車輛工程專業(yè)導(dǎo)論4：認(rèn)識(shí)車輛工程學(xué)科的前沿技術(shù)

第4章認(rèn)識(shí)車輛工程學(xué)科前沿技術(shù)第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)第二節(jié)汽車減排技術(shù)第三節(jié)汽車安全技術(shù)第四節(jié)汽車智能化技術(shù)第五節(jié)汽車NVH控制技術(shù)第六節(jié)汽車先進(jìn)制造技術(shù)思考題25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》1第四章認(rèn)識(shí)車輛工程學(xué)科前沿技術(shù)隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)汽車的使用性能和環(huán)保提出了更高的要求。汽車傳統(tǒng)的機(jī)械裝置已經(jīng)無法滿足這些需求，以電子和信息技術(shù)為核心的汽車工業(yè)技術(shù)革新、技術(shù)發(fā)明層出不窮，新能源、新材料、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與汽車融為一體的現(xiàn)代汽車技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。世界汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢可以用“節(jié)能、環(huán)保、安全、智能”八個(gè)字來概括。本章主要介紹汽車節(jié)能、減排、安全、智能化、NVH、先進(jìn)制造等新技術(shù)，以了解汽車工程學(xué)科的一些前沿問題。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》2第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)在全球氣候不斷惡化，能源危機(jī)日益加重的嚴(yán)峻形勢下，汽車節(jié)能技術(shù)的研究尤為重要，其中發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)、整車輕量化、新能源汽車是節(jié)能的重要途徑和手段。一、發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)是汽車節(jié)能的關(guān)鍵，其主要目的是提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率和發(fā)動(dòng)機(jī)比功率。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》3第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（一）提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的措施發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率是指發(fā)動(dòng)機(jī)利用燃料熱能的有效程度，目前，一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率僅為30%左右。提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率就可以節(jié)能，其主要措施有：高壓縮比、稀薄燃燒技術(shù)（均質(zhì)稀薄燃燒）、缸內(nèi)直噴技術(shù)、進(jìn)氣增壓（渦輪增壓，諧波增壓）、增壓中冷技術(shù)、可變配氣技術(shù)（可變氣門正時(shí)、可變氣門升程）、改善進(jìn)排氣過程、改變混合氣在汽缸中的流動(dòng)方式、改進(jìn)點(diǎn)火配置、提高點(diǎn)火能量（如獨(dú)立點(diǎn)火）、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(dòng)機(jī)技術(shù)等。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》4第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（二）提高發(fā)動(dòng)機(jī)比功率升功率（kw/L）是指發(fā)動(dòng)機(jī)每升氣缸工作容積所發(fā)出的功率。體現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)品質(zhì)高低主要是看動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，也就是說發(fā)動(dòng)機(jī)要具有較好的功率、良好的加速性和較低的燃料消耗量。影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率和燃料消耗量的因素有很多，其中影響最大的因素有排量、壓縮比、配氣正時(shí)。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》5第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)升功率表示了單位氣缸工作容積的利用率，升功率越大表示單位氣缸工作容積所發(fā)出的功率越大。那么，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率一定時(shí)，升功率越大發(fā)動(dòng)機(jī)的重量利用率就越高，相對(duì)而言發(fā)動(dòng)機(jī)就越小，材料也就越省。升功率的高低反映出發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造的質(zhì)量。升功率（N）大小主要決定于氣缸平均有效壓力（P）和轉(zhuǎn)速（n）的乘積，即N=P×n。