汽車油氣混合系統(tǒng)的進化與制約.doc

哈爾濱應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 論 文題 目汽車油氣混合系統(tǒng)的進化與制約學(xué)生姓名鐘海洋系部名稱汽車工程系專業(yè)班級汽車檢測與維修指導(dǎo)教師李勝教研室起止時間教 務(wù) 處 制畢業(yè)論文項目表填表日期年 月 日迄今已進行 周剩余 周學(xué)生姓名鐘海洋系部汽車工程系專業(yè)、班級汽車檢測與維修指導(dǎo)教師姓名職稱從事專業(yè)是否外聘是否題目名稱汽車油氣混合系統(tǒng)的進化與制約指導(dǎo)教師意 見 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日系 意 見系主任簽字： 年 月 日畢業(yè)答辯成績：年 月 日小組答辯委員會成員簽字：年 月 日答辯委員會主任簽字：年 月 日汽車油氣混合系統(tǒng)的進化與制約摘要隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，汽車產(chǎn)量一年一年地增加，2006年已達720萬輛。我國汽車保有量越來越多，車型也越來越龐大。這迫使國家和社會更加注視汽車對于環(huán)境的污染，汽車節(jié)能減排技術(shù)上的發(fā)展。汽車技術(shù)的發(fā)展是被國家政策和環(huán)境制約的。人類心臟進化歷了數(shù)億年。但好在憑借著人類的聰明智慧，汽車的發(fā)動機在百年中經(jīng)歷了三次重大變革,從化油器電噴直噴。關(guān)鍵詞化油器， 電噴，直噴 ，混合動力，環(huán)保，經(jīng)濟 SummaryWith the rapid development of national economy, car production to increase year after year, 2006 has amounted to 7.2 million vehicles. More in auto possession, cars become large. This force the country and the society more watch for the environment pollution, car auto saving technical development. The development of automobile industry is restricted by the national policy and the environment. The human heart evolution in hundreds of millions of calendar. But fortunately with human wisdom, the cars engine in centuries experienced three major change, straight from the carburetor jet of efi. keywords The carburetor, efi, direct injection, hybrid, environmental protection, economy 前言正文1化油器發(fā)動機：英雄遲暮 02年退出市場2電噴發(fā)動機：思維改變 現(xiàn)在技術(shù)的先河3電子控制缸內(nèi)直噴: 未來階梯 承上啟下4混合動力： 百家爭鳴 另一路的進化 結(jié)論參考文獻前言 現(xiàn)在社會面臨著諸多的危機。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展解決許多問題，但是又有許多新的問題突然出現(xiàn)，我們不得不面對這些問題，我只能盡力做一些我們力所能及的事，為我們的環(huán)境和社會。正文1化油器發(fā)動機：英雄遲暮 02年退出市場化油器最早誕生于1892年，由美國人杜里埃發(fā)明。隨著技術(shù)的演進，化油器功能愈加完備，直到上個世紀中后期，化油器已經(jīng)分為五部分：主供油系統(tǒng)、起動系統(tǒng)、怠速系統(tǒng)、大負荷加濃系統(tǒng)（省油器）和加速系統(tǒng)。五部分的作用在于：根據(jù)發(fā)動機在不同情況下的需要，將汽油氣化，并與空氣按一定比例混合成可燃混合氣，及時適量進入氣缸。簡單的化油器由上中下三部分組成，上部分有進氣口和浮子室，中間部分有喉管、量孔、噴管，下部分有節(jié)氣門等。浮子室是一個矩形容器，存儲著來自汽油泵的汽油，容器里面有一只浮子利用浮面（油面）高度控制著進油量。中部的噴管一頭進油口與浮子室的量孔相通，另一頭出油口在喉管的咽喉處?