、超越離合器的結構及工作原理 單向超越離合器有多種型式，常用的有滾柱式和楔塊式兩種。 1滾柱式超越離合器,滾柱式超越離合器結構示意圖 a）開始嚙合 b）脫離嚙合 c）楔形槽開在外座圈上的滾柱式超越離合器 1棘輪；2外套；3滾柱保持架；4滾柱；5柱塞；6柱塞彈簧,2楔塊式超越離合器,楔塊式超越離合器結構示意圖 1外環(huán)；2內環(huán)；3楔塊,三、超越離合器的應用 1超越離合器裝在變速器中,2超越離合器裝在驅動橋末端,超越滑行半軸離合器結構示意圖 1前進棘爪；2倒車棘爪；3半軸；4殼體；5軸承；6調速銷；7端蓋；8調速齒輪；9齒扇；10調整墊片,3應用超越離合器的特點,操作簡便：裝用超越離合器后，完成一次滑行，駕駛員只須松、踏加速踏板兩個動作，大大減輕了駕駛員的疲勞。 節(jié)省燃料：應用超越離合器后，一腳踩加速踏板即可上檔加速，免去了空踩加速踏板。由于操作簡便可把車速控制在經(jīng)濟車速范圍內，也可頻繁滑行節(jié)油。 保證安全：使駕駛員減少動作，比較輕松地處理各種復雜情況，從而有利于安全行車。 減少機件磨損：可減少滑動摩擦 與沖擊磨損。,第四節(jié) 制動能量的回收,制動能量回收的含義：是指汽車減速或制動時，將其中一部分機械能(動能)轉化為其他形式的能量進行回收，并加以再利用的技術。 節(jié)能原理：回收制動能量能提高汽車能源利用率、減少燃料消耗，減輕制動器的熱負荷，減少磨損，提高汽車行駛安全性和使用經(jīng)濟性。 原理:先將汽車制動或減速時的一部分機械能（動能）經(jīng)再生系統(tǒng)轉換（或轉移）為其他形式的能量（旋轉動能、液壓能、化學能等），并儲存在儲能器中，同時產(chǎn)生一定的負荷阻力使汽車減速制動；當汽車再次起動或加速時，再生系統(tǒng)又將儲存在儲能器中的能量再轉換為汽車行駛所需的動能（驅動力）。,一、制動能量回收方法 根據(jù)不同的儲能機理，汽車制動能量回收的方法有飛輪儲能、液壓儲能和電化學儲能。 1飛輪儲能 飛輪儲能是利用高速旋轉的飛輪來存儲和釋放能量。 工作原理：當車輛制動或減速時，先將車輛在制動或減速過程中的動能轉換為飛輪高速旋轉的動能；當車輛再次起動或加速時，高速旋轉的飛輪又將存儲的動能通過傳動裝置轉化為車輛行駛的驅動力。,圖4-20飛輪儲能式制動能量回收 系統(tǒng)原理圖,飛輪儲能式制動能量回收系統(tǒng)示意圖,2液壓儲能 工作原理：先將車輛在制動或減速過程中的動能轉換成液壓能，并將液壓能儲藏在液壓蓄能器中；當車輛再次起動或加速時，儲能系統(tǒng)又將蓄能器中的液壓能以機械能的形式反作用于車輛，以增加車輛的驅動力。,液壓儲能式制動 能量回收系統(tǒng)原理圖,液壓儲能式制動能量回收 系統(tǒng)示意圖,3電化學儲能 工作原理：首先將車輛在制動或減速過程中的動能，通過發(fā)電機轉化為電能并以化學能的形式存儲在儲能器中；當車輛需要起動或加速時，再將存儲器中的化學能通過電動機轉化為車輛行駛的動能。儲能器可采用蓄電池或超級電容，由發(fā)電機/電動機實現(xiàn)機械能和電能之間的轉化。系統(tǒng)還包括一個控制單元(ECU )，用來控制蓄電池或超級電容的充放電狀態(tài)，并保證蓄電池的剩余電量在規(guī)定的范圍內。,電化學儲能式制動能量回收 系統(tǒng)原理圖,電化學儲能式制動能量回收系統(tǒng)示意圖,4各種能量存儲方法的比較,飛輪儲能,液壓儲能,電化學儲能,簡單易行、造價較低、但重量和體積大，儲能時效性差，適用起功、制動頻繁的大型汽車。,零件少，成本較低，工作可靠性高，體積小、安裝布置方便，允許發(fā)動機的速度和轉矩與路面載荷相互分離，能夠長期地有效儲存能量，適用于各種類型的大小汽車 。,結構簡單，操作方便，可靠性好，制動能量回收利用效率高 ，制約其應用的技術瓶頸仍是高性能、低成本的電化學儲能器。,二、制動能量回收系統(tǒng),1制動能量回收系統(tǒng)的類型 制動能量回收系統(tǒng)的構成因采用蓄能方法不同而有很大差異，常見的為：由發(fā)電機、電動機、蓄電池構成的電能式；由飛輪、無級變速器（CVT）構成的動能式；由液壓泵液壓馬達，蓄能器構成的液壓式三種。 1）電能式 缺點：必須攜帶大量用于蓄存回收能量的重型蓄電池。 2）動能式（飛輪式） 采用飛輪蓄能需要無級變速器（CVT）與之配合。