提高升功率就要從提高氣缸壓力和轉(zhuǎn)速入手，因此提高升功率的具體措施也就有：25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》6第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)1.提高充氣量這是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)增加熱量的首要條件，因?yàn)槿剂先紵枰諝?，燃料與空氣比較，后者更難以充入氣缸，所以就要改善換氣條件，減少進(jìn)氣阻力增大氣門通道截面積，有些發(fā)動(dòng)機(jī)就采用4氣門形式。當(dāng)多氣門結(jié)構(gòu)布置困難時(shí)，首先要滿足進(jìn)氣門的需要，不管氣門布置形式怎么樣，都是進(jìn)氣門數(shù)量等于或者大于排氣門數(shù)量。2.提高轉(zhuǎn)速以增加單位時(shí)間內(nèi)的充氣量現(xiàn)在轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)一般都是高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)，每分鐘轉(zhuǎn)速在5000轉(zhuǎn)以上。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》7第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)3.改善混合氣質(zhì)量和燃燒過程采用電控燃油噴射系統(tǒng)，在所有工況下混合氣的質(zhì)量盡可能達(dá)到最佳，空氣與燃油的混合地點(diǎn)從節(jié)氣門處移至噴油嘴處，燃油直接與吸入的空氣混合，從本質(zhì)上改善了混合氣的均勻性，這樣在所有工況下都能夠使混合氣的質(zhì)量盡可能達(dá)到最佳狀態(tài)。4.提高發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率增加有效功的輸出，減少機(jī)械損失主要是減少零件之間的摩擦，涉及到零件加工的精度、表面加工質(zhì)量、潤滑質(zhì)量、溫度控制及減少附件等。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》8第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)二、汽車輕量化節(jié)能技術(shù)隨著人們對(duì)汽車安全性，舒適性，環(huán)保性能要求的提高，汽車安裝空調(diào)，安全氣囊，隔熱隔音裝置，廢氣凈化裝置，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等越來越普及，這無形中增加了汽車的質(zhì)量、耗油量和耗材量。減輕汽車自重是節(jié)約能源的基本途徑之一。汽車輕量化是目前的前沿和熱點(diǎn)問題，已成為汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)和選材的主要發(fā)展方向。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》9第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（一）汽車重量與燃油消耗的關(guān)系汽車行駛阻力由滾動(dòng)阻力、爬坡阻力、加速阻力和空氣阻力4部分組成，除了空氣阻力主要與車身形狀大小有關(guān)外，其他3項(xiàng)均與整車質(zhì)量成正比。因此，從汽車行駛阻力來看，汽車輕量化是節(jié)能的一項(xiàng)有效措施。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》10第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)圖4-1所示為某款轎車，在平坦路面上定速（60km/h）行駛時(shí)，車重和燃料消耗之間的關(guān)系，可以看出減輕汽車的質(zhì)量對(duì)于提高燃油經(jīng)濟(jì)性的顯著效果。圖4-1車重和定速燃料消耗的關(guān)系25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》11第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)關(guān)于減輕汽車自身質(zhì)量與燃油消耗下降的關(guān)系，國內(nèi)外不少機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)此作了的相應(yīng)的研究，歸納起來主要有以下5種說法。（1）汽車質(zhì)量每減小100kg，則百公里油耗可以減少0.2～0.8L，一般為4.5%左右。（2）汽車質(zhì)量每減小3%，則可節(jié)油l%～3%。（3）汽車質(zhì)量減小1%，其油耗可以減少0.7%；汽車質(zhì)量減小330～440kg，可以節(jié)約燃油費(fèi)用20%左右。（4）汽車質(zhì)量每減小50kg，則每升燃油行駛的距離可以增加1km；若質(zhì)量減小10%，則燃油經(jīng)濟(jì)性可提高5.5%左右。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》12第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（5）轎車質(zhì)量每減小10%，則油耗可下降8%～10%。對(duì)于16～20t級(jí)載貨汽車而言，每減小質(zhì)量1000kg，則油耗可降低6%～7%。以上觀點(diǎn)雖然稍微不同，但是顯而易見都說明了汽車輕量化的重要性。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》13第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（二）汽車輕量化的途徑汽車輕量化的主要途徑包括使用輕質(zhì)材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，此外，先進(jìn)成形工藝或焊接工藝的應(yīng)用能帶來明顯的輕量化效果。