《現(xiàn)代汽車新技術(shù)》（第3版）姜立標(biāo)升級課件第1章-汽車發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)

現(xiàn)代汽車新技術(shù)本課程配套教材：《現(xiàn)代汽車新技術(shù)》（第3版）北京大學(xué)出版社主編姜立標(biāo)叢書名：高等院校汽車專業(yè)"互聯(lián)網(wǎng)+"創(chuàng)新規(guī)劃教材作者：姜立標(biāo)第一章

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)未來汽車技術(shù)發(fā)展近期汽車技術(shù)發(fā)展發(fā)展節(jié)能與新能源汽車

發(fā)展先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，提高燃燒效率節(jié)能減排目標(biāo)發(fā)展汽車輕量化技術(shù)汽車節(jié)能減排的3種主要途徑

博世公司的汽車動(dòng)力能源技術(shù)發(fā)展路線圖

不同節(jié)能和新能源汽車技術(shù)全過程的能源消耗和CO2排放

汽油柴油LPGCNGCBG乙醇（SB）乙醇（小麥）乙醇（纖維素）乙醇（蔗糖）MTBE,TBE生物柴油合成柴油（天然氣）合成柴油（煤）合成柴油（木材）二甲醚（天然氣）二甲醚（煤）二甲醚（木材）WTW溫室氣體排放量(gCO2/km)WTW總能耗（MJ/100km）一般來說，替代燃料能源效率低于傳統(tǒng)燃料。各種先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)轎車的燃油經(jīng)濟(jì)性比較

福特公司對主要車用動(dòng)力進(jìn)行的熱效率分析

復(fù)合渦輪增壓重型直噴柴油機(jī)氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)重型直噴柴油機(jī)小型高速直噴式（HSDI）柴油機(jī)預(yù)燃室式非直噴式（IDI）柴油機(jī)直噴火花點(diǎn)燃（DISI）稀燃分層DISI稀燃均質(zhì)DISI理想化學(xué)配比火花點(diǎn)火（SI）點(diǎn)噴射與理想化學(xué)配比燃?xì)鉁u輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)最高熱效率（%）歐洲汽油動(dòng)力與柴油動(dòng)力系統(tǒng)轎車燃油經(jīng)濟(jì)性比較

各種動(dòng)力的有效熱效率主要國家的柴汽比及柴油乘用車比重

柴汽比柴油車比重美國日本德國意大利法國目錄0.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)歷史回顧1.發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣控制新技術(shù)2.燃油缸內(nèi)直噴（GDI）技術(shù)3.發(fā)動(dòng)機(jī)均質(zhì)充量壓縮燃燒技術(shù)4.可變壓縮比（VCR）技術(shù)5.柴油機(jī)電控高壓共軌燃油噴射技術(shù)6.汽車起動(dòng)停止系統(tǒng)7.發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)應(yīng)用（小型化/雙噴射/水噴射）1.0汽車發(fā)動(dòng)機(jī)歷史回顧