由于機械式CVT沒有達到普及的程度，故一般以電氣或液壓流體作為換能介質。 3）液壓式 與飛輪式相比，盡管它能量密度較小，但其控制簡單、制造容易；而與電能式相比，則其功率質量比較大，對于大型車輛目前已接近實用化水平。,2城市客車制動能量回收系統(tǒng),客車制動能量回收系統(tǒng)示意圖,客車在不同運行狀態(tài)時，其能量回收系統(tǒng)相應的工作情況分別為：,起動階段：駕駛員進行起動操作時，開關閥打開。壓力油從蓄能器中輸出，驅動液壓馬達。即使發(fā)動機節(jié)氣門開度很小，也可使車輛平穩(wěn)起動。 加速階段：液壓馬達工作，對發(fā)動機的輸出轉矩起助力作用。即車輛加速時的能源不僅來自發(fā)動機，而且來自液壓馬達。 正常運行階段：此時僅由發(fā)動機提供車輛驅動力源。 制動階段：在駕駛員踩下制動踏板的同時，液壓泵開始工作，將輸出的壓力油送入蓄能器，從而將車輛制動時的動能輸出轉化為油液壓力能的形式蓄存起來。,三、電動汽車制動能量回收與利用,1現(xiàn)有的制動能量回收裝置 1）無獨立發(fā)電機的能量回收裝置,1、2前軸制動電機；3后計量閥；4后旁通閥；5前軸電控模塊；6后軸電控模塊；7液壓閥；8、9后軸驅動電機；10EBC閥；11制動主缸；12制動踏板；13制動開關；14壓力傳感器；15前旁通閥；16、前計量閥,全輪驅動能量回收制動系統(tǒng),節(jié)能原理：電動汽車回收的制動能量轉化為蓄電池儲存的電能。但是該儲能方式存在功率密度低，充放電頻率小，不能迅速轉化所吸收的大量能量的缺點，而車輛在制動或起動時，需要迅速得到或釋放大量能量，這使儲能蓄電池的應用受到很大限制。,2）有獨立發(fā)電機的能量回收裝置,帶發(fā)電機的能量回收裝置 1驅動輪；2驅動軸；3變速器和差速器；4驅動電機；5、13支架；6發(fā)電機；7、11傳動軸；8前橋；9轉向桿；10、14車架；12支架橫梁,2電動汽車制動能量回收需要解決的問題,電動汽車制動期間所產(chǎn)生的電流很容易達到較高的值，在約幾百A的范圍內，這比蓄電池所能吸收的充電電流大得多，這會損害蓄電池并大大減少其預期壽命。 此外，當蓄電池接近其最大充電量時，電制動期間所產(chǎn)生的電能就會使蓄電池過度充電，這會導致蓄電池電極上的電壓將大致等于充電電路所輸送的電壓，或者換句話說，導致限制或抑制電流在蓄電池中循環(huán)，大大降低甚至消失電制動效果。,減小汽車行駛阻力,1汽車阻力特性節(jié)能,節(jié)能原理：汽車在行駛過程中消耗了大量的功率用于克服汽車行駛阻力做功，而隨著車速的增加行駛阻力也會急劇增加，因此本節(jié)主要從降低行駛阻力的角度，增加了功率的利用率從而達到節(jié)能。,一.汽車阻力特性,空氣阻力所消耗的功率與車速的三次方成正比，在車速高的時候，空氣阻力將是主要的阻力。 空氣阻力: Fw=CDAva2/21.15,行駛阻力與車速的關系,降低空氣阻力系數(shù)CD的措施,改善轎車前端形狀 改善后窗傾角和車頂拱度 正確選擇離地間隙 放置擾流板 優(yōu)化發(fā)動機艙內流場,1）改善轎車前端形狀。,改善轎車前端形狀,改善轎車前窗傾角、圓弧轉角,2）改善后窗傾角和車頂拱度,改善后窗傾角,改善車頂拱度,3）正確選擇離地間隙,離地間隙e對CD以及升力系數(shù)CL的影響,4）放置擾流板,車尾部擾流板對CD的影響,后視鏡對CD的影響,5）優(yōu)化發(fā)動機艙內流場,轎車在停車狀態(tài)下冷卻風扇運轉時前部的空氣流場,轎車在高速行駛狀態(tài)下前部的空氣流場,冷卻氣流流過發(fā)動機艙各部位的示意圖,不同形式氣流流過冷卻系統(tǒng)后對汽車風阻系數(shù)的影響,冷卻氣流流經(jīng)冷卻系統(tǒng)的壓力損失有:,冷卻空氣經(jīng)過進氣格柵的壓力損失為PG； 流向散熱器過程中沿程摩擦阻力和渦流而造成的壓力損失為PE； 流過散熱器壓力損失為PK； 流經(jīng)風扇的壓力升高PV。,結論： 完善冷卻系統(tǒng)氣流的進出口，合理組織冷卻空氣氣流可以減少壓力損失和氣流的逆流現(xiàn)象，可以減少汽車行駛阻力達到降耗的目的。,馬車狀汽車,廂型車,船型,“甲殼蟲”型,魚型,楔型,子彈頭型,二、車身造型設計的發(fā)展趨勢,車身造型進一步強調空氣動力化。 發(fā)動機的布置形式。 