一般全鋼結(jié)構(gòu)白車身通過優(yōu)化設(shè)計(jì)可以減重7%左右，采用鋁合金的車身可以帶來30%～50%的輕量化效果，而想減輕更多的重量就只能求助于纖維復(fù)合材制。優(yōu)化結(jié)構(gòu)的主要途徑是利用有限元和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減小零部件的質(zhì)量和數(shù)量。而先進(jìn)的加工工藝是為了應(yīng)對(duì)材料和結(jié)構(gòu)的變更，而提出新的工藝。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》14第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)1.輕質(zhì)材料采用輕質(zhì)材料是汽車輕量化的主流。汽車上輕質(zhì)材料主要有鋁合金、鎂合金、高強(qiáng)度鋼、復(fù)合材料等。（1）鋁合金。鋁的相對(duì)密度是2.70×103kg/m3，鋁的機(jī)械性能與其純度關(guān)系密切，純鋁軟、強(qiáng)度低，但與某些金屬組成鋁合金后，不僅在某種程度上保持鋁固有的特點(diǎn)，同時(shí)又顯著地提高了它的硬度和強(qiáng)度，使之幾乎可與軟鋼甚結(jié)構(gòu)鋼相媲美。車用鋁材料皆以鋁合金的形式出現(xiàn)。鋁合金在汽車上的應(yīng)用，最初主要是以鑄造的方法生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件，隨后應(yīng)用于輪轂等構(gòu)件。以推出的全鋁空間框架式車身為其主要代表。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》15第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)汽車鋁合金可分為鑄造鋁合金、變形鋁合金（含鍛造鋁合金）兩大類。當(dāng)前汽車用鋁以鑄件為主，約占汽車用鋁量的80%。鑄造鋁合金主要用于制造離合器殼體、變速器殼體、后橋殼、轉(zhuǎn)向器殼體、搖臂蓋、正時(shí)齒輪殼體等殼體類零件和發(fā)動(dòng)機(jī)部件，以及保險(xiǎn)杠、輪輞、轉(zhuǎn)向節(jié)、液壓泵體、制動(dòng)鉗、油缸及制動(dòng)盤等非發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件。而且今后有進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用的趨勢。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》16第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)變形鋁合金在汽車上主要用于制造保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、發(fā)動(dòng)機(jī)體、車門、行李箱蓋等車身面板，車輪的輪輻、輪轂罩、車輪外飾罩、制動(dòng)器總成的保護(hù)罩、消聲罩、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、熱交換器、車身框架、座椅骨架、車廂底板等結(jié)構(gòu)件以及儀表板等裝飾件。未來鋁合金材料發(fā)展包括滿足特定零部件使用要求的新合金開發(fā)，成形性能與焊接性能優(yōu)良的高強(qiáng)度鋁合金開發(fā)，開展對(duì)具有相同力學(xué)性能、不同物理性能（密度和彈性模量）的可行性研究，研究合金熱力學(xué)性能對(duì)零部件性能的影響，開發(fā)新型抗劃傷合金等。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》17第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（2）鎂合金。鎂是比鋁更輕的金屬材料，它可在鋁減重基礎(chǔ)上再減輕15%～20%。盡管鎂在當(dāng)前汽車用材中所占的比例不到1%，但是在輕量化的驅(qū)動(dòng)下，鎂材料技術(shù)開發(fā)的力度不斷加大，它已步入快速階段。近年來，很多種轎車鑄件開始采用鎂合金，以適應(yīng)汽車輕量化的要求。這些鎂合金鑄件包括：離合器外殼、發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼、變速箱外殼、變速箱上蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋、轉(zhuǎn)向盤、座椅支架、儀表盤框架、車門內(nèi)板、輪輞、轉(zhuǎn)向支架、制動(dòng)支架、氣門支架等，甚至還有缸蓋和缸體。有60多種零部件已采用或正在開發(fā)應(yīng)用鎂合金。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》18第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（3）高強(qiáng)度鋼。高強(qiáng)度鋼是常規(guī)高強(qiáng)度鋼（屈服極限大于210MPa）、超高強(qiáng)度鋼（屈服極限大于550MPa）和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（AHSS）的總稱。采用高強(qiáng)度鋼板，即可以減少汽車自身的質(zhì)量，又可以提高汽車的安全性和可靠性。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》19第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)高強(qiáng)度鋼材使用對(duì)象分為兩部分，一部分是汽車車身、減振及車輪用部件，另一部分是底盤和排氣系統(tǒng)。