1-機(jī)油泵鏈輪；2-空調(diào)壓縮機(jī)；3-活塞；4-排氣歧管；5-氣門；6-凸輪軸；7-挺柱；8-噴油器；9-發(fā)電機(jī)；10-進(jìn)氣歧管；11-導(dǎo)向輪；12-水泵；13-動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵；14-油底殼發(fā)動(dòng)機(jī)整體構(gòu)造圖汽車發(fā)動(dòng)機(jī)歷史回顧發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，經(jīng)歷了蒸汽時(shí)代、化油器時(shí)代和電噴時(shí)代，其中奧托提出了內(nèi)燃機(jī)的四沖程理論，為內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明奠定了理論基礎(chǔ)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)歷史回顧四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作流程圖汽車發(fā)動(dòng)機(jī)歷史回顧化油器優(yōu)點(diǎn)有：能夠?qū)?nèi)燃機(jī)的油氣比控制在理想的水平上，不論天候、溫度，永遠(yuǎn)進(jìn)行著一成不變的工作。而且化油器的成本低、可靠度高，維修、保養(yǎng)容易。缺點(diǎn)：在冷車啟動(dòng)、怠速運(yùn)轉(zhuǎn)、急加速或低氣壓環(huán)境等，這樣固定的供油方式實(shí)際上并無法全面滿足引擎的運(yùn)轉(zhuǎn)需求，甚至可能因而產(chǎn)生黑煙、燃燒不全與馬力不足等狀況。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)歷史回顧電噴發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)組成最大優(yōu)點(diǎn)就是燃油供給控制十分精確，讓引擎在任何狀態(tài)下都能有正確的空燃比，不僅讓引擎保持運(yùn)轉(zhuǎn)順暢，其廢氣也能合乎環(huán)保法規(guī)的規(guī)范。1.1發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣控制新技術(shù)1.可變氣門正時(shí)技術(shù)1）VTEC技術(shù)2）VVT-i技術(shù)3）Valvetronic技術(shù)2.可變長度進(jìn)氣歧管3.電子節(jié)氣門技術(shù)可變氣門正時(shí)技術(shù)可變氣門定時(shí)技術(shù)VVT（VariableValveTiming）指的是發(fā)動(dòng)機(jī)氣門升程和配氣相位定時(shí)可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況作實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)。VVT技術(shù)可分為3種：可變相位（phase）技術(shù)，可變升程（lift）技術(shù)，以及可變相位和升程技術(shù)。代表性的VVT技術(shù)是本田公司的VTEC（VariableValveTimingandValveliftElectronicControlSystem），豐田公司的VVT-i和寶馬公司的Valvetronic技術(shù)。VTEC技術(shù)VTEC配氣機(jī)構(gòu)整個(gè)VTEC系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元（ECU）控制，ECU接收發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器（包括轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力、車速、水溫等）的參數(shù)并進(jìn)行處理，輸出相應(yīng)的控制信號，通過電磁閥調(diào)節(jié)搖臂活塞液壓系統(tǒng)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速工況下由不同的凸輪控制，影響進(jìn)氣門的開度和時(shí)間。VTEC技術(shù)VTEC系統(tǒng)工作原理發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，小活塞在原位置上，三根搖臂分離，主凸輪和次凸輪分別推動(dòng)主搖臂和次搖臂，控制兩個(gè)進(jìn)氣門的開閉，氣門升量較少，情形好像普通的發(fā)動(dòng)機(jī)。雖然中間凸輪也推動(dòng)中間搖臂，但由于搖臂之間已分離，其它兩根搖臂不受它的控制，所以不會(huì)影響氣門的開閉狀態(tài)。VTEC工作原理VTEC工作原理當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在中低速工作時(shí)，控制系統(tǒng)使主、副搖臂與中間搖臂分離，利用兩側(cè)的低速凸輪A、B驅(qū)動(dòng)主、副搖臂，壓動(dòng)氣門開啟。中間搖臂在彈簧的作用下與中間凸輪（高速凸輪）一起轉(zhuǎn)動(dòng)，但此時(shí)由于沒有油壓作用于同步活塞，所以中間搖臂與氣門的開閉無關(guān)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，控制系統(tǒng)使搖臂內(nèi)部的液壓活塞沿箭頭方向移動(dòng)。此時(shí)主、副及中間搖臂在同步活塞的作用下連成一體，均由中間凸輪（高速凸輪C）來驅(qū)動(dòng)，從而獲得高功率所需的配氣正時(shí)和氣門升程。VTEC技術(shù)i-VTEC系統(tǒng)構(gòu)成i-VTEC系統(tǒng)是在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，添加一個(gè)稱為“可變正時(shí)控制”VTC（Variabletimingcontrol），即一組進(jìn)氣門凸輪軸正時(shí)可變控制機(jī)構(gòu)，通過ECU控制程序，控制進(jìn)氣門的開啟關(guān)閉。i-VTEC系統(tǒng)可連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時(shí)，且能調(diào)節(jié)氣門升程。

