汽車及其制造中的節(jié)能技術(shù).ppt

專題 汽車及其制造中的節(jié)能技術(shù),節(jié)能技術(shù),1整車節(jié)能技術(shù),2發(fā)動機(jī)節(jié)能技術(shù) （動力源節(jié)能）,3制造過程中的節(jié)能技術(shù),汽車傳動系與發(fā)動機(jī)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(jī)節(jié)能的因素 提高充量系數(shù)的技術(shù) 汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù) 廢氣渦輪增壓發(fā)動機(jī) 汽油機(jī)燃油噴射與點(diǎn)火系統(tǒng)電子控制 柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)電子控制 發(fā)動機(jī)其他節(jié)能技術(shù),1.整車制造企業(yè)節(jié)能技術(shù),2.相關(guān)企業(yè)節(jié)能技術(shù),(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(diào) 動力節(jié)能,1汽車阻力特性節(jié)能 2車身造型設(shè)計(jì)節(jié)能 3車身結(jié)構(gòu)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(jī)匹配 一、傳動系匹配節(jié)能,傳動系的最小傳動比應(yīng)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(yīng)的最高車速行駛，而傳動系的最大傳動比應(yīng)保證汽車能克服最大行駛阻力并具有適當(dāng)大小的最低車速。 節(jié)能原理： 在汽車設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)發(fā)動機(jī)性能和汽車的常用行駛工況確定后，合理選擇傳動比，進(jìn)行傳動系與發(fā)動機(jī)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(jì)性。,AB線為發(fā)動機(jī)萬有特性的最佳燃油消耗曲線，R區(qū)為發(fā)動機(jī)的常用工作區(qū)，顯然R區(qū)距AB線越近，發(fā)動機(jī)燃料經(jīng)濟(jì)性越好。 如何在使用中節(jié)能：當(dāng)車速一定時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速可以在等功率線P上任一點(diǎn)工作。因此可以通過減小或，使發(fā)動機(jī)在較低轉(zhuǎn)速下工作，也即使發(fā)動機(jī)萬有特性上的工作點(diǎn)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(shí)現(xiàn)節(jié)油。,發(fā)動機(jī)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(yīng)能保證實(shí)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(yīng)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最高車速； 應(yīng)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(jì)性。同時，在最高檔與最低檔之間，應(yīng)有適當(dāng)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(jì)性有著密切的關(guān)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(kuò)大可以明顯地改善汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性。 就動力性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動機(jī)發(fā)揮最大功率附近高功率的機(jī)會，提高了汽車的加速與爬坡能力。就燃油經(jīng)濟(jì)性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動機(jī)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(jì)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(rèn)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(jìn)式速比分配。 節(jié)能原理: 使發(fā)動機(jī)總在同一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)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(shí)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(yuǎn)大于低速區(qū)域。因此，較高檔間速比的比值應(yīng)小于較低檔間速比比值，才能保持發(fā)動機(jī)工作的轉(zhuǎn)速范圍不變?，F(xiàn)代轎車使用車速范圍大，多采用漸進(jìn)式速比分配。,等比分配速比的特性場,漸進(jìn)式速比分配的特性場,2合理選擇驅(qū)動橋的參數(shù),選擇驅(qū)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(jì)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(jì)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(jì)性與動力性。,燃油經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jìn)的液力自動變速器(AT)了 ),節(jié)能原理：通過實(shí)現(xiàn)傳動比隨著發(fā)動機(jī)工作情況而連續(xù)改變，從而得到傳動系與發(fā)動機(jī)工況的最佳匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性。起到節(jié)能效果。