如需要具備防碰撞功能的零件，汽車門內(nèi)防撞梁，汽車前后保險(xiǎn)杠防撞板，車身A、柱B柱，發(fā)動(dòng)機(jī)支撐梁，儀表板支架，門檻加強(qiáng)板，汽車座椅骨架等車身部件；車輪輪輻和輪輞高強(qiáng)度鋼板；高強(qiáng)度彈簧、高碳傳動(dòng)軸管、高強(qiáng)度發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓等。汽車結(jié)構(gòu)件用各種特殊鋼強(qiáng)度一般都達(dá)到1000MPa，如汽車轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向扭桿等。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》20第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（4）塑料。塑料應(yīng)用于汽車始于19世紀(jì)60年代，主要用于汽車的內(nèi)飾件上，例如車內(nèi)頂棚、儀表板、轉(zhuǎn)向盤、車門內(nèi)板、座椅和扶手等，目的是實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)飾柔軟化，使乘客有安全舒適感。到了20世紀(jì)70年代，能源危機(jī)促使汽車制造業(yè)開始大量采用塑料，以減輕汽車自重，降低油耗。20世紀(jì)80年代以后，汽車零部件的塑料化得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了塑料覆蓋件、塑料功能件和結(jié)構(gòu)件。塑料在汽車中的應(yīng)用遍及所有總成，業(yè)內(nèi)習(xí)慣將他們分成內(nèi)裝飾件、外裝件和功能件（其他結(jié)構(gòu)件），汽車用塑料制品如圖4-2所示。表4-1列出了目前汽車中主要塑料零部件所用的材料，其中，主要車用塑料材料有PP、PUR、PVC、ABS、PA和PE。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》21第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)

圖4-2汽車用塑料制品25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》22

第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)表4-1目前汽車的主要塑料零部件所用材料25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》23應(yīng)用部位零部件主要品種外裝件保險(xiǎn)杠及面飾、車身板、照明系統(tǒng)、裝飾件（鏡座、門把手、側(cè)面飾條）PTO、PC、聚酯、PP、PUR、PA、SMC、PUR-RIM、熱塑性塑料、PC、丙烯酸樹脂、PA、PC、PS、ASA-AES、PVC、PP、聚酯、PUR內(nèi)裝件內(nèi)飾件、儀表板、轉(zhuǎn)向輪、空氣導(dǎo)管、其他（座椅、車頂蒙里、門內(nèi)板等）發(fā)泡PUR（用于減振）、PVC為基纖維、ABS、ABS/PC合金、PC、PP、改性PPE、PVC、SMA、PUR、PVC、混合PUR-RIM、ABS、PP、SMA、GMT、ABS、PC/ABS、PVC電氣零件盒、開關(guān)插座、接頭、燈光系統(tǒng)、電路板、導(dǎo)線高耐熱聚苯乙烯、PP、聚酯、PA、聚酯、乙酰樹脂（開關(guān)）、PPS、PBT、再生PET、PA、PPA、PVC傳動(dòng)系統(tǒng)軸承、CV接頭、U型接頭PA、乙酰樹脂燃料系統(tǒng)燃油箱、燃油管HDPE、PA底盤懸掛系統(tǒng)、制動(dòng)器乙酰樹脂、PA、PP芳香族聚酯胺纖維（制動(dòng)摩擦片）發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)聚酯、PA、PP（空氣清潔系統(tǒng)）、PA（進(jìn)氣歧管）、PA（散熱器）、PPS（水泵）第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（5）復(fù)合材料。復(fù)合材料是指將兩種或兩種以上物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)結(jié)合起來而制得的一種多相固體材料。復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、加工成型方便、彈性優(yōu)良、耐化學(xué)腐蝕和耐候性好等特點(diǎn)。復(fù)合材料基于這些優(yōu)良性能，在現(xiàn)在的車身制造中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，特別是纖維增強(qiáng)材料應(yīng)用最廣、用量最大。在車身制造中應(yīng)用較多的纖維增強(qiáng)材料主要有：玻璃纖維增強(qiáng)材料、碳纖維增強(qiáng)材料和高彈性機(jī)體材料等。其中尤以玻璃纖維增強(qiáng)材料應(yīng)用最為廣泛。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》24第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)與碳纖維增強(qiáng)材料相比，雖然碳纖維增強(qiáng)材料的力學(xué)性質(zhì)更加穩(wěn)定，但其價(jià)格昂貴，使得碳纖維增強(qiáng)材料只是用于極少數(shù)的頂級(jí)乘用車或賽車上，而玻璃纖維增強(qiáng)材料的應(yīng)用卻較為普遍。玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中應(yīng)用最廣泛的是玻纖增強(qiáng)塑料；這也就是通常所說的玻璃鋼，它是以不飽和聚酯為基體，以玻璃纖維及其制品增強(qiáng)的一種復(fù)合材料，可以代替鋼板來制造車身大型覆蓋件。