設置前、后擾流板等氣動力學附加裝置，改善氣流的流動狀況。 車身乘員艙仍要處于前后輪之間，地板要盡量降低，以獲得較大的室內空間及開闊的視野，保證乘員的舒適性和安全性。 優(yōu)化車身細部外形，以減少車身表面的凹凸面和突起物。,目前世界上較為普遍的改善汽車造型的空氣動力性能方法主要有：,三 車身結構輕量化 （一）車身輕量化技術概述,普通汽車自重質量每減輕100kg，可節(jié)油0.20.3L/100km，而轎車的質量每減輕100kg，可節(jié)油0.40.3L/100km； 另外根據(jù)大量研究表明，當整車質量減輕10%時： 汽車的燃油經(jīng)濟性可提高3.8%， 加速時間減少8%， CO排放量減少4.5%， 制動距離減少5%， 輪胎壽命提高7%， 轉向力減小6%。 車身是整個汽車零部件的載體，其重量約占整車的40%60%。因此實現(xiàn)汽車車身輕量化是改善汽車經(jīng)濟性的有效方法。,輕量化技術節(jié)能原理：通過使用輕量化技術，可以在具有原有強度剛度的條件下，使得汽車整車質量得到降低，從而一方面降低了運輸相同貨物所需要的油耗，另一方面可以降低了行駛阻力,汽車輕量化技術： 汽車結構的合理設計 可以采用前輪驅動、高剛性結構、超輕懸架結構、部件薄壁化、中空化，小型化及復合化等來達到輕量化的目的。 輕量化材料的使用 可以通過材料替代或采用新材料來達到汽車輕量化的目的。目前主要是采用高強度鋼材、鋁鎂合金，工程塑料和各種復合材料進行汽車輕量化設計。,（二 ）車身結構輕量化的途徑 1 車身結構輕量化設計 （1）變截面薄板及其在車身制造中的應用,用于車身制造的變截面薄板分為兩種，一種是激光拼焊板（Tailor Welded Blanks，TWB），另一種是通過柔性軋制生產(chǎn)工藝得到的連續(xù)變截面板（Tailor Rolling Blanks，TRB）。 TWB是根據(jù)車身設計的強度和剛度要求，采用激光焊接技術把不同厚度、不同表面鍍層甚至不同原材料的金屬薄板焊接在一起，然后再進行沖壓。TWB可以根據(jù)需要任意進行拼接，因而具有極大的靈活性，提高加工效率，節(jié)省加工能源。 TRB通過一種新的軋制工藝柔性軋制技術，獲得的連續(xù)變截面薄板。 TRB連續(xù)變化的截面提供了有利于后續(xù)成型加工的可能性。,（2）TWB與TRB的比較,（3）TRB應用中尚需解決的問題,車身覆蓋件壓模具的設計 對于變截面薄板來說，原來基于等厚度板材所建立的力學本征模型、數(shù)值仿真模型及三維幾何模型都不再完全適用了。需要花大力氣重建這些模型，針對變截面薄板的具體變化特征來重新設計車身覆蓋件沖壓模具。 變截面薄板在沖壓過程中的變形和材料流動性 變截面薄板的引入使車身覆蓋件的沖壓成型過程變得更為復雜，在同樣的壓邊力和拉伸力條件下，板料各部位的變形不均勻，覆蓋件的成型更難以控制。 板料回彈問題： 對于TRB來說，由于其本身結構的特殊性，即沿軋制方向連續(xù)變化的截面形狀及由此引出的材料機械性能的非均一化，將會使工件回彈問題變得更為復雜。,2 車身結構輕量化材料的選擇,使用密度小、強度高的輕質材料，像鋁鎂輕合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等； 使用同密度、同彈性模量而且工藝性能好的截面厚度較薄的高強度鋼； 使用基于新材料加工技術的輕量化結構用材，如連續(xù)擠壓變截面型材、金屬基復合材料板、激光焊接板材等。,（三）、車身結構輕量化的發(fā)展趨勢 1 我國汽車輕量化技術發(fā)展面臨的主要問題,需要運用多學科交叉融合所形成的綜合性、系統(tǒng)性知識體系； 必須要由國家級的研究機構對其關鍵、重大問題進行戰(zhàn)略性和前瞻性的超前部署，而目前此類機構尚未建立； 產(chǎn)、學、研結合不夠緊密，基礎研究和技術開發(fā)研究的有機銜接不夠。,2 我國汽車輕量化技術研發(fā)重點,汽車輕量化技術發(fā)展戰(zhàn)略研究 汽車輕量化結構優(yōu)化設計研究 汽車輕量化材料沖壓理論與工藝技術研究 汽車輕量化激光加工技術與裝備研究,3 汽車輕量化先進材料開發(fā)研究,高強度鋼板 ； 鋁合金； 鎂合金； 泡沫合金板； 蜂窩夾芯復合板； 工程塑料； 高強度纖維復合材料。