,以下詳細(xì)介紹各種變速器,自動變速器,液力自動變速器(AT),機(jī)械無級變速器(CVT),電控機(jī)械式自動變速器(AMT),通過實(shí)現(xiàn)傳動比連續(xù)改變，從而得到傳動系與發(fā)動機(jī)工況的最佳匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)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(jī)械傳動結(jié)構(gòu)基本不變，所以齒轉(zhuǎn)傳動固有的傳動效率高、機(jī)構(gòu)緊湊、工作可靠,由于液力傳動存在著液力損失，與機(jī)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(jì)性差。但通過與發(fā)動機(jī)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(jī)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(jié)構(gòu)基本相同，仍由泵輪、渦輪和導(dǎo)輪組成。不同之處在于它的導(dǎo)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(dǎo)輪固定套上。單向離合器對導(dǎo)輪有單向鎖止作用，使導(dǎo)輪只能朝順時針方向旋轉(zhuǎn)(從發(fā)動機(jī)前面看)，但不能朝逆時針方向旋轉(zhuǎn)。,導(dǎo)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(nèi)，變矩器的效率高于偶合器，當(dāng) ，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(dāng)傳動比達(dá)到 時，轉(zhuǎn)為按偶合器特性工作，從而擴(kuò)大了高效率的范圍，其效率特性曲線如圖上實(shí)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(dāng)汽車的行駛工況達(dá)到設(shè)定目標(biāo)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(jī)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(dǎo)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(shí)質(zhì)上就是確定在何點(diǎn)進(jìn)行液力檔與機(jī)械檔之間的轉(zhuǎn)換，即確定最佳鎖止點(diǎn)。鎖止點(diǎn)的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來決定，有在偶合器工況點(diǎn)，也有在對應(yīng)最高效率點(diǎn)，或者設(shè)在它們中間。 為了實(shí)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(zhuǎn)速、車速和檔位為參數(shù)進(jìn)行控制。雙參數(shù)控制，包括以泵輪和渦輪轉(zhuǎn)速為參數(shù)的控制方式、渦輪轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)驅(qū)動離合器動作的油壓，可以實(shí)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(zhuǎn)，一部分動力經(jīng)液力傳遞，另一部分經(jīng)鎖止離合器機(jī)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(jī)熄火。 液力變矩器滑差控制的控制策略如下：,在低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下，完全不考慮鎖止，以隔離發(fā)動機(jī)低速時較大的轉(zhuǎn)矩波動向變速器傳遞。 在發(fā)動機(jī)中高轉(zhuǎn)速小負(fù)荷時，轉(zhuǎn)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(jī)中高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷時，轉(zhuǎn)矩波動較大，保持鎖止離合器一定的滑轉(zhuǎn)。,四、機(jī)械無級變速器（CVT）,無級變速，可使發(fā)動機(jī)經(jīng)常處在最有效的工作點(diǎn)下運(yùn)轉(zhuǎn)。,多檔變速器與無級變速器的區(qū)別,1無級變速器的特點(diǎn),經(jīng)濟(jì)性好：無級變速器可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級變速，從而獲得傳動系與發(fā)動機(jī)工況的最佳匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)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(jié)構(gòu)簡單，零部件數(shù)目比液力自動變速器少。,2機(jī)械無級變速器的結(jié)構(gòu)及工作原理,金屬帶式無級變速器 結(jié)構(gòu)示意圖 1發(fā)動機(jī)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(gòu)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(zhuǎn)動軸線與輸入、輸出盤轉(zhuǎn)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(jī)械無級變速器的應(yīng)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(jī)；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(jī)構(gòu)；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(jī)；2扭轉(zhuǎn)減振器；3變矩器；4轉(zhuǎn)換離合器；5工作輪；6、9內(nèi)、外側(cè)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(jìn)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(yùn)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(zhuǎn) ：單向超越離合器在一個轉(zhuǎn)動方向傳遞轉(zhuǎn)矩，而在相反方向轉(zhuǎn)矩作用下則空轉(zhuǎn)（如綜合式液力變矩器中用于鎖止或解除鎖止導(dǎo)輪的單向離合器）。 間歇運(yùn)動 ：通過雙向超越離臺器和單向超越離合器的適當(dāng)組合，可以實(shí)現(xiàn)從動部分作某種規(guī)律的間歇運(yùn)動。