i-VTEC各種工作模式下的狀態(tài)及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)工作模式VTC工作狀態(tài)VTEC工作狀態(tài)控制目標(biāo)怠速控制模式VTC以較小氣門重疊角（進(jìn)氣門滯后）控制凸輪正時(shí)，有助減小廢氣倒流內(nèi)進(jìn)氣管內(nèi)VTEC分別控制兩個(gè)氣門各自獨(dú)立工作，產(chǎn)生強(qiáng)烈渦流，以便怠速時(shí)增加混合氣空燃比（稀燃）獲得最佳燃油經(jīng)濟(jì)性和降低燃燒室廢氣排放稀薄燃燒控制模式VTC以較小氣門重疊角（進(jìn)氣門滯后）控制凸輪正時(shí)VTEC分別控制兩個(gè)氣門各自獨(dú)立工作，產(chǎn)生強(qiáng)烈渦流，有助減小廢氣倒流內(nèi)進(jìn)氣管內(nèi)增大混合氣空燃比（稀燃），改善經(jīng)濟(jì)性和排放普通燃燒控制模式VTC增大氣門重疊角，讓部分廢氣倒流入進(jìn)氣管內(nèi)，以便在下一進(jìn)氣行程稀釋空氣中氧氣含量，降低NOx排放VTEC分別控制兩個(gè)氣門各自獨(dú)立工作，產(chǎn)生強(qiáng)烈渦流，加快燃料空氣混合和燃燒速度產(chǎn)生EGR效果，以增加經(jīng)濟(jì)性和減低排放低速高負(fù)荷控制模式VTC控制最佳凸輪相位（滯后），獲得發(fā)動(dòng)機(jī)最佳轉(zhuǎn)矩VTEC分別控制兩個(gè)氣門各自獨(dú)立工作，產(chǎn)生強(qiáng)烈渦流，加快低轉(zhuǎn)速時(shí)混合狀態(tài)和燃燒速度獲得最大轉(zhuǎn)矩高速控制模式VTC控制最佳凸輪相位（滯后），充分利用氣流慣性，增大沖量VTEC切換同步活塞連接高速凸輪和低速凸輪，兩氣門由高速凸輪驅(qū)動(dòng)獲得大升程，充分進(jìn)氣獲得最大功率VVT-i技術(shù)VVT-i系統(tǒng)組成最大特點(diǎn)是可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)控制進(jìn)氣凸輪軸，通過調(diào)整凸輪軸轉(zhuǎn)角對配氣時(shí)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最佳的配氣正時(shí)，從而在所有速度范圍內(nèi)提高扭矩，并能大大改善燃油經(jīng)濟(jì)性，有效提高汽車的功率與性能，減少油耗和廢氣排放。雙VVT-i系統(tǒng)雙VVT-i系統(tǒng)雙VVT-i指的是分別控制發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)。在急加速時(shí)，控制進(jìn)氣的VVT-i會(huì)提前進(jìn)氣時(shí)間，并提高氣門的升程，而控制排氣的VVT-i會(huì)推遲排氣時(shí)間。Valvetronic技術(shù)1－扭轉(zhuǎn)彈簧；2－支架；3－進(jìn)氣凸輪軸；4、10－下?lián)u臂；5－排氣凸輪軸；6、8－液壓挺柱；7－排氣門；9－上搖臂；12－進(jìn)氣門；13－蝸桿軸；14－伺服電動(dòng)機(jī)；15－偏心輪；16－蝸輪；圖1-11Valvetronic系統(tǒng)組成Valvetronic技術(shù)氣門開閉仍由凸輪軸來控制，而凸輪上的凸輪卻并非與氣門直接貼合，而是通過一個(gè)搖臂機(jī)構(gòu)，然后才作用到氣門。這個(gè)搖臂機(jī)構(gòu)可以通過自身角度的改變來控制開啟氣門的深度，從而使氣門的行程發(fā)生改變。而搖臂本身是由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)凸輪來控制的，步進(jìn)電機(jī)對于凸輪的作用，則由ECU來控制。這項(xiàng)技術(shù)最為顯著的特點(diǎn)，就是取消了節(jié)氣門。與傳統(tǒng)式的雙凸引擎來比較，Valvetronic利用一支附加的偏心軸、步進(jìn)馬達(dá)和一些中置搖臂，來控制氣門的啟開或關(guān)閉。Valvetronic技術(shù)通過實(shí)現(xiàn)對氣門行程的無級可調(diào)，達(dá)到對發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，功率扭矩輸出的最佳均衡。Valvetronic技術(shù)裝備有Valvetronic系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)可變長度進(jìn)氣歧管1-細(xì)長進(jìn)氣歧管；2-控制閥；3-粗短進(jìn)氣歧管；4-噴油器；5-進(jìn)氣道；6-進(jìn)氣門圖1-14可變長度進(jìn)氣歧管

發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道是連接進(jìn)氣門和進(jìn)氣總管的，進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)的形狀也能直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。隨著進(jìn)氣門的開啟和關(guān)閉，在進(jìn)氣管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生壓力波動(dòng)，形成吸氣波和壓力波，并以聲速傳播，進(jìn)氣管的長度必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而調(diào)整，以保證最高壓力波在進(jìn)氣門關(guān)閉以前到達(dá)進(jìn)氣門，從而提高進(jìn)氣量?？勺冮L度進(jìn)氣歧管可變長度進(jìn)氣歧管工作原理圖在低轉(zhuǎn)速時(shí)短進(jìn)氣歧管關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機(jī)使用長進(jìn)氣歧管進(jìn)氣；高轉(zhuǎn)速時(shí)則關(guān)閉長進(jìn)氣歧管，使用短管進(jìn)氣；或者在進(jìn)氣歧管內(nèi)設(shè)置閥門，通過開關(guān)來控制歧管內(nèi)的閥門，以此來控制進(jìn)氣歧管的長度，分段可調(diào)能夠?qū)崿F(xiàn)多種長度，更能后適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的要求。電子節(jié)氣門技術(shù)汽車電子節(jié)氣門技術(shù)(ElectronicThrottleControl，ETC)是伴隨汽車電子驅(qū)動(dòng)理念(Drive-by-Wire)而誕生的。它摒棄了傳統(tǒng)油門踏板采用鋼絲繩或杠桿機(jī)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門間的直接的機(jī)械連接，通過增加相應(yīng)的傳感器和電控單元，實(shí)時(shí)精確控制節(jié)氣門開度。電子節(jié)氣門技術(shù)1-加速踏板；2-加速踏板位置傳感器；3-ETC控制單元；4-其它控制單元；5-電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)；6-節(jié)氣門；7-節(jié)氣門位置傳感器；8-反饋信號圖1-16ETC控制系統(tǒng)工作原理示意圖