,四 輪胎的選用,主要作用：支承全車的重量；將汽車的牽引力傳遞給路面；與汽車懸架共同衰減緩和汽車行駛時的振蕩和沖擊，并支持汽車的側向穩(wěn)定性，保證車輪與路面有良好的附著性能。 汽車行駛時的滾動阻力與輪胎的類型、結構、材料和氣壓等因素有著密切的關系。 節(jié)能原理：在汽車使用過程中，正確選用輪胎，不僅可以降低輪胎在使用成本中所占的比例，還可減少汽車行駛時的阻力，從而減少汽車燃油的消耗，達到節(jié)能的目的。,（一）輪胎對汽車節(jié)能的影響 1、輪胎的結構和材料,輪胎的彈性遲滯損失是車輪在硬路面上滾動產(chǎn)生滾動阻力的主要原因。彈性遲滯損失越大，汽車消耗了越多的能量，越不節(jié)能。 車輪滾動時，輪胎變形的能量損失主要消耗于橡膠、簾布等材料的內部摩擦損失以及輪胎各組成件之間的機械摩擦損失，即內胎與外胎、輪胎與輪轂、橡膠與簾布層等之間的機械摩擦損失。可以通過降低以上摩擦損失來節(jié)能。 因此輪胎的結構和材料對于滾動阻力系數(shù)f值有著較大的影響，進而影響汽車的燃油經(jīng)濟性。,2、輪胎的花紋選擇,輪胎花紋對于汽車的燃油經(jīng)濟性有著重要的影響。 良好的輪胎花紋應該具有： 最大的耐磨性， 良好附著性， 抗汽車直滑和側滑性， 行駛無噪音 良好的由外胎向外導熱性， 自潔泥雪性.,3、輪胎的氣壓,輪胎氣壓過低時，變形量增大，滾動阻力增加，汽車行駛中功率消耗增大，導致燃油消耗量增多。 當輪胎充氣壓力過高時，同樣會由于輪胎彈性降低失去減振性能，一方面影響汽車行駛的平順性，另一方面由于振動，底盤零件的磨損加劇，汽車垂直位移增加而消耗能量，使燃油消耗量也增加。,圖7-5 輪胎氣壓與油耗的關系,（二）輪胎的合理選用原則,輪胎類型的選擇 輪胎類型主要依據(jù)汽車類型和行駛條件來選擇。優(yōu)先選擇子午線輪胎。貨車普遍采用高強度尼龍簾布輪胎；越野車選用胎面寬、宜徑較大的超低壓胎，轎車易采用宜徑較小的寬輪輞低壓胎。 輪胎花紋的選擇 輪胎花紋主要依據(jù)道路條件、行車速度、道路遠近來進行選擇。高速行駛汽車不宜采用加深花紋和橫向花紋的輪胎。低速行駛汽車應采用加深花紋或超深花紋的輪胎。 輪胎尺寸和氣壓的選擇 輪胎尺寸和氣壓主要根據(jù)汽車承受載荷情況和行駛速度來選擇。所選輪胎承受的靜載荷值應等或接近于輪胎的額定負荷。,專題2 汽車發(fā)動機節(jié)能技術,影響汽車發(fā)動機節(jié)能的因素 提高充量系數(shù)的技術 汽油機稀薄燃燒技術 廢氣渦輪增壓發(fā)動機 汽油機燃油噴射與點火系統(tǒng)電子控制 柴油機燃油噴射系統(tǒng)電子控制 發(fā)動機其他節(jié)能技術,發(fā)動機節(jié)能技術發(fā)展,在汽油機方面主要應用電子控制燃油噴射系統(tǒng)（EFI）；為了提高發(fā)動機充氣效率，增加氣門數(shù)量，并應用可變配氣相位裝置, VVT-i發(fā)動機、同時采用渦輪增壓系統(tǒng)、進氣諧波增壓系統(tǒng)；稀薄混合氣燃燒，缸內直噴;靈活燃料發(fā)動機等。此外還有發(fā)動機柴油機化。,第一節(jié) 影響汽車發(fā)動機節(jié)能的因素 一、影響汽車發(fā)動機熱效率的因素,汽油機定容加熱循環(huán)的熱效率：,低速柴油機定壓加熱循環(huán)的熱效率：,高速柴油機混合加熱循環(huán)的熱效率：,式中：壓縮比；k絕熱指數(shù)； 壓力升高比；預脹比。,提高發(fā)動機熱效率的主要措施有： 提高壓縮比，稀燃技術，直噴技術，增壓、中冷技術，可變氣門正時技術，改善進排氣過程，改善混合氣在氣缸中的流動方式，改進點火配置提高點火能量，優(yōu)化燃燒過程，電控噴射技術，高壓共軌技術，絕熱發(fā)動機技術等。（后面詳述）,二、影響發(fā)動機節(jié)能的因素,影響發(fā)動機產(chǎn)品制造過程中材料消耗多少的指標是比質量 me （發(fā)動機質量功率比），而影響比質量大小的主要因素又是升功率 PL 。PL 越高，表明發(fā)動機工作容積利用率越高；發(fā)出一定數(shù)量的有效功率的發(fā)動機尺寸就越小。,式中：H燃料低熱值；lo化學計量空燃比，即燃燒1kg燃料所需的理論空氣質量；it指示熱效率；m機械效率；a過量空氣系數(shù)；行程數(shù)；c充量系數(shù)；n發(fā)動機轉數(shù)；s發(fā)動機進氣管的空氣密度。