,超越離臺器是一種靠主、從動部分的相對運(yùn)動速度變化或回轉(zhuǎn)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(dāng)解除了發(fā)動機(jī)的驅(qū)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(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)或不運(yùn)轉(zhuǎn)，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(yīng)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(yīng)用超越離合器，不僅能夠?qū)崿F(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(qiáng)度。,二、超越離合器的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖 1外環(huán)；2內(nèi)環(huán)；3楔塊,三、超越離合器的應(yīng)用 1超越離合器裝在變速器中,2超越離合器裝在驅(qū)動橋末端,超越滑行半軸離合器結(jié)構(gòu)示意圖 1前進(jìn)棘爪；2倒車棘爪；3半軸；4殼體；5軸承；6調(diào)速銷；7端蓋；8調(diào)速齒輪；9齒扇；10調(diào)整墊片,3應(yīng)用超越離合器的特點(diǎn),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(yīng)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(jì)車速范圍內(nèi)，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(fù)雜情況，從而有利于安全行車。 減少機(jī)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(jī)械能(動能)轉(zhuǎn)化為其他形式的能量進(jìn)行回收，并加以再利用的技術(shù)。 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(fù)荷，減少磨損，提高汽車行駛安全性和使用經(jīng)濟(jì)性。 原理:先將汽車制動或減速時的一部分機(jī)械能（動能）經(jīng)再生系統(tǒng)轉(zhuǎn)換（或轉(zhuǎn)移）為其他形式的能量（旋轉(zhuǎn)動能、液壓能、化學(xué)能等），并儲存在儲能器中，同時產(chǎn)生一定的負(fù)荷阻力使汽車減速制動；當(dāng)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(zhuǎn)換為汽車行駛所需的動能（驅(qū)動力）。,一、制動能量回收方法 根據(jù)不同的儲能機(jī)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(xué)儲能。 1飛輪儲能 飛輪儲能是利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來存儲和釋放能量。 工作原理：當(dāng)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(zhuǎn)換為飛輪高速旋轉(zhuǎn)的動能；當(dāng)車輛再次起動或加速時，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪又將存儲的動能通過傳動裝置轉(zhuǎn)化為車輛行駛的驅(qū)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(zhuǎn)換成液壓能，并將液壓能儲藏在液壓蓄能器中；當(dāng)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(jī)械能的形式反作用于車輛，以增加車輛的驅(qū)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(xué)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(jī)轉(zhuǎn)化為電能并以化學(xué)能的形式存儲在儲能器中；當(dāng)車輛需要起動或加速時，再將存儲器中的化學(xué)能通過電動機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)/電動機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能之間的轉(zhuǎn)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(nèi)。,電化學(xué)儲能式制動能量回收 系統(tǒng)原理圖,電化學(xué)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(xué)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(jī)的速度和轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(yīng)用的技術(shù)瓶頸仍是高性能、低成本的電化學(xué)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(gòu)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(jī)、電動機(jī)、蓄電池構(gòu)成的電能式；由飛輪、無級變速器（CVT）構(gòu)成的動能式；由液壓泵液壓馬達(dá)，蓄能器構(gòu)成的液壓式三種。 1）電能式 缺點(diǎn)：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(jī)械式CVT沒有達(dá)到普及的程度，故一般以電氣或液壓流體作為換能介質(zhì)。 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(zhì)量比較大，對于大型車輛目前已接近實(shí)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(yùn)行狀態(tài)時，其能量回收系統(tǒng)相應(yīng)的工作情況分別為：,起動階段：駕駛員進(jìn)行起動操作時，開關(guān)閥打開。壓力油從蓄能器中輸出，驅(qū)動液壓馬達(dá)。即使發(fā)動機(jī)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(dá)工作，對發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩起助力作用。即車輛加速時的能源不僅來自發(fā)動機(jī)，而且來自液壓馬達(dá)。 