電子節(jié)氣門技術(shù)在工作時(shí)，駕駛員操縱油門踏板，油門踏板位置傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號輸入節(jié)氣門ECU，根據(jù)當(dāng)前的工作模式、踏板移動(dòng)量和變化率解析駕駛員意圖，計(jì)算出對發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的基本需求，得到相應(yīng)的節(jié)氣門轉(zhuǎn)角的基本期望值。經(jīng)過CAN總線和整車控制單元進(jìn)行通訊，獲取其他工況信息以及各種傳感器信號如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、檔位、節(jié)氣門位置、空調(diào)能耗等等，由此計(jì)算出整車所需求的全部扭矩，通過對節(jié)氣門轉(zhuǎn)角期望值進(jìn)行補(bǔ)償，得到節(jié)氣門的最佳開度，并把相應(yīng)的電壓信號發(fā)送到驅(qū)動(dòng)電路模塊，驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)使節(jié)氣門達(dá)到最佳的開度位置，節(jié)氣門位置傳感器則把節(jié)氣門的開度信號反饋給節(jié)氣門控制單元，形成閉環(huán)的位置控制。電子節(jié)氣門技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)(1)精確控制節(jié)氣門開度(2)改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能(3)具有更高的車輛行駛可靠性(4)可選擇不同的工作模式(5)可獲得海拔高度補(bǔ)償電子節(jié)氣門技術(shù)的發(fā)展方向(1)向集成化和綜合控制方向發(fā)展(2)結(jié)合多種控制方法進(jìn)行綜合控制(3)車載網(wǎng)絡(luò)、總線技術(shù)在汽車電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的應(yīng)用1.2