,提高升功率 主要的措施有 ：,通過合理組織燃燒過程，以降低過量空氣系數(shù) a ； 改善發(fā)動機換氣過程，提高充量系數(shù) c ； 提高轉速 n ，以增加發(fā)動機單位時間內發(fā)動機每個氣缸作功的次數(shù)； 采用增壓技術，以增加進氣密度 s 。,第二節(jié) 提高充量系數(shù)的技術,充氣效率的含義： 充氣效率是指在發(fā)動機進氣行程進，實際進入氣缸內的新鮮氣體（空氣或可燃混合氣）的質量與在進氣行程進口狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的氣體質量的比值。,節(jié)能原理：此技術增加進排氣門流通面積，從而減小了進排氣阻力 ，提高了充氣效率，同時提高了升功率即單位質量發(fā)動機發(fā)出的功率被利用的越多，因此提高汽油機的節(jié)能效率。,以下的一，二，三都是采用此節(jié)能原理進行節(jié)能,一、采用多氣門機構 案例：寶馬公司的直列4缸2.0升發(fā)動機，由于其獨特的可變氣門技術，在功率和扭矩輸出上絲毫不遜于普通的6缸機，這也是寶馬318轎車動力性廣受好評的原因。奔馳公司長期采用每缸3氣門技術，也達到了很好的功率、扭矩和環(huán)保水平。此外，配備渦輪增壓技術后，寶來1.8T4缸機的功率和扭矩也能達到普通6缸機的水平,二氣門及四氣門柴油機 性能指標比較圖 四氣門； 二氣門,二氣門及四氣門柴油機油耗及 有害排放物對比圖 二氣門； 四氣門,轉速/rmin1,NOx 排放量g（kWh）1,pme（0.1MPa）,be /g（kWh）1,be /g（kWh）1,微粒 /g（kWh）1,煙度,四氣門與二氣門發(fā)動機 的性能比較,五氣門發(fā)動機與四氣門 發(fā)動機性能比較,二、采用可變配氣系統(tǒng)技術,控制發(fā)動機充量交換過程的特性參數(shù)主要是三個：氣門開啟相位，氣門開啟持續(xù)角度和氣門升程。 進氣門開啟相位提前，一方面為進氣過程提供了較多的時間，特別有利于解決高轉速時進氣時間不足的問題；另一方面，氣門疊開角增大，有更多的廢氣進入進氣管，隨后又同新鮮充量一起返回氣缸，造成了較高的內部排氣再循環(huán)率，可降低油耗和 NOx 排放，但同時也導致起動困難、怠速不穩(wěn)定和低速工作粗暴。 進氣門關閉相位推遲，一方面在高轉速時有利于利用高速氣流的慣性提高體積效率；另一方面在低轉速時又會將已經(jīng)吸入氣缸的新鮮充量重又推回到進氣管中。 氣門升程增大，一方面在高負荷時有利于提高體積效率；另一方面在低負荷時又不得不將節(jié)氣門關得更小，造成更大的泵氣損失和節(jié)流損失。,可變配氣系統(tǒng)的效果 ：,提高標定功率。 提高低速轉矩。 改善起動性能。 提高怠速穩(wěn)定性。 提高燃油經(jīng)濟性達 15。 降低排放。,案例：,1本田的VTEC系統(tǒng)VTEC是本田開發(fā)的先進發(fā)動機技術，也是世界上第一個能同時控制氣門開閉時間及升程兩種不同情況的氣門控制系統(tǒng)。VTEC（Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System）的意思“可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng)” 。目前本田車型都使用i-VTEC(智能可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng))，i-VTEC技術作為本田公司VTEC技術的升級技術，其不僅完全保留了VTEC技術的優(yōu)點，而且加入了當今世界流行的智能化控制理念。 2豐田所使用的VVT-i發(fā)動機，VVT-i是豐田獨有的領先發(fā)動機技術，VVT-i （Variable Valve Timing and Lift with intelligence）的意思是“智能可變配氣正時系統(tǒng)”。豐田皇冠、銳志等車型采用的是雙VVT-i技術，就是在原有VVT-i對進氣閥門進行控制的基礎上，雙VVT-i對排氣閥門也進行控制。 3日產(chǎn)CVTC,大眾公司相似的技術是 “Variable Valve Timing”，中文叫做“可變進氣相位（正時）”。 