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》25第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)2.零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)在輕量化材料應(yīng)用的過程中，零部件設(shè)計(jì)技術(shù)也得到相應(yīng)發(fā)展，主要表現(xiàn)在新的選材與設(shè)計(jì)理念的出現(xiàn)，面向新材料的零部件設(shè)計(jì)方法和規(guī)范的制定等。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》26第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)3.零部件制造技術(shù)針對(duì)新材料的應(yīng)用，國外開發(fā)出了一系列先進(jìn)的零部件加工技術(shù)與設(shè)備，其中有很多已進(jìn)入工業(yè)化的應(yīng)用。他們主要包括各種先進(jìn)的成型技術(shù)、連接技術(shù)和表面處理技術(shù)。在成型技術(shù)方面，采用激光拼焊、液壓成型、氣體熱成型、電磁成型、半固態(tài)鑄造等技術(shù)，均可減少零件數(shù)量和材料消耗，降低整車重量。在連接技術(shù)方面，采用激光焊接鉚接與自沖鉚接粘結(jié)及復(fù)合連接等技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉚接、電阻電焊，可以提高連接質(zhì)量，工藝性好也降低了自重。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》27第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)在表面處理技術(shù)方面，采用微弧氧化、金屬鋁涂層、含氟協(xié)合涂層、氣相沉積、離子注入等方法，可使鎂合金表面處理理想，以提高鎂合金零部件的使用，從未減輕車重。

25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》28第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)三、新能源汽車作為一次能源的地下石油，其貯藏量隨開采量的不斷增長而逐漸減少，油價(jià)不斷攀升，石油資源枯竭之日亦為期不遠(yuǎn)，石油汽車將面臨饑餓和死亡。為此，科學(xué)家不斷研究開發(fā)新能源汽車，如混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車、燃料電池汽車、太陽能汽車、燃?xì)馄?、代用燃料汽車等?5十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》29第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（一）混合動(dòng)力汽車1.混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HybridElectricVehicle，HEV）是在一輛汽車上同時(shí)配備電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輔助動(dòng)力單元（AuxiliaryPowerUnit，APU），其中APU是燃燒某種燃料的原動(dòng)機(jī)或由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組，目前HEV所采用的原動(dòng)機(jī)一般為柴油機(jī)、汽油機(jī)或燃汽輪機(jī)。汽車在不同位置或不同工況下使用不同的驅(qū)動(dòng)方式。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》30第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)例如：城市內(nèi)行駛使用——電能源，蓄電池驅(qū)動(dòng)；城間行駛使用——內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)?；旌蟿?dòng)力汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性可以達(dá)到3倍于傳統(tǒng)中型汽車，即每升燃油可行駛34km，折合3L/100km?；旌蟿?dòng)力汽車既能發(fā)揮電驅(qū)動(dòng)汽車在城市里運(yùn)行時(shí)低排放、低噪聲的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又能保留內(nèi)燃機(jī)汽車能長距離運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，還可以利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電機(jī)回收汽車制動(dòng)能量。當(dāng)汽車起動(dòng)和爬坡時(shí)可以利用電機(jī)的輔助轉(zhuǎn)矩，使汽車配置的內(nèi)燃機(jī)排量減小。當(dāng)汽車在城市內(nèi)處于低速運(yùn)行時(shí)，可完全依靠電機(jī)運(yùn)行。在長途運(yùn)輸過程中可利用內(nèi)燃機(jī)為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的蓄電池充電。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》31第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)2.混合動(dòng)力汽車的類型HEV有三種類型：串聯(lián)式，并聯(lián)式和混聯(lián)式（圖4-3）。（1）串聯(lián)式HEV。