正常運(yùn)行階段：此時僅由發(fā)動機(jī)提供車輛驅(qū)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(zhuǎn)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(dú)立發(fā)電機(jī)的能量回收裝置,1、2前軸制動電機(jī)；3后計(jì)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(qū)動電機(jī)；10EBC閥；11制動主缸；12制動踏板；13制動開關(guān)；14壓力傳感器；15前旁通閥；16、前計(jì)量閥,全輪驅(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化所吸收的大量能量的缺點(diǎn)，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(yīng)用受到很大限制。,2）有獨(dú)立發(fā)電機(jī)的能量回收裝置,帶發(fā)電機(jī)的能量回收裝置 1驅(qū)動輪；2驅(qū)動軸；3變速器和差速器；4驅(qū)動電機(jī)；5、13支架；6發(fā)電機(jī)；7、11傳動軸；8前橋；9轉(zhuǎn)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(dá)到較高的值，在約幾百A的范圍內(nèi)，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(yù)期壽命。 此外，當(dāng)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(dǎo)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(dǎo)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(dá)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(guān)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(jī)艙內(nèi)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(zhuǎn)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(jī)艙內(nèi)流場,轎車在停車狀態(tài)下冷卻風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)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(jī)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(fēng)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(jìn)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(fēng)扇的壓力升高PV。,結(jié)論： 完善冷卻系統(tǒng)氣流的進(jìn)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(dá)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(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢,車身造型進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)空氣動力化。 發(fā)動機(jī)的布置形式。 設(shè)置前、后擾流板等氣動力學(xué)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(nèi)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(xì)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(jié)構(gòu)輕量化 （一）車身輕量化技術(shù)概述,普通汽車自重質(zhì)量每減輕100kg，可節(jié)油0.20.3L/100km，而轎車的質(zhì)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(dāng)整車質(zhì)量減輕10%時： 汽車的燃油經(jīng)濟(jì)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(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)汽車車身輕量化是改善汽車經(jīng)濟(jì)性的有效方法。,輕量化技術(shù)節(jié)能原理：通過使用輕量化技術(shù)，可以在具有原有強(qiáng)度剛度的條件下，使得汽車整車質(zhì)量得到降低，從而一方面降低了運(yùn)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(shù)： 汽車結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì) 可以采用前輪驅(qū)動、高剛性結(jié)構(gòu)、超輕懸架結(jié)構(gòu)、部件薄壁化、中空化，小型化及復(fù)合化等來達(dá)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(dá)到汽車輕量化的目的。目前主要是采用高強(qiáng)度鋼材、鋁鎂合金，工程塑料和各種復(fù)合材料進(jìn)行汽車輕量化設(shè)計(jì)。,（二 ）車身結(jié)構(gòu)輕量化的途徑 1 車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì) （1）變截面薄板及其在車身制造中的應(yīng)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(shè)計(jì)的強(qiáng)度和剛度要求，采用激光焊接技術(shù)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(jìn)行沖壓。