國內首款CVVT發(fā)動機已于今年8月在吉利汽車公司量產(chǎn)，吉利的中級車遠景將搭載該型號的1.8L發(fā)動機。,1. 可變氣門正時,相位可變的凸輪軸構造示意 l螺旋花鍵套；2回位彈簧；3凸輪軸；4驅動鏈輪,凸輪軸的相位借助一個螺旋花鍵套 1 的移動來改變。花鍵套內孔的直齒花鍵與凸輪軸 3 端頭的花鍵嚙合，它的外螺旋花鍵與驅動鏈輪 4 的螺旋花鍵孔嚙合。當花鍵套 1 在油壓作用下克服回位彈簧 2 的彈力軸向移動時，3 與 4 相對角位移c1020。油壓用電磁閥控制，機油通過中空的凸輪軸供給。,VVT 對發(fā)動機性能的影響,2. 氣門升程可變,可變凸輪機構一般都是通過兩套凸輪或搖臂來實現(xiàn)氣門升程與持續(xù)角的變化，即在高速時采用高速凸輪，氣門升程與持續(xù)角都較大，而在低速時切換到低速凸輪，升程與持續(xù)角均較小。,MIVEC的凸輪及搖臂機構 a）高速凸輪模式；b）低速凸輪模式；c）氣門不工作模式,發(fā)動機在高速工況，壓力高的液壓油進入搖臂軸的右端油道（圖a），將其中活塞H 向上推，使高速搖臂桿與搖臂軸卡緊在一起，于是高速凸輪通過高速搖臂桿及 T 形桿，控制氣門的開關。此時搖臂軸左端并無壓力高的液壓油進入，其中液壓小活塞L并未被壓上去，于是左端低速搖臂桿并未起作用。發(fā)動機低速工況，液壓油則進入搖臂軸左端油孔，將其中小活塞向上壓，使低速凸輪能帶動左端低速搖臂桿工作。此時右端高速搖臂桿中小活塞并無液壓油將其壓上去，因此不工作（圖b）。當搖臂軸兩端都無高壓液壓油輸入時，于是兩個氣門都不工作（圖c）。,進氣門升程和曲線連續(xù)可變的凸輪機構 l偏心軸；2杠桿；3凸輪軸；4杠桿的滾輪；5回位扭簧；6氣門擺臂,一個特殊形狀的杠桿 2插在凸輪軸 3 與氣門擺臂 6 之間。杠桿受偏心軸1控制。通過偏心軸移動杠桿 2 的位置即可改變氣門升程曲線和開啟持續(xù)角，從而改變發(fā)動機進氣量和負荷高低，因而不必用節(jié)氣門控制負荷。,3. 電磁氣門機構 電磁氣門驅動（electromagnetic valve actuation）是利用電磁鐵產(chǎn)生的電磁力驅動氣門。,電磁式氣門驅動原理 a）未通電； b）氣門全閉； c）氣門全開 1氣門；2、5線圈；3電磁鐵；4街鐵；6彈簧；7氣門導管,電磁氣門驅動機構主要由兩個相同的電磁鐵（共用一個銜鐵）。兩個相同的彈簧和氣門組成（上圖）。發(fā)動機不工作時，激磁線圈 2 和 5 均不通電，氣門 1 半開半閉；發(fā)動機啟動時，氣門驅動裝置初始化，控制系統(tǒng)根據(jù)曲軸轉角，判定氣門在這一時刻應有的開、關狀態(tài)，使兩線圈中的一個通電。電磁力克服彈簧力，將氣門 1 關閉或開啟。氣門處于開啟狀態(tài)時，線圈 5 斷電，線圈 2 通電，使電磁力等于或大于彈簧力，以保持氣門開啟。要使氣門關閉時，線圈 2 斷電，銜鐵和氣門在彈簧力的作用下向上運動；在氣門接近關閉位置時，線圈 5 通電，電磁力幫助氣門（銜鐵）快速運動至關閉位置。此后線圈 5 繼續(xù)通電，使氣門保持在關閉狀態(tài)。需要開啟時，線圈 5 斷電，銜鐵和氣門在彈簧力作用下向下運動。如此循環(huán)往復。 電磁氣門驅動控制方便，結構較為簡單，是比較容易想到的無凸輪軸氣門驅動方式。它的主要問題是氣門落座沖擊大，電磁響應速度不夠高，能量消耗及尺寸過大。,4. 電液氣門驅動,電液氣門驅動（electrohydraulic valve actuation）的工作原理，是將氣門與一個液壓活塞相連接，通過電磁閥控制液壓缸內高壓和低壓液體的流入和流出，從而控制液壓活塞氣門的運動。 這種電液式無凸輪軸氣門驅動系統(tǒng)，可使發(fā)動機的氣門的定時、升程與速度連續(xù)變化。它既不需要凸輪也不需要彈簧，而利用壓縮油液的彈性能，在氣門的開啟與閉合期間，使氣門加速或減速，這就是液壓擺或液壓振動體的原理。,Ford 公司的電液式氣門驅動原理 1高壓電磁閥；2高壓單向閥； 3低壓單向閥；4低壓電磁閥,該系統(tǒng)有高壓油源和低壓油源。一個雙作用、單活塞桿的液壓缸的活塞與發(fā)動機氣門導桿頂部相連。活塞上腔既可以與高壓油源相連，也可以與低壓油源相連，活塞下腔始終與高壓油源相通?；钊麩o桿腔的油壓作用面積，比有桿腔的油壓作用面要大。