；推鞯膬?yōu)點有：能夠?qū)?nèi)燃機的油氣比控制在理想的水平上，不論天候、溫度，永遠進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。當(dāng)然化油器也存在許多弱點：比如,化油器使空氣和汽油在節(jié)氣門以上的進氣管混合，然后隨著進氣門的打開而進入氣缸。由于這種裝置是純機械的，所以對汽油和空氣的混合不是很精確，另外由于化油器不能對空燃比進行有效的調(diào)節(jié)，在化油器幾十年的發(fā)展當(dāng)中也進行了不斷的改進，加入了諸如真空加濃、機械加濃等控制空燃比的裝置，也使得化油器的外形也越來越臃腫，在冷車啟動、怠速運轉(zhuǎn)、急加速或低氣壓環(huán)境等，這樣固定的供油方式實際上并無法全面滿足引擎的運轉(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，化油器在誕生的時刻就注定存在著這樣的弱點，但是當(dāng)時的技術(shù)還找不到替代的技術(shù)。人們不斷的給化油器增加附屬裝置，不短的改進化油器，但終究化油器還是不能滿足人們對發(fā)動機的要求。那怎么辦？唯一的辦法就是：換一種思維方式，不用化油器了！這才出現(xiàn)了我們現(xiàn)在使用較多的電噴發(fā)動機因此（當(dāng)然在電噴發(fā)動機和化油器發(fā)動機之間還出現(xiàn)過機械噴射式發(fā)動機）。 由于技術(shù)的發(fā)展和需要，2002年起，中國已經(jīng)明令禁止銷售化油器轎車，此后所有車型都改用電噴發(fā)動機。這是汽車進化的必然趨勢，因為已經(jīng)不符合用戶對于經(jīng)濟，國家對于環(huán)保的要求。2電噴發(fā)動機：思維改變 現(xiàn)在技術(shù)的先河 汽車電子控制系統(tǒng)主要包括傳感器，控制器和執(zhí)行器。 傳感器：電子控制系統(tǒng)的眼睛和耳朵，它將表達發(fā)動機工況及狀態(tài)，汽車行駛工況和狀態(tài)的各種物理參量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⑤斔徒o電子控制器。 電子控制器：電子控制系統(tǒng)的大腦，它對個傳感器輸入的電信號以及部分執(zhí)行器的反饋信號進行綜合處理，并向執(zhí)行器輸出控制信號，使執(zhí)行器安控制目標的要求進行工作。執(zhí)行器：電子控制系統(tǒng)的手和腳，它對控制器的控制信號做出迅速的反應(yīng)，使被控對象工作在設(shè)定的最佳狀態(tài)。電噴發(fā)動機和傳統(tǒng)化油器發(fā)動機相比有如下幾個優(yōu)勢： 1、噴油更加精確，經(jīng)濟性更佳 2、空燃比的控制更加精確，發(fā)動機動力有很大幅度的提升 3、閉環(huán)控制，排放更加環(huán)保 電噴提供最早出現(xiàn)于1967年，由德國保時捷公司研制的D型電子噴射裝置，隨后被用在大眾等德系轎車上。這種裝置是以進氣管里面的壓力做參數(shù)，但是它與化油器相比，仍然存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，不穩(wěn)定的缺點。針對這些缺點，波許公司又開發(fā)了一種稱為L型電子控制汽油噴射裝置，它以進氣管內(nèi)的空氣流量做參數(shù)，可以直接按照進氣流量與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關(guān)系確定進氣量，據(jù)此噴射出相應(yīng)的汽油。這種裝置由于設(shè)計合理，工作可靠，廣泛為歐洲和日本等汽車制造公司所采用，并奠定了今天電子控制燃油噴射裝置的雛形目前為止，電噴系統(tǒng)的行車電腦會隨時偵測引擎溫度、進氣流量、轉(zhuǎn)速變化、震動狀況，并依照實際需求調(diào)整供油量與點火時間，因此在動力輸出、燃油經(jīng)濟與排污表現(xiàn)上可以取得相當(dāng)不錯的平衡。同時為了增加發(fā)動機進氣量，提高燃油效率，發(fā)動機從早期的單點噴射，演化至多點噴射，氣門數(shù)量從兩個增加至五個。目前最先進的當(dāng)屬搭載VVT可變氣門技術(shù)的電噴發(fā)動機。 電噴供油系統(tǒng)的最大優(yōu)點就是燃油供給之控制十分精確，讓引擎在任何狀態(tài)下都能有正確的空燃比，不僅讓引擎保持運轉(zhuǎn)順暢，其廢氣也能合乎環(huán)保法規(guī)的規(guī)范。然而，電噴供油系統(tǒng)并不是最科學(xué)的。由于內(nèi)燃機構(gòu)造的先天限制，電噴噴嘴安裝在氣門旁，只有在氣門打開時才能完成油氣噴射，因此噴射會受到開合周期的影響，產(chǎn)生延遲，因而影響電腦對噴射時間的控制。