TWB可以根據(jù)需要任意進(jìn)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(shù)，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(yīng)用中尚需解決的問題,車身覆蓋件壓模具的設(shè)計(jì) 對于變截面薄板來說，原來基于等厚度板材所建立的力學(xué)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(shè)計(jì)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(fù)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(jié)構(gòu)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(jī)械性能的非均一化，將會使工件回彈問題變得更為復(fù)雜。,2 車身結(jié)構(gòu)輕量化材料的選擇,使用密度小、強(qiáng)度高的輕質(zhì)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(qiáng)度鋼； 使用基于新材料加工技術(shù)的輕量化結(jié)構(gòu)用材，如連續(xù)擠壓變截面型材、金屬基復(fù)合材料板、激光焊接板材等。,（三）、車身結(jié)構(gòu)輕量化的發(fā)展趨勢 1 我國汽車輕量化技術(shù)發(fā)展面臨的主要問題,需要運(yùn)用多學(xué)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(jī)構(gòu)對其關(guān)鍵、重大問題進(jìn)行戰(zhàn)略性和前瞻性的超前部署，而目前此類機(jī)構(gòu)尚未建立； 產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合不夠緊密，基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)研究的有機(jī)銜接不夠。,2 我國汽車輕量化技術(shù)研發(fā)重點(diǎn),汽車輕量化技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究 汽車輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 汽車輕量化材料沖壓理論與工藝技術(shù)研究 汽車輕量化激光加工技術(shù)與裝備研究,3 汽車輕量化先進(jìn)材料開發(fā)研究,高強(qiáng)度鋼板 ； 鋁合金； 鎂合金； 泡沫合金板； 蜂窩夾芯復(fù)合板； 工程塑料； 高強(qiáng)度纖維復(fù)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(cè)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(jié)構(gòu)、材料和氣壓等因素有著密切的關(guān)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(dá)到節(jié)能的目的。,（一）輪胎對汽車節(jié)能的影響 1、輪胎的結(jié)構(gòu)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(nèi)部摩擦損失以及輪胎各組成件之間的機(jī)械摩擦損失，即內(nèi)胎與外胎、輪胎與輪轂、橡膠與簾布層等之間的機(jī)械摩擦損失?？梢酝ㄟ^降低以上摩擦損失來節(jié)能。 因此輪胎的結(jié)構(gòu)和材料對于滾動阻力系數(shù)f值有著較大的影響，進(jìn)而影響汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。,2、輪胎的花紋選擇,輪胎花紋對于汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性有著重要的影響。 良好的輪胎花紋應(yīng)該具有： 最大的耐磨性， 良好附著性， 抗汽車直滑和側(cè)滑性， 行駛無噪音 良好的由外胎向外導(dǎo)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(dǎo)致燃油消耗量增多。 當(dāng)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(guān)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(qiáng)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(yuǎn)近來進(jìn)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(yīng)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(yīng)等或接近于輪胎的額定負(fù)荷。,專題2 汽車發(fā)動機(jī)節(jié)能技術(shù),影響汽車發(fā)動機(jī)節(jié)能的因素 提高充量系數(shù)的技術(shù) 汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù) 廢氣渦輪增壓發(fā)動機(jī) 汽油機(jī)燃油噴射與點(diǎn)火系統(tǒng)電子控制 柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)電子控制 發(fā)動機(jī)其他節(jié)能技術(shù),發(fā)動機(jī)節(jié)能技術(shù)發(fā)展,在汽油機(jī)方面主要應(yīng)用電子控制燃油噴射系統(tǒng)（EFI）；為了提高發(fā)動機(jī)充氣效率，增加氣門數(shù)量，并應(yīng)用可變配氣相位裝置, VVT-i發(fā)動機(jī)、同時采用渦輪增壓系統(tǒng)、進(jìn)氣諧波增壓系統(tǒng)；稀薄混合氣燃燒，缸內(nèi)直噴;靈活燃料發(fā)動機(jī)等。此外還有發(fā)動機(jī)柴油機(jī)化。,第一節(jié) 影響汽車發(fā)動機(jī)節(jié)能的因素 一、影響汽車發(fā)動機(jī)熱效率的因素,汽油機(jī)定容加熱循環(huán)的熱效率：,低速柴油機(jī)定壓加熱循環(huán)的熱效率：,高速柴油機(jī)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(yù)脹比。,提高發(fā)動機(jī)熱效率的主要措施有： 提高壓縮比，稀燃技術(shù)，直噴技術(shù)，增壓、中冷技術(shù)，可變氣門正時技術(shù)，改善進(jìn)排氣過程，改善混合氣在氣缸中的流動方式，改進(jìn)點(diǎn)火配置提高點(diǎn)火能量，優(yōu)化燃燒過程，電控噴射技術(shù)，高壓共軌技術(shù)，絕熱發(fā)動機(jī)技術(shù)等。（后面詳述）,二、影響發(fā)動機(jī)節(jié)能的因素,影響發(fā)動機(jī)產(chǎn)品制造過程中材料消耗多少的指標(biāo)是比質(zhì)量 me （發(fā)動機(jī)質(zhì)量功率比），而影響比質(zhì)量大小的主要因素又是升功率 PL 。