燃油缸內(nèi)直噴（GDI）技術(shù)汽油缸內(nèi)直噴技術(shù)作為第三種燃燒方式得到了廣泛重視和發(fā)展。已經(jīng)成為汽車工業(yè)發(fā)展的重要方向。目前在一些先進(jìn)國家如日本、歐美的GDI汽油機(jī)在保持汽油機(jī)動(dòng)力性能優(yōu)勢的同時(shí)。在燃油經(jīng)濟(jì)性方面已達(dá)到甚至超過柴油機(jī)水平?？梢灶A(yù)見，車用汽油機(jī)GDI技術(shù)將得到更大發(fā)展，并將取代進(jìn)氣道直噴成為電控噴射的主要形式。奔馳汽油直噴技術(shù)燃油缸內(nèi)直噴（GDI）技術(shù)三種形式的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽油發(fā)動(dòng)經(jīng)歷了三次改革：從化油器到電控汽油噴射，再到現(xiàn)在的研究的缸內(nèi)直噴。三種形式的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的重大區(qū)別在于汽油出口的位置，位置不同，技術(shù)也就不同。燃油缸內(nèi)直噴（GDI）技術(shù)直噴式發(fā)動(dòng)機(jī)（缸內(nèi)噴注式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)）與一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別在于汽油噴射的位置；GDI裝置引進(jìn)了柴油機(jī)直接將柴油噴入缸內(nèi)的理念直接在缸內(nèi)噴射汽油，利用缸內(nèi)氣體流動(dòng)與空氣混合組織形成分層燃燒。燃油缸內(nèi)直噴（GDI）技術(shù)缸內(nèi)直噴汽油機(jī)稀燃技術(shù)的原理：缸內(nèi)直噴汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù)分為均質(zhì)稀燃和分層稀燃兩種燃燒模式。中小負(fù)荷時(shí)。在壓縮行程后期開始噴油，通過與燃燒系統(tǒng)的合理配合。在火花塞附近形成較濃的可燃混合氣。在遠(yuǎn)離火花塞的區(qū)域，形成稀薄分層混合氣；大負(fù)荷及全負(fù)荷時(shí)，在早期進(jìn)氣行程中將燃油噴人氣缸。使燃油有足夠時(shí)間與空氣混合，形成完全的均質(zhì)化計(jì)量比進(jìn)行燃燒。燃油缸內(nèi)直噴（GDI）技術(shù)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)原理圖缸內(nèi)直噴汽油機(jī)主要要達(dá)到兩個(gè)目標(biāo)：一是大幅度改善車用汽油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，二是控制排放，主要是NOx和未燃HC的排放。燃油缸內(nèi)直噴（GDI）技術(shù)GDI燃油噴射控制模式1)按工況區(qū)分控制模式2)扭矩控制策略3)噴油正時(shí)控制策略4)噴油壓力控制策略燃油缸內(nèi)直噴技術(shù)優(yōu)點(diǎn)1、動(dòng)力性：可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。也使發(fā)動(dòng)機(jī)具有更高的熱效率，燃料熱得到充分利用。試驗(yàn)證明，GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的功率要比同排量的其它發(fā)動(dòng)機(jī)大40％左右。2、燃油經(jīng)濟(jì)性：GDI發(fā)動(dòng)機(jī)有著卓越的燃油經(jīng)濟(jì)性，油耗量低，升功率大3、污染排放量：GDI發(fā)動(dòng)機(jī)能有效的降低HC、NOx和CO三種污染物的排放，使排放可達(dá)歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)性能優(yōu)點(diǎn)燃油經(jīng)濟(jì)性提高燃油經(jīng)濟(jì)性（經(jīng)濟(jì)性的對比取決于測試循環(huán)，最大可以提高20%-30%）降低泵氣損失（取消節(jié)氣門采用分層充氣模式）更低的熱損失（無節(jié)氣門、分層充氣模式）可以提高壓縮比（進(jìn)氣過程噴油冷卻充氣）降低辛烷值要求（進(jìn)氣過程噴油冷卻充氣）提高充氣效率（進(jìn)氣過程噴油冷卻充氣）減速時(shí)可以實(shí)現(xiàn)斷油控制加速時(shí)較少的加濃量駕駛性能提高瞬態(tài)響應(yīng)性能提高冷起動(dòng)穩(wěn)定性空燃比控制性能更準(zhǔn)確地空燃比控制縮短起動(dòng)過程和提高燃燒穩(wěn)定性降低起動(dòng)加濃量降低加速加濃量燃燒穩(wěn)定性可以擴(kuò)大EGR工作界限（減少節(jié)氣門的使用、降低NOx的排放）排放可實(shí)現(xiàn)更低的排放降低冷起動(dòng)HC排放降低發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)HC峰值排放降低CO2排放系統(tǒng)優(yōu)化提高系統(tǒng)優(yōu)化的潛力GDI發(fā)動(dòng)機(jī)理論上的優(yōu)勢燃油缸內(nèi)直噴技術(shù)存在的問題性能存在問題排放性能部分負(fù)荷、分層充氣時(shí)局部產(chǎn)生較高的NOx，混合氣較稀不能使用三效催化器小負(fù)荷時(shí)相對較高的HC排放大負(fù)荷時(shí)相對較高的NOx排放增加了微粒的排放穩(wěn)定燃燒和控制中小負(fù)荷區(qū)域內(nèi)分層充氣稀薄燃燒的控制負(fù)荷變化時(shí)實(shí)現(xiàn)無縫過渡，控制和噴油策略變得非常復(fù)雜為了降低NOx采用較高的EGR率相對較高的噴油嘴沉淀物和積碳燃油經(jīng)濟(jì)性提高噴油壓力和油泵回流造成的損失催化器快速起燃和再生消耗的額外燃油噴嘴和高壓油泵增加的額外電量消耗性能和可靠性相對高的噴嘴沉淀物和積碳由于提高了系統(tǒng)壓力，增加了燃油系統(tǒng)的磨損提高而來缸套的磨損增加了進(jìn)氣門和燃燒室的沉淀物控制復(fù)雜性更復(fù)雜的排放控制系統(tǒng)和控制策略實(shí)現(xiàn)從冷起動(dòng)到全負(fù)荷各種工況的控制，需要復(fù)雜的供油系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)控制技術(shù)增加了系統(tǒng)優(yōu)化的標(biāo)定參數(shù)燃油缸內(nèi)直噴技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)1、降低NOx排放的技術(shù)（1）稀燃催化器（2）廢氣再循環(huán)2、二次燃燒技術(shù)3、二次混合技術(shù)4、均質(zhì)混合壓燃技術(shù)1.3發(fā)動(dòng)機(jī)均質(zhì)充量壓縮燃燒（HCCI）技術(shù)傳統(tǒng)燃燒概念局限性傳統(tǒng)的汽油機(jī)屬于預(yù)混均質(zhì)燃燒，由于汽油特性以及爆震等諸多因素的限制，因此，壓縮比低，熱效率低。與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)具有較高的熱效率和優(yōu)越的燃油經(jīng)濟(jì)性，但是，傳統(tǒng)柴油機(jī)的燃燒是燃料噴霧的擴(kuò)散燃燒，依靠發(fā)動(dòng)機(jī)活塞壓縮到接近終點(diǎn)時(shí)的高溫使混合氣自燃著火。由于噴霧與空氣的混和時(shí)間很短，燃料與空氣混和的嚴(yán)重不均勻，混合氣分為高溫過濃區(qū)和高溫火焰區(qū)，導(dǎo)致碳煙和N0排放生成。發(fā)動(dòng)機(jī)均質(zhì)充量壓縮燃燒（HCCI）技術(shù)三種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒比較HCCI是英文“HomogeneousChargeCompressionIgnition”的縮寫，中文意思是“均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)燃”。它是一種預(yù)混合燃燒和低溫燃燒相結(jié)合的新型燃燒方式：在進(jìn)氣過程形成均質(zhì)的混合氣，當(dāng)壓縮到上止點(diǎn)附近時(shí)均質(zhì)混合氣自燃著火。比較內(nèi)容點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)燃料汽油等柴油、乙醇、天然氣等均可，范圍更廣過量空氣系數(shù)1左右1.6-2.2范圍更廣混合氣形成方式噴射-均質(zhì)噴射-濃稀均質(zhì)稀薄燃燒否是是點(diǎn)火方式點(diǎn)燃壓燃壓縮自燃點(diǎn)火系統(tǒng)有無無燃燒方式預(yù)混合燃燒擴(kuò)散燃燒同時(shí)著火節(jié)氣門有無無扭矩調(diào)節(jié)方式變量調(diào)節(jié)變質(zhì)調(diào)節(jié)變質(zhì)調(diào)節(jié)壓縮比較低較高較高火焰有有無明顯火焰前鋒壓縮終了溫度較低較高較高燃燒溫度較高局部較高相對低溫理論循環(huán)等容加熱混合加熱等容加熱泵氣損失較高較低較低向氣缸散熱較多較少較低熱效率低高高燃油經(jīng)濟(jì)性低高高NOx高高低PM低高低HC高低高CO高低高燃燒起點(diǎn)控制點(diǎn)火定時(shí)噴油定時(shí)綜合控制燃燒劇烈程度較小較大較大三種燃燒方式的發(fā)動(dòng)機(jī)比較HCCI特點(diǎn)1、超低的氮氧化物和碳煙排放2、燃燒熱效率高（1）減小了節(jié)流損失（2）提高了壓縮比（3）縮短了燃燒持續(xù)期3、HCCI燃燒過程主要受燃燒化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制4、HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍較窄5、HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)HC、CO排放較高規(guī)范化放熱曲線NOx排放曲線比較圖HCCI面臨的問題與難點(diǎn)1、適用工況范圍窄：燃燒受到失火(混合氣過稀)和爆燃(混合氣過濃)的限制，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍比較窄。2、燃燒進(jìn)程難以控制：HCCI是預(yù)混合壓燃，不能像汽油機(jī)一樣由點(diǎn)火時(shí)刻控制燃燒始點(diǎn)，也不能像柴油機(jī)一樣由噴油時(shí)間控制燃燒始點(diǎn)，它沒有直接控制燃燒始點(diǎn)的措施，混合氣的自燃受混合物特性、溫度時(shí)間歷程等的影響。3、均勻混合氣的制備比較困難：均勻混合氣的制備和避免燃料與壁面相互作用對實(shí)現(xiàn)高燃燒效率、減少HC和PM排放及潤滑油稀釋很重要。HCCI技術(shù)的展望1、耦合詳細(xì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)探索HCCI燃燒機(jī)理2、改變氣體／燃料混合氣的混合特性3、改變發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和工作參數(shù)目前，限制HCCI燃燒技術(shù)運(yùn)用的核心問題是著火點(diǎn)控制、燃燒放熱速率的控制以及拓寬HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍。1.4