不過好在這一問題已經(jīng)被缸內(nèi)直噴技術(shù)解決了。 一般而言，應(yīng)用了缸內(nèi)直噴技術(shù)的發(fā)動機要比同排量的多點噴射發(fā)動機的峰值功率提升10%至15%，而峰值扭矩能提升5%至10%。這樣的提升，可謂是一種質(zhì)變，而單靠增加氣門數(shù)量是難以達到這一效果的。直到上個世紀60年代，汽車用燃油輸送系統(tǒng) 絕大多數(shù)仍采用構(gòu)造簡單的化油器。 隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，世界汽車的保有量在60年代有了急劇的增長，由于傳統(tǒng)化油器混合氣調(diào)節(jié)不精確，汽車尾氣排放廢氣含量過高（CO、HC、NO化合物等），對大氣、環(huán)境的污染也日益嚴重，是造成全球氣候變暖，產(chǎn)生溫室效應(yīng)的一個重要因素。為此，美國在60年代提出了馬斯基法案，日本也在1968、1973、1976年分別提出了限制汽車尾氣排放的法規(guī)。同時隨著電子電裝技術(shù)的不斷進步，尤其集成電子技術(shù)（IC技術(shù)）的飛速發(fā)展，為汽車電子燃油噴射技術(shù)在汽車上的充分應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車的尾氣排放帶來的空氣污染日益嚴重，西方各國都制定了嚴格的汽車排放法規(guī)法案。同時受能源危機的沖擊以及電子技術(shù)、計算機等的飛速發(fā)展，促進了電子控制汽油噴射發(fā)動機的誕生。1953年美國奔第克斯（Bendix）首先開發(fā)了電子噴射器（Electrojector），1957年正式問世，開創(chuàng)了電控汽油噴射的先河在這一時代，由于技術(shù)不成熟對空燃比的控制精度比較低。但是隨著電子控制技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用，電子燃油控制的各種優(yōu)點漸漸顯現(xiàn)出來，包括各種精細的補償功能和良好的空燃比控制性、靈敏的節(jié)氣門響應(yīng)性、高功率的輸出。 1967年德國羅伯特博世公司在購買美國奔第克斯專利的基礎(chǔ)上，推出了速度密度型的DJetronic電控汽油噴射裝置，并在各大汽車公司得到應(yīng)用973年又開發(fā)了質(zhì)量流量式（massflow）LJetronic電子控制非連續(xù)噴射和Kjetronic機械式連續(xù)噴射。前者采用進氣歧管壓力作為控制噴油量的參數(shù)，在汽車工況急劇變化時控制效果不佳，后者則是利用空氣流量計測量進氣流量，并轉(zhuǎn)化為電信號輸給發(fā)動機電腦，來達到精密控制噴油量，降低排放污染的目的。1981年，博世又發(fā)表了LHJetronic電控燃油噴射系統(tǒng)，在控制能力上增加了一些更精確的細節(jié)，進一步改進了發(fā)動機各方面的性能。LH系統(tǒng)最大的特點是采用了熱線式空氣流量計。這是現(xiàn)在電噴汽車的主流計量空氣系統(tǒng)。 電子技術(shù)集成電路的發(fā)展，微電腦技術(shù)飛速發(fā)展。1984年豐田推出速度密度型的TLCS（Toyota Lean Combustion System）豐田稀薄燃燒系統(tǒng)的汽油噴射裝置，能在各種運轉(zhuǎn)工況下，對噴射時間，點火時間進行有效、出色的控制。同時中樞控制電腦不僅參與發(fā)動機的控制，還利用多路傳輸系統(tǒng)，各種BUS線與車身其它電子控制系統(tǒng)，如ECT、ABS、TRC共享信息運作，一機多用，使整車的駕乘性能產(chǎn)生了質(zhì)的提升。 但是電噴發(fā)動機不是最好的，在初期電噴發(fā)動機的成本非常高，不容易推廣。隨著技術(shù)的進步 ，各種零件的微型化和智能化，維修技術(shù)又跟不上去。由于傳感器的數(shù)量大量增加，事故的種類也隨之大大增加。由于是通過電信號來檢測各項數(shù)值，也會受無線電的干擾。故障率雖低,一旦壞了就難以修復(fù)（電腦件只能整件更換），但是與它的運行經(jīng)濟性和環(huán)保性相比，這些缺點就微不足道了。這使電噴發(fā)動機成為現(xiàn)在主流之選的重要原因代的燃油供給系統(tǒng)，經(jīng)歷了機械噴射時代、單點電子噴射時代、來到了現(xiàn)在普及的多點電子噴射（MFI）時代。每一次的改進都是為了讓燃油噴射量得到更精確的控制，讓霧狀燃氣與空氣更加充分地混合。工程師們對高性能發(fā)動機的追求從來沒有停止過，科技是不斷進步的，人們對于汽車的要求也越來越高，人們要求汽車要更加經(jīng)濟環(huán)保，要求汽車燒更少油的同時還要有更大的動力。