PL 越高，表明發(fā)動機(jī)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(jī)尺寸就越小。,式中：H燃料低熱值；lo化學(xué)計(jì)量空燃比，即燃燒1kg燃料所需的理論空氣質(zhì)量；it指示熱效率；m機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)數(shù)；s發(fā)動機(jī)進(jìn)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(jī)換氣過程，提高充量系數(shù) c ； 提高轉(zhuǎn)速 n ，以增加發(fā)動機(jī)單位時間內(nèi)發(fā)動機(jī)每個氣缸作功的次數(shù)； 采用增壓技術(shù)，以增加進(jìn)氣密度 s 。,第二節(jié) 提高充量系數(shù)的技術(shù),充氣效率的含義： 充氣效率是指在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣行程進(jìn)，實(shí)際進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮氣體（空氣或可燃混合氣）的質(zhì)量與在進(jìn)氣行程進(jìn)口狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的氣體質(zhì)量的比值。,節(jié)能原理：此技術(shù)增加進(jìn)排氣門流通面積，從而減小了進(jìn)排氣阻力 ，提高了充氣效率，同時提高了升功率即單位質(zhì)量發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率被利用的越多，因此提高汽油機(jī)的節(jié)能效率。,以下的一，二，三都是采用此節(jié)能原理進(jìn)行節(jié)能,一、采用多氣門機(jī)構(gòu) 案例：寶馬公司的直列4缸2.0升發(fā)動機(jī)，由于其獨(dú)特的可變氣門技術(shù)，在功率和扭矩輸出上絲毫不遜于普通的6缸機(jī)，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(shù)，也達(dá)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(shù)后，寶來1.8T4缸機(jī)的功率和扭矩也能達(dá)到普通6缸機(jī)的水平,二氣門及四氣門柴油機(jī) 性能指標(biāo)比較圖 四氣門； 二氣門,二氣門及四氣門柴油機(jī)油耗及 有害排放物對比圖 二氣門； 四氣門,轉(zhuǎn)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(jī) 的性能比較,五氣門發(fā)動機(jī)與四氣門 發(fā)動機(jī)性能比較,二、采用可變配氣系統(tǒng)技術(shù),控制發(fā)動機(jī)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(jìn)氣門開啟相位提前，一方面為進(jìn)氣過程提供了較多的時間，特別有利于解決高轉(zhuǎn)速時進(jìn)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(jìn)入進(jìn)氣管，隨后又同新鮮充量一起返回氣缸，造成了較高的內(nèi)部排氣再循環(huán)率，可降低油耗和 NOx 排放，但同時也導(dǎo)致起動困難、怠速不穩(wěn)定和低速工作粗暴。 進(jìn)氣門關(guān)閉相位推遲，一方面在高轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速時又會將已經(jīng)吸入氣缸的新鮮充量重又推回到進(jìn)氣管中。 氣門升程增大，一方面在高負(fù)荷時有利于提高體積效率；另一方面在低負(fù)荷時又不得不將節(jié)氣門關(guān)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(biāo)定功率。 提高低速轉(zhuǎn)矩。 改善起動性能。 提高怠速穩(wěn)定性。 提高燃油經(jīng)濟(jì)性達(dá) 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(jìn)發(fā)動機(jī)技術(shù)，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(shù)作為本田公司VTEC技術(shù)的升級技術(shù)，其不僅完全保留了VTEC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，而且加入了當(dāng)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(jī)，VVT-i是豐田獨(dú)有的領(lǐng)先發(fā)動機(jī)技術(shù)，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(shù)，就是在原有VVT-i對進(jìn)氣閥門進(jìn)行控制的基礎(chǔ)上，雙VVT-i對排氣閥門也進(jìn)行控制。 3日產(chǎn)CVTC,大眾公司相似的技術(shù)是 “Variable Valve Timing”，中文叫做“可變進(jìn)氣相位（正時）”。 國內(nèi)首款CVVT發(fā)動機(jī)已于今年8月在吉利汽車公司量產(chǎn)，吉利的中級車遠(yuǎn)景將搭載該型號的1.8L發(fā)動機(jī)。,1. 可變氣門正時,相位可變的凸輪軸構(gòu)造示意 l螺旋花鍵套；2回位彈簧；3凸輪軸；4驅(qū)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(nèi)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(qū)動鏈輪 4 的螺旋花鍵孔嚙合。當(dāng)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(jī)油通過中空的凸輪軸供給。,VVT 對發(fā)動機(jī)性能的影響,2. 氣門升程可變,可變凸輪機(jī)構(gòu)一般都是通過兩套凸輪或搖臂來實(shí)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(jī)構(gòu) 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(jī)在高速工況，壓力高的液壓油進(jìn)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(guān)。