可變壓縮比（VCR）技術(shù)壓縮比是氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值，其表示活塞由下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度，是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要參數(shù)，是影響發(fā)動(dòng)機(jī)效率最重要的因素之一。一般來說，壓縮比越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能就越好。對于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，一經(jīng)設(shè)計(jì)好其壓縮比是固定不變的，因?yàn)槿紵胰莘e及氣缸工作容積都是固定的參數(shù)?，F(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比汽油機(jī)一般為8～12，柴油機(jī)一般為12～22。在增壓壓力低的低負(fù)荷工況使壓縮比提高到與自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比相同或超過；另一方面.在高增壓的高負(fù)荷工況下適當(dāng)降低壓縮比。換言之，隨著負(fù)荷的變化連續(xù)調(diào)節(jié)壓縮比，以便能夠從低負(fù)荷到高的整個(gè)工況范圍內(nèi)有提高熱效率?？勺儔嚎s比（VCR）技術(shù)薩博SVC發(fā)動(dòng)機(jī)薩博SVC變壓縮比技術(shù)就是通過活塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)位置的變化來改變?nèi)紵胰莘e的，從而改變壓縮比的。其壓縮比范圍可從8：1至14：1之間變化。在發(fā)動(dòng)機(jī)小負(fù)荷時(shí)采用高壓縮比以節(jié)約燃油；在發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷時(shí)采用低壓縮比，并輔以機(jī)械增壓器以實(shí)現(xiàn)大功率和高扭矩輸出?？勺儔嚎s比（VCR）技術(shù)采用了長壽命的齒輪和滾珠軸承系統(tǒng)導(dǎo)向的活塞，且活塞相對以前沒有活塞裙部，該結(jié)構(gòu)使活塞不會(huì)產(chǎn)生垂直拍擊和徑向負(fù)荷，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的堅(jiān)固耐用和可靠性。能有效的降低摩擦損失，提高機(jī)械效率。法國MCE-5發(fā)動(dòng)機(jī)可變壓縮比（VCR）技術(shù)多連桿VCR發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)規(guī)律：活塞與曲軸通過上連桿與下連桿連在一起。下連桿也通過控制連桿連接到了控制軸偏心軸頸中心。曲軸的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致了下連桿圍繞著主軸頸的中心旋轉(zhuǎn)，同時(shí)圍繞著曲柄銷的中心轉(zhuǎn)動(dòng)。壓縮比改變的原理：移動(dòng)偏心軸的中心向上使下連桿順時(shí)針傾斜，因此使活塞的上止點(diǎn)和下止點(diǎn)的位置同時(shí)下降以降低壓縮比。相反，偏心軸的中心向下移動(dòng)可以提高壓縮比?？勺儔嚎s比（VCR）技術(shù)壓縮比圖在低速低負(fù)荷時(shí)采用高壓縮比14：1以獲得提高燃油經(jīng)濟(jì)性的最佳效果；隨著負(fù)荷的增加，減小壓縮比以防止爆震發(fā)生；為了在全負(fù)荷時(shí)采用高增壓，將壓縮比設(shè)為最低值8：1?？勺儔嚎s比技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1、提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，很大程度上改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。2、適合于多元燃料驅(qū)動(dòng)3、有利于降低排放4、提高運(yùn)行穩(wěn)定性5、實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的小排量，結(jié)構(gòu)更緊湊，比質(zhì)量更高可變壓縮比技術(shù)存在問題1、VCR發(fā)動(dòng)機(jī)一般都結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常需要對發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行大幅改變，有時(shí)加工困難。2、那些新增的控制及輔助機(jī)構(gòu)等可活動(dòng)零部件導(dǎo)致了振動(dòng)、摩擦損失和磨損的增加，也使發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量增加，這些大質(zhì)量體的移動(dòng)需要耗費(fèi)很大一部分能量。3、適時(shí)準(zhǔn)確地改變發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，需要相應(yīng)的高精度控制設(shè)備，匹配難度大。4、密封性問題。5、研發(fā)及制造成本高?？勺儔嚎s比技術(shù)發(fā)展方向1、隨著發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)理論、微機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等技術(shù)的飛速發(fā)展,可變壓縮比技術(shù)會(huì)越來越多地應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)上,它可使發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能在各工況變化范圍內(nèi)得到優(yōu)化。2、VCR技術(shù)使未來的發(fā)動(dòng)機(jī)趨向于小型化、節(jié)能環(huán)保且能提供強(qiáng)大的動(dòng)力。3、未來的VCR發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)具有與現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)之間的互換性，以推動(dòng)量產(chǎn)。4、未來的VCR發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)與先進(jìn)的電子控制系統(tǒng)相配合，以盡可能精確地連續(xù)調(diào)節(jié)壓縮比，使其滿足不同的工況和使用要求，獲得更高的效率。5、應(yīng)加大可變壓縮比技術(shù)研發(fā)投入，結(jié)合VVT、GDI、HCCI、渦輪增壓、稀薄燃燒等新技術(shù)來改善和提高發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能。1.5