發(fā)動機氣門開啟由一個高壓電磁閥控制，氣門加速時開啟，減速時關閉。低壓電磁閥的開關控制氣門的閉合。該系統(tǒng)還包括高壓單向閥和低壓單向閥。,Ford 公司的電液式氣門驅動系統(tǒng)的氣門運動過程 a）高壓電磁閥開啟，氣門開啟加速；b）低壓單向閥開啟，氣門開啟減速； c）高、低壓電磁閥和高、低壓單向閥全關閉，氣門全開；d）低壓電磁閥開啟，氣門關閉加速； e）高壓單向閥開啟，氣門關閉減速； f）低壓電磁閥再次開啟，氣門落座,三、合理利用進氣動態(tài)效應,節(jié)能原理：進氣門的開啟和活塞的運動是一種擾動，會在進氣系統(tǒng)產(chǎn)生膨脹波。這個膨脹波從進氣門出發(fā)，以當?shù)芈曀賯鞑サ焦芏?。因為進氣系統(tǒng)的管端是敞開的，膨脹波在此膨脹變成壓縮波并同樣以當?shù)芈曀俜聪騻骰剡M氣門。如果這個壓縮波傳到進氣門時進氣門開啟著，那么由于這個壓縮波引起的質點振動方向與進氣氣流方向一致，進氣氣流因此而得到增強，氣缸充量系數(shù)將會提高，提高了發(fā)動機的升功率，同時轉矩也將增大。這種效應稱為進氣管動態(tài)效應。 四沖程發(fā)動機要利用好這一效應必須滿足下列條件：,L進氣管長度（m）； c當?shù)芈曀伲╩s）； se進氣有效持續(xù)角（A）； n發(fā)動機轉速（r/min）。,進氣管長度對進氣波動效應的影響,Audi V6發(fā)動機的可變長度進氣管 1活門；2膜片閥,第三節(jié) 汽油機稀薄燃燒技術,稀薄燃燒汽油機是一個范圍很廣的概念，只要空燃比 17，且保證動力性能，就可以稱為稀薄燃燒汽油機。,節(jié)能原理,通過增加發(fā)動機的壓縮比，優(yōu)化發(fā)動機的燃燒效率等主要提高發(fā)動機的熱效率，減少了熱能的散失避免了做無用功，因此更節(jié)能。,一、均質稀薄燃燒技術 1. 火球高壓縮比燃燒室,節(jié)能原理：提高壓縮比可以直接提高氣缸的最高燃燒壓力，意味著對活塞的推力增大，也就是可以增大發(fā)動機的扭矩，而消耗的燃油不變，發(fā)動機功率增加了，也就是發(fā)動機的熱效率提高了。,2.碗形燃燒室,碗形燃燒室,HRCC發(fā)動機與常規(guī)發(fā)動機油耗和排污的比較 實線HRCC；虛線常規(guī),節(jié)能原理：合理的燃燒室能更好的利用熱能,二、分層燃燒技術 （一）分層燃燒系統(tǒng),為合理組織燃燒室內的混合氣分布，即在火花間隙周圍局部形成具有良好著火條件的較濃混合氣，空燃比在 1213.4 左右，而在燃燒室的大部分區(qū)域是較稀的混合氣，兩者之間，為了有利于火焰?zhèn)鞑ィ旌蠚鉂舛葟幕鸹ㄈ_始由濃到稀逐步過渡，這就是所謂的分層燃燒系統(tǒng)。 分層燃燒可分為進氣道噴射的分層燃燒方式和缸內直噴分層燃燒方式 。分層燃燒方式又有軸向分層燃燒系統(tǒng)和橫向分層燃燒系統(tǒng) 。,1. 進氣道噴射的分層燃燒方式 （1）軸向分層燃燒系統(tǒng),軸向分層燃燒系統(tǒng),節(jié)能原理：為了使混合氣充分燃燒，此燃燒系統(tǒng)利用強烈的進氣渦流和進氣過程后期進氣道噴射，使利于火花點火的較濃混合氣留在氣缸上部靠近火花塞處，氣缸下部為稀混合氣，形成軸向分層，它可以在空燃比 22 下工作，燃油消耗率可比均燃降低 12。,（2）橫向分層燃燒系統(tǒng),橫向分層燃燒系統(tǒng),橫向分層稀燃系統(tǒng)是利用滾流來實現(xiàn)的。在一個進氣道噴射的汽油生成濃混合氣，在滾流的引導下經(jīng)過設置在氣缸中央的火花塞，在其兩側為純空氣，活塞頂做成有助于生成滾流的曲面。此燃燒系統(tǒng)經(jīng)濟性比常規(guī)汽油機提高 68，NOx 含量（體積分數(shù)）下降80。,2. 缸內直噴分層燃燒方式,節(jié)能原理：利用合理的燃燒方式，能更加充分完全的利用混合氣，使其燃燒的更加充分，提高了燃油利用率，降低了消耗量。 缸內直噴分層混合氣燃燒（GDI）主要依靠由火花塞處向外擴展的由濃到稀的混合氣，目前實現(xiàn)方法有三種，即借助于燃燒室形狀的壁面引導方式，依靠氣流運動的氣流引導方式和依靠燃油噴霧的噴霧控制方式。前兩種方式都有可能形成壁面油膜，是造成碳氫排放高的主要原因；后一種方式則與噴霧特性、噴射時刻關系密切，但控制起來比前兩種要難。