此時搖臂軸左端并無壓力高的液壓油進(jìn)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(jī)低速工況，液壓油則進(jìn)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(dāng)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(jìn)氣門升程和曲線連續(xù)可變的凸輪機(jī)構(gòu) 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(jī)進(jìn)氣量和負(fù)荷高低，因而不必用節(jié)氣門控制負(fù)荷。,3. 電磁氣門機(jī)構(gòu) 電磁氣門驅(qū)動（electromagnetic valve actuation）是利用電磁鐵產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動氣門。,電磁式氣門驅(qū)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(dǎo)管,電磁氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)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(jī)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(jī)啟動時，氣門驅(qū)動裝置初始化，控制系統(tǒng)根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角，判定氣門在這一時刻應(yīng)有的開、關(guān)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(guān)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(guān)閉時，線圈 2 斷電，銜鐵和氣門在彈簧力的作用下向上運(yùn)動；在氣門接近關(guān)閉位置時，線圈 5 通電，電磁力幫助氣門（銜鐵）快速運(yùn)動至關(guān)閉位置。此后線圈 5 繼續(xù)通電，使氣門保持在關(guān)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(yùn)動。如此循環(huán)往復(fù)。 電磁氣門驅(qū)動控制方便，結(jié)構(gòu)較為簡單，是比較容易想到的無凸輪軸氣門驅(qū)動方式。它的主要問題是氣門落座沖擊大，電磁響應(yīng)速度不夠高，能量消耗及尺寸過大。,4. 電液氣門驅(qū)動,電液氣門驅(qū)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(nèi)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(yùn)動。 這種電液式無凸輪軸氣門驅(qū)動系統(tǒng)，可使發(fā)動機(jī)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(qū)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(jī)氣門導(dǎo)桿頂部相連?；钊锨患瓤梢耘c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(jī)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(guān)閉。低壓電磁閥的開關(guān)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(qū)動系統(tǒng)的氣門運(yùn)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(guān)閉，氣門全開；d）低壓電磁閥開啟，氣門關(guān)閉加速； e）高壓單向閥開啟，氣門關(guān)閉減速； f）低壓電磁閥再次開啟，氣門落座,三、合理利用進(jìn)氣動態(tài)效應(yīng),節(jié)能原理：進(jìn)氣門的開啟和活塞的運(yùn)動是一種擾動，會在進(jìn)氣系統(tǒng)產(chǎn)生膨脹波。這個膨脹波從進(jìn)氣門出發(fā)，以當(dāng)?shù)芈曀賯鞑サ焦芏恕Ｒ驗(yàn)檫M(jìn)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(dāng)?shù)芈曀俜聪騻骰剡M(jìn)氣門。如果這個壓縮波傳到進(jìn)氣門時進(jìn)氣門開啟著，那么由于這個壓縮波引起的質(zhì)點(diǎn)振動方向與進(jìn)氣氣流方向一致，進(jìn)氣氣流因此而得到增強(qiáng)，氣缸充量系數(shù)將會提高，提高了發(fā)動機(jī)的升功率，同時轉(zhuǎn)矩也將增大。這種效應(yīng)稱為進(jìn)氣管動態(tài)效應(yīng)。 四沖程發(fā)動機(jī)要利用好這一效應(yīng)必須滿足下列條件：,L進(jìn)氣管長度（m）； c當(dāng)?shù)芈曀伲╩s）； se進(jìn)氣有效持續(xù)角（A）； n發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）。,進(jìn)氣管長度對進(jìn)氣波動效應(yīng)的影響,Audi V6發(fā)動機(jī)的可變長度進(jìn)氣管 1活門；2膜片閥,第三節(jié) 汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù),稀薄燃燒汽油機(jī)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(jī)。,節(jié)能原理,通過增加發(fā)動機(jī)的壓縮比，優(yōu)化發(fā)動機(jī)的燃燒效率等主要提高發(fā)動機(jī)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(zhì)稀薄燃燒技術(shù) 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(jī)的扭矩，而消耗的燃油不變，發(fā)動機(jī)功率增加了，也就是發(fā)動機(jī)的熱效率提高了。,2.碗形燃燒室,碗形燃燒室,HRCC發(fā)動機(jī)與常規(guī)發(fā)動機(jī)油耗和排污的比較 實(shí)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(shù) （一）分層燃燒系統(tǒng),為合理組織燃燒室內(nèi)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(jìn)氣道噴射的分層燃燒方式和缸內(nèi)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(jìn)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(qiáng)烈的進(jìn)氣渦流和進(jìn)氣過程后期進(jìn)氣道噴射，使利于火花點(diǎn)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(shí)現(xiàn)的。