由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，電能在控制器的調(diào)節(jié)下帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以驅(qū)動(dòng)車輪。發(fā)動(dòng)機(jī)始終在熱效率高而排放較低的單一最佳工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，單一工況運(yùn)轉(zhuǎn)也便于排氣后處理裝置始終保持高凈化率。低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率超過驅(qū)動(dòng)車輛的需要，多余的電能向蓄電池充電；而高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，除發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能外，電池組可提供額外的電能。但最高輸出功率要受到電機(jī)功率的限制，如圖4-3a所示。串聯(lián)式混合動(dòng)力車適于城區(qū)運(yùn)行的車輛，如公交汽車等。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》32第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（2）并聯(lián)式HEV。發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)可以分別獨(dú)立地向汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，而需要大功率時(shí)可以共同提供動(dòng)力，改進(jìn)了串聯(lián)系統(tǒng)最大功率不足的缺陷，如圖4-3b所示。并聯(lián)式混合動(dòng)力車比較適合于經(jīng)常在郊區(qū)和高速公路上行駛的車輛。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》33第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（3）混聯(lián)式HEV。通過一種行星齒輪系統(tǒng)組成的動(dòng)力分配裝置，將整個(gè)系統(tǒng)耦合在一起，根據(jù)行駛工況靈活采取串聯(lián)方式或并聯(lián)方式，以達(dá)到熱效率最高、排氣污染最低的效果。一般控制策略為：起步或低負(fù)荷行駛時(shí)，由電池電能驅(qū)動(dòng)；勻速行駛時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力；加速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與電池共同提供動(dòng)力；停車或滑行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)向電池充電；制動(dòng)和減速時(shí)通過能量回收系統(tǒng)向電池充電。串并聯(lián)靈活驅(qū)動(dòng)方式兼有串聯(lián)和并聯(lián)的特點(diǎn)，但控制系統(tǒng)最復(fù)雜。

25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》34第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（a）串聯(lián)式（b）并聯(lián)式（c）混聯(lián)式圖4-3混合動(dòng)力汽車的類型25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》35

第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（二）電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車是指以電力驅(qū)動(dòng)的車輛。電力可以從高架電線網(wǎng)上獲取，如無軌電車、有軌電車，也可以從移動(dòng)電源（蓄電池）獲取。本文主要是指從蓄電池獲取電能，在道路上行駛的電動(dòng)汽車，俗稱純電動(dòng)汽車或蓄電池電動(dòng)汽車。1.電動(dòng)汽車與燃油汽車的區(qū)別兩者的主要區(qū)別是在能源、動(dòng)力、速度控制、傳動(dòng)等方面，見表4-225十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》36第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)表4-2電動(dòng)汽車與燃油汽車的主要區(qū)別25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》37名稱燃油汽車電動(dòng)汽車能源系統(tǒng)汽油或柴油燃料電池或蓄電池動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)變速器離合器調(diào)速控制器傳動(dòng)系統(tǒng)變速器離合器傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)橋第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)2.電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)原理電動(dòng)汽車的能量傳遞如圖4-4所示。圖4-4電動(dòng)汽車的能量傳遞25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》38第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)當(dāng)汽車行駛時(shí)，由蓄電池輸出電能（電流）通過控制器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)車輪前進(jìn)或后退。