人們希望對空燃比進行更加精確的控制，希望汽油和空氣能夠更好的混合霧化。這個時候變有了缸內(nèi)直噴技術(shù)3電子控制缸內(nèi)直噴: 未來階梯 承上啟下與電噴發(fā)動機相比，缸內(nèi)直噴發(fā)動機的噴油嘴被移到了汽缸內(nèi)部，因此缸內(nèi)油氣的量不會受氣門開合的影響，而是直接由電腦自動決定噴油時機與份量，至于氣門則僅掌管空氣的進入時程，兩者則是在進入到汽缸內(nèi)才進行混合的動作。由于油、氣的混合空間、時間都相當(dāng)短暫，因此缸內(nèi)直噴系統(tǒng)必須依靠高壓將燃油從噴油嘴壓入汽缸，以達到高度霧化的效果，從而更好的進行油氣混合。其中混合油氣的壓縮比越高的發(fā)動機，它的動力表現(xiàn)越強大，相應(yīng)的節(jié)能效果越明顯。此外，缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的燃燒室、活塞也大多具有特殊的導(dǎo)流槽，以供油氣在進入燃燒室后能夠產(chǎn)生氣旋渦流，來提高混合油氣的霧化效果與燃燒效率。缸內(nèi)直噴，不同的燃燒方式的混合。缸內(nèi)直噴最早出現(xiàn)在三菱的產(chǎn)品里，當(dāng)時稱為GDI系統(tǒng)。在氣缸內(nèi)噴油，使得燃油的控制較普通電噴發(fā)動機又提升了一個高度。隨后大眾的FSI、豐田的D-4以及凱迪拉克的SIDI直噴系統(tǒng)也相繼問世。缸內(nèi)直噴和上頁所說的普通電噴發(fā)動機相比，最大的區(qū)別就在于其噴油器是直接伸到氣缸內(nèi)部的。不要以為這只是將噴油器轉(zhuǎn)移一個地方而已，要知道氣缸內(nèi)的壓力是巨大的，這就要求噴油器的噴油壓力要非常高。制造難度也越大在直噴發(fā)動機中大家比較熟悉的就是大眾的FS系列了，在大眾及奧迪旗下的眾多車型中都有運用。FSI技術(shù)，通過在進氣門道中加入小閥門，是低轉(zhuǎn)速時吸入的空氣形成湍流，然后調(diào)整噴油的時間，使汽油在壓縮行程末期就被噴入。湍急的混合氣集中在了火花塞附近，火花塞發(fā)出的電火花把這局部較濃的混合氣點燃。就這樣用較少的汽油噴射量，讓發(fā)動機保持了正常運轉(zhuǎn)。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速逐漸提高，進氣量變大時，進氣道中的閥門全開，噴油時機變回壓縮沖程末期，發(fā)動機又以普通均質(zhì)燃燒的模式運轉(zhuǎn)。FSI技術(shù)提高了發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性，不過當(dāng)油品中含硫量較高時，會在尾氣中形成較多的二氧化硫，這需要用特殊的技術(shù)加以處理。不過我想說的卻是凱迪拉克的SIDI雙模直噴系統(tǒng)。為什么要說SIDI？因為它是真正意義上的帶稀薄燃燒技術(shù)的雙模直噴。雙模，就是兩種模式的燃油噴射。一種叫做均質(zhì)混合模式，一種叫非均質(zhì)混合模式 簡單的說，均質(zhì)混合模式就是噴油器還是在進氣行程的時候噴入氣缸與空氣混合的，空燃比還是控制在14.7：1左右。而非均質(zhì)混合模式就是在壓縮行程的時候噴油器才噴油，以更高的壓力噴到火花塞周圍，進行燃燒。這時候的空燃比最高可以達到驚人的65：1的狀態(tài)。這在普通的電噴發(fā)動機上是不可能實現(xiàn)的（空燃比太大，空氣過于稀薄，根本點燃不了）這種非均質(zhì)的混合模式就是我們通常所說的稀薄燃燒技術(shù)科技不斷的在發(fā)展。2007年的時候奔馳發(fā)布了它的最新概念車F700，這輛概念車的靈魂就是被奔馳稱作“DiesOtto”的一款革命性發(fā)動機。這款發(fā)動機集成了可控點火系統(tǒng)、缸內(nèi)直噴以及可變壓縮比等最先進的技術(shù)于一身，但這款發(fā)動機最牛的地方卻是將柴油機的燃燒方式和汽油機融合到了一塊。眾所周知，柴油機是沒有火花塞的，完全靠氣缸內(nèi)的高壓將柴油壓燃而不是點燃。奔馳這款發(fā)動機在低速是就是和柴油機一樣利用超高壓的噴油器將普通的汽油壓入缸內(nèi)后靠壓力自行讓汽油壓燃。而高速時又像普通的缸內(nèi)直噴發(fā)動機一樣利用火花塞點燃混合氣，以上這些技術(shù)讓這款僅僅只有1.8L排量發(fā)動機擁有了高達175kW/238hp，最大扭矩為400牛米，遠遠超過普通1.8升排量的汽油發(fā)動機，而其每百公里油耗還不到6升。4混合動力： 百家爭鳴 另一路的進化 “條條大路通羅馬”上述只是在空氣和燃油上的改變，而現(xiàn)在還有與之不同方向上前進方向。隨著世界各國環(huán)境保護的措施越來越嚴格