在一個進(jìn)氣道噴射的汽油生成濃混合氣，在滾流的引導(dǎo)下經(jīng)過設(shè)置在氣缸中央的火花塞，在其兩側(cè)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(jì)性比常規(guī)汽油機(jī)提高 68，NOx 含量（體積分?jǐn)?shù)）下降80。,2. 缸內(nèi)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(nèi)直噴分層混合氣燃燒（GDI）主要依靠由火花塞處向外擴(kuò)展的由濃到稀的混合氣，目前實(shí)現(xiàn)方法有三種，即借助于燃燒室形狀的壁面引導(dǎo)方式，依靠氣流運(yùn)動的氣流引導(dǎo)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?xì)渑欧鸥叩闹饕?；后一種方式則與噴霧特性、噴射時刻關(guān)系密切，但控制起來比前兩種要難。,GDI發(fā)動機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：,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(nèi)氣化吸熱使壓縮終點(diǎn)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(jìn)氣節(jié)流閥，泵氣損失可降低 15。 中小負(fù)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(jī)存在的主要問題：,難以在所要求的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)使燃燒室內(nèi)混合氣實(shí)現(xiàn)理想的分層。分層燃燒對燃油蒸氣在缸內(nèi)的分布要求很高，通常噴油時刻、點(diǎn)火時刻、空氣運(yùn)動、噴霧特性和燃燒室形狀配合必須控制得十分嚴(yán)格，否則很容易發(fā)生燃燒不穩(wěn)定和失火。 噴油器內(nèi)置氣缸內(nèi)，噴孔自潔能力差，容易結(jié)垢，影響噴霧特性和噴油量。 低負(fù)荷時 HC 排放高，高負(fù)荷時 NOx 排放高，有碳煙生成。 部分負(fù)荷時混合氣稀于理論空燃比，三效催化器轉(zhuǎn)化效率下降，需采用選擇性催化轉(zhuǎn)化 NOx 。 氣缸和燃油系統(tǒng)磨損增加。,（二）舉例典型缸內(nèi)直噴燃燒系統(tǒng) 1. 三菱缸內(nèi)直噴分層充量燃燒系統(tǒng),三菱公司 GDI 發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)圖,2.豐田缸內(nèi)直噴分層充量燃燒系統(tǒng),低速低負(fù)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(fù)荷時，進(jìn)氣行程就開始噴油，以形成完全的均質(zhì)化學(xué)計(jì)量比燃燒。在分層燃燒與均質(zhì)化學(xué)計(jì)量比燃燒領(lǐng)域之間，有弱分層燃燒和均質(zhì)燃燒兩個區(qū)域。,第四節(jié) 廢氣渦輪增壓發(fā)動機(jī),一、廢氣渦輪增壓發(fā)動機(jī)性能 1. 增壓柴油機(jī) （案例：東方紅4110增壓 柴油機(jī) ）,節(jié)能原理：廢氣渦輪增壓器是利用發(fā)動機(jī)廢氣的剩余能量（不消耗功率），推動渦輪提高進(jìn)氣壓力，隨之加大進(jìn)油量，從而提高發(fā)動機(jī)功率和燃油經(jīng)濟(jì)性。,經(jīng)濟(jì)性：,柴油機(jī)增壓后，平均指示壓力 大大增加，而其平均機(jī)械損失壓力 卻增加不多，因此，機(jī)械效率m 提高； 由于增壓適當(dāng)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(jī)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(jī)功率相同，則增壓發(fā)動機(jī)可以減少排量，顯然，這樣使機(jī)械損失減少，燃油消耗率降低。另外，由于發(fā)動機(jī)排量減少，整臺發(fā)動機(jī)體積、質(zhì)量都會減少，這樣降低整車油耗也有利； 發(fā)動機(jī)采用增壓后，還可以在保證原有功率和一定轉(zhuǎn)矩下，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。這樣，由于機(jī)械損失和磨損減少，對改善燃料經(jīng)濟(jì)性有利。,排氣污染和噪聲 ：,由于增壓柴油機(jī)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(jī)的1/31/2 ； 由于增壓適當(dāng)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(shù)，可顯著減少 NOx 排放 ； 由于增壓后，柴油機(jī)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(shè)置，使進(jìn)、排氣噪聲也有所減少,缺點(diǎn)：,主要體現(xiàn)在低速轉(zhuǎn)矩特性和加速性下降等方面。 低速時，由于增壓壓力下降，轉(zhuǎn)矩 TTq 的增量明顯比高速時低，這就使轉(zhuǎn)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(jī)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(yīng)緩慢，增壓器葉片也有較大慣性，致使各種響應(yīng)都變慢，不僅進(jìn)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(jì)性能變差。,2. 增壓汽油機(jī)案例：速騰車型上的1.4TSI、1.6L和2.0L三款汽油機(jī)的性能如下。從表中可以明顯看出，1.4TSI渦輪增壓汽油機(jī)的動力性能比2.0L自然吸氣汽油機(jī)優(yōu)越。,存在的主要問題：汽油機(jī)增壓后，壓縮終點(diǎn)和溫度都加大，爆燃傾向加劇，熱負(fù)荷更加嚴(yán)重。若燃料辛烷值不提高，就必須采取降低壓縮比，推遲點(diǎn)火等相應(yīng)措施，其結(jié)果會導(dǎo)致熱效率的下降。此外，汽油機(jī)增壓同樣存在低速轉(zhuǎn)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(shù)的應(yīng)用可以有效改善低速轉(zhuǎn)