柴油機(jī)電控高壓共軌燃油噴射技術(shù)汽油機(jī)和柴油機(jī)的區(qū)別汽油機(jī)的壓縮比為8～12。柴油機(jī)的壓縮比為12～22。從理論上講，壓縮比越大，效率越高。汽油機(jī)熱效率比較低，而柴油機(jī)有著更好的熱效率，也就是更好的油耗表現(xiàn)。點(diǎn)火方式不同，汽油機(jī)是把吸入氣缸的汽油蒸汽與空氣混合、加壓，然后用火花塞點(diǎn)火。柴油機(jī)是由噴油嘴噴出的霧狀柴油與空氣混合、加壓，靠壓縮來提高混合氣體的溫度自動(dòng)點(diǎn)火，即壓燃式點(diǎn)火。汽油機(jī)使用鋁合金、塑料等材料制成。體積小，重量輕，起動(dòng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速快，適用于汽車、飛機(jī)等要求體積小、速度快的運(yùn)輸工具。柴油機(jī)的壓縮比大，氣缸因?yàn)橐惺茌^大的壓力而做得較為牢固笨重，一般用鋼板，鐵板等材料制成。它的功率大，適用于載重較大的大型卡車、拖拉機(jī)、機(jī)車和船艦。柴油機(jī)與汽油機(jī)相比主要有三大優(yōu)點(diǎn)1.經(jīng)濟(jì)。首先，每單位柴油的能量含量比汽油高；其次柴油機(jī)的壓燃特性使其熱效率比汽油機(jī)高。一般柴油機(jī)的油耗要比汽油機(jī)的低30%-40%。2.環(huán)保。相對而言，柴油機(jī)的一氧化碳、碳?xì)浠衔锖投趸寂欧帕繕O低，但在顆粒物和氮氧化物的排放控制上要比汽油機(jī)更難處理。3.柴油機(jī)低速大扭矩的特性，為汽車提供了更好的使用性能。柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)發(fā)展歷史柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的開發(fā)研究從20世紀(jì)70年代開始，己經(jīng)經(jīng)歷了三代。從第一代的“位置控制式”到第二代的“時(shí)間控制式”，再到現(xiàn)在的第三代“時(shí)間一壓力控制式”。柴油機(jī)共軌式電控燃油噴射技術(shù)是一種全新的技術(shù),它集成了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代傳感檢測技術(shù)以及先進(jìn)的噴油結(jié)構(gòu)于一身,它有助于減少柴油機(jī)的尾氣排放量,改善噪聲,并降低燃油消耗。電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)組成1-低壓油泵；2-柱塞泵切斷電磁閥；3-調(diào)壓電磁閥；4-燃油濾清器；5-燃油箱；6-ECU；7-蓄電池；8-共軌管；9-共軌壓力傳感器；10-油溫傳感器；11-電控噴油器；12-水溫傳感器；13-曲軸位置與轉(zhuǎn)速傳感器；14-加速踏板位置傳感器；15-凸輪軸位置傳感器；16-空氣流量計(jì)；17-增壓傳感器；18-進(jìn)氣溫度傳感器；19-渦輪增壓器圖1-30高壓共軌噴油系統(tǒng)的組成