,GDI發(fā)動機具有以下優(yōu)點：,由于稀混合氣燃燒時 N2 和 O2 雙原子分子增多，氣體的比熱容比增大，可使理論循環(huán)熱效率有較大提高。 由于燃油在缸內氣化吸熱使壓縮終點溫度降低，因而爆燃可能性減小，壓縮比可以提高，由此可使燃油消耗率改善 5 以上。 由于燃燒放熱速率提高等，可使燃油消耗率改善 23，而怠速改善 10 以上。 由于取消了進氣節(jié)流閥，泵氣損失可降低 15。 中小負荷時，周邊區(qū)域參與燃燒的程度較小，氣體溫度降低，使傳熱損失減小。,GDI發(fā)動機存在的主要問題：,難以在所要求的運轉范圍內使燃燒室內混合氣實現(xiàn)理想的分層。分層燃燒對燃油蒸氣在缸內的分布要求很高，通常噴油時刻、點火時刻、空氣運動、噴霧特性和燃燒室形狀配合必須控制得十分嚴格，否則很容易發(fā)生燃燒不穩(wěn)定和失火。 噴油器內置氣缸內，噴孔自潔能力差，容易結垢，影響噴霧特性和噴油量。 低負荷時 HC 排放高，高負荷時 NOx 排放高，有碳煙生成。 部分負荷時混合氣稀于理論空燃比，三效催化器轉化效率下降，需采用選擇性催化轉化 NOx 。 氣缸和燃油系統(tǒng)磨損增加。,（二）舉例典型缸內直噴燃燒系統(tǒng) 1. 三菱缸內直噴分層充量燃燒系統(tǒng),三菱公司 GDI 發(fā)動機結構圖,2.豐田缸內直噴分層充量燃燒系統(tǒng),低速低負荷時，在壓縮行程后期噴油，形成明顯的分層燃燒，而在高速大負荷時，進氣行程就開始噴油，以形成完全的均質化學計量比燃燒。在分層燃燒與均質化學計量比燃燒領域之間，有弱分層燃燒和均質燃燒兩個區(qū)域。,第四節(jié) 廢氣渦輪增壓發(fā)動機,一、廢氣渦輪增壓發(fā)動機性能 1. 增壓柴油機 （案例：東方紅4110增壓 柴油機 ）,節(jié)能原理：廢氣渦輪增壓器是利用發(fā)動機廢氣的剩余能量（不消耗功率），推動渦輪提高進氣壓力，隨之加大進油量，從而提高發(fā)動機功率和燃油經(jīng)濟性。,經(jīng)濟性：,柴油機增壓后，平均指示壓力 大大增加，而其平均機械損失壓力 卻增加不多，因此，機械效率m 提高； 由于增壓適當加大了過量空氣系數(shù) a，使燃燒過程得到一定改善，其指示熱效率i t往往也會有所提高； 增壓機大多作泵氣正功，也會使指示熱效率提高； 如果增壓和非增壓發(fā)動機功率相同，則增壓發(fā)動機可以減少排量，顯然，這樣使機械損失減少，燃油消耗率降低。另外，由于發(fā)動機排量減少，整臺發(fā)動機體積、質量都會減少，這樣降低整車油耗也有利； 發(fā)動機采用增壓后，還可以在保證原有功率和一定轉矩下，適當降低轉速。這樣，由于機械損失和磨損減少，對改善燃料經(jīng)濟性有利。,排氣污染和噪聲 ：,由于增壓柴油機有較充足的過量空氣系數(shù)，有害氣體排放量（HC、CO）一般為非增壓機的1/31/2 ； 由于增壓適當加大了過量空氣系數(shù) a，使燃燒過程得到一定改善，其指示熱效率i t往往也會有所提高； 如果采用增壓中冷技術，可顯著減少 NOx 排放 ； 由于增壓后，柴油機著火延遲期縮短，壓力上升率降低，可以使燃燒噪聲減少 ； 由于渦輪增壓器的設置，使進、排氣噪聲也有所減少,缺點：,主要體現(xiàn)在低速轉矩特性和加速性下降等方面。 低速時，由于增壓壓力下降，轉矩 TTq 的增量明顯比高速時低，這就使轉矩特性的低速段很不理想，影響汽車加速性能及爬坡性能。 起動時，由于未建立增壓壓力，而增壓機的壓縮比又比較低，所以起動、著火有一定困難。 此外，動態(tài)過程中，氣體壓力反應緩慢，增壓器葉片也有較大慣性，致使各種響應都變慢，不僅進一步影響了加速及起動性能，也因過渡過程拖長而使此時的排放和經(jīng)濟性能變差。,2. 增壓汽油機案例：速騰車型上的1.4TSI、1.6L和2.0L三款汽油機的性能如下。從表中可以明顯看出，1.4TSI渦輪增壓汽油機的動力性能比2.0L自然吸氣汽油機優(yōu)越。,存在的主要問題：汽油機增壓后，壓縮終點和溫度都加大，爆燃傾向加劇，熱負荷更加嚴重。若燃料辛烷值不提高，就必須采取降低壓縮比，推遲點火等相應措施，其結果會導致熱效率的下降。此外，汽油機增壓同樣存在低速轉矩特性和加速性能下降的問題。 可采取的措施：電子可變渦輪噴嘴環(huán)截面控制、電控增壓壓力控制等技術的應用可以有效改善低速轉