電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)組成高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)主要由電控單元(ECU)、高壓油泵、共軌管、電控噴油器以及各種傳感器等組成。柴油機(jī)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的構(gòu)成和工作方式與汽油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)相似，主要由燃油供給系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)兩大部分組成。電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)組成供油系統(tǒng)柴油機(jī)電控高壓共軌噴油系統(tǒng)的燃油供給系統(tǒng)又分為低壓供油和高壓供油兩部分電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)由傳感器、電控單元(ECU)和執(zhí)行器組成。ECU根據(jù)各個(gè)傳感器的信息，計(jì)算出最佳噴油時(shí)間和最合適的噴油量，并確定合理的噴油時(shí)刻和噴油持續(xù)期，向執(zhí)行器(電控噴油器的電磁閥)發(fā)出開關(guān)指令，從而精確控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程。電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)工作原理高壓共軌噴油系統(tǒng)是建立在直噴技術(shù)、預(yù)噴射技術(shù)和電控技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種全新概念的噴油系統(tǒng)。電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)共軌管中的燃油壓力由一個(gè)徑向柱塞式高壓泵產(chǎn)生，壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，可在一定范圍內(nèi)自由設(shè)定，其大小由一個(gè)電磁壓力調(diào)節(jié)閥控制，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作需要進(jìn)行連續(xù)壓力調(diào)節(jié)。電控單元作用于噴油器電磁閥上的脈沖信號控制燃油的噴射過程，噴油量的大小取決于共軌管中的油壓和噴油器電磁閥開啟時(shí)間的長短，及噴油嘴液體流動(dòng)特性。工作時(shí)，該系統(tǒng)將共軌管內(nèi)形成的恒定高壓燃油，通過高壓油管分送到每個(gè)噴油器，并借助于集成在每個(gè)噴油器上的高速電磁閥的開啟與閉合，控制噴油器定時(shí)、定量地將燃油噴射至燃燒室。柴油機(jī)電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)1、共軌系統(tǒng)中噴油定時(shí)與噴油壓力都可以獨(dú)立控制，噴油壓力不依賴于轉(zhuǎn)速，因而在寬廣的運(yùn)行區(qū)域內(nèi)都可以進(jìn)行高壓噴射(噴射壓力達(dá)120M-200MPa以上)；2、共軌系統(tǒng)具有高精度控制預(yù)噴射的能力，可控制噴油速率變化，實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和多次噴射；3、由電磁閥控制噴油，其控制精度較高，減輕柴油機(jī)的振動(dòng)和降低排放；4、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣；5、自由調(diào)節(jié)噴油時(shí)間根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷等參數(shù)，計(jì)算出最佳噴油時(shí)間，并控制電磁噴油器在適當(dāng)時(shí)刻開啟和關(guān)閉，從而精確控制噴油時(shí)間。柴油機(jī)電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)發(fā)展方向（1）提高噴油壓力；（2）更小的噴孔直徑；（3）多孔式噴油嘴；（4）壓電式噴油器；（5）高精度快速響應(yīng)智能型傳感器的研制；（6）共軌燃油壓力持續(xù)恒壓反饋控制的進(jìn)一步深入和完善；（7）采用先進(jìn)的多次噴射的控制模式與算法；（8）安全保護(hù)與提高故障診斷及緊急運(yùn)行能力的研究；（9）提高整個(gè)噴射系統(tǒng)的優(yōu)化匹配；（10）提高系統(tǒng)的可靠性，降低制造成本。1.6

汽車啟動(dòng)停止系統(tǒng)在城市中,由于人口和車輛比較集中,造成了城市車輛運(yùn)行工況的特殊性,特別是對于城市公交車來說,?？康恼军c(diǎn)多,再加上交通道口紅燈停車,起步和停車十分頻繁,造成了發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的大部分能量在制動(dòng)過程中以摩擦生熱的形式消耗又由于存在長時(shí)間的停車工況,使發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間地處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),造成車速低、油耗高、污染嚴(yán)重等問題.汽車起動(dòng)停止系統(tǒng)(StartStopSystem)由此應(yīng)運(yùn)而生,同時(shí)也稱為汽車怠速停止和起動(dòng)系統(tǒng)(IdlingStop&StartSystem,ISS)。汽車起動(dòng)停止系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理工作原理可簡要敘述為:在車輛停止、發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)將自動(dòng)關(guān)閉,當(dāng)駕駛?cè)擞兄匦缕饎?dòng)車輛的意愿時(shí),可以自動(dòng)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)車輛行駛。汽車起動(dòng)停止系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理具體工作原理：當(dāng)車速傳感器檢測到車輛停止，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器檢測到發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài),制動(dòng)踏板傳感器檢測到制動(dòng)踏板被踩下,而且擋位傳感器檢測到變速器未處于R位時(shí),這些信號將傳遞至起動(dòng)停止系統(tǒng)控制器(ISC),ISC判定車輛滿足了怠速停止的條件,ISC將關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的命令發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)ECU,發(fā)動(dòng)機(jī)ECU再發(fā)送信號給點(diǎn)火系統(tǒng)停止點(diǎn)火或燃油泵停止供應(yīng)燃油來關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)。

當(dāng)制動(dòng)踏板傳感器檢測到駕駛?cè)怂砷_制動(dòng)踏板,加速踏板傳感器檢測到加速踏板被踩下,且擋位傳感檢測到變速器處于D位時(shí),ISC則判定駕駛?cè)嗽噲D起動(dòng)車輛,ISC發(fā)送信號給電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī),電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)利用蓄電池的電力來起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)送命令給點(diǎn)火開關(guān)開始點(diǎn)火或燃油泵開始供油,基于電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的