電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程與蓄電池容量有關(guān)，蓄電池容量受諸多因素限制。要提高一次充電續(xù)駛里程，必須盡可能地節(jié)省蓄電池的能量。電動(dòng)汽車主要由電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)3部分組成。（1）電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。主要包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和車輪等。它的功用是將存儲(chǔ)在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車輪的動(dòng)能，并能夠在汽車減速制動(dòng)時(shí)，將車輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能充入蓄電池。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》39第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（2）電源系統(tǒng)。主要包括電源、能量管理系統(tǒng)和充電機(jī)等。它的功用是向電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電能、監(jiān)測電源使用情況以及控制充電機(jī)向蓄電池充電。（3）輔助系統(tǒng)。主要包括輔助動(dòng)力源、空調(diào)器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、刮水器、收音機(jī)以及照明和除霜裝置等。輔助系統(tǒng)除輔助動(dòng)力源外，其余的依據(jù)車型不同而不同。3.電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)主要關(guān)鍵技術(shù)有：電動(dòng)汽車及控制技術(shù)、電池及管理技術(shù)、整車控制技術(shù)、整車輕量化技術(shù)、充電技術(shù)等。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》40第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（三）燃料電池汽車采用燃料電池作為電源的電動(dòng)汽車稱為燃料電池汽車。燃料電池汽車一般以質(zhì)子交換膜燃料電池作為車載能量源。（1）燃料電池汽車的類型1）按燃料特點(diǎn)不同分?？煞譃橹苯尤剂想姵仄嚭椭卣剂想姵仄嚒Ｖ苯尤剂想姵仄嚨娜剂现饕菤錃?。直接燃料電池汽車排放無污染，被認(rèn)為是最理想的汽車，但存在氫的制取和存儲(chǔ)困難等問題。重整燃料電池汽車的燃料主要有汽油、天然氣、甲醇、甲烷、液化石油氣等。其結(jié)構(gòu)比氫燃料電池汽車復(fù)雜得多。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》412）按燃料氫的存儲(chǔ)方式不同分。可分為壓縮氫燃料電池汽車、液氫燃料電池汽車和合金（碳納米管）吸附氫燃料電池汽車。3）按“多電源”的配置不同分?？煞譃榧?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)（PFC）的燃料電池汽車，燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+B）的燃料電池汽車，燃料電池與超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+C）的燃料電池汽車以及燃料電池與輔助蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+B+C）的燃料電池汽車，如圖4-5所示。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》4225十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》43a)b)c)d)圖4-5燃料電池汽車的類型a）純?nèi)剂想姵豣）燃料電池+輔助蓄電池c）燃料電池+超級(jí)電容d）燃料電池+蓄電池+超級(jí)電容（2）燃料電池汽車的基本組成燃料電池汽車主要由貯氫罐、燃料電池組、電機(jī)控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、超級(jí)電容或輔助蓄電池及熱交換器等部件組成，如圖4-6所示。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》44圖4-6燃料電池汽車的基本組成a）布置示意圖b）實(shí)物圖

a)

b)（3）燃料電池汽車的工作原理作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧氣發(fā)生氧化還原化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生出電能來帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)汽車中的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而帶動(dòng)汽車的前橋（或后橋）等行走機(jī)械結(jié)構(gòu)工作，從而驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)，如圖4-7所示。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》45圖4-7燃料電池汽車的工作原理燃料電池汽車是電動(dòng)汽車的一種，其核心部件燃料電池。通過氫氣和氧氣的化學(xué)作用，而不是經(jīng)過燃燒，直接變成電能動(dòng)力。燃料電池雖然稱電池但不是電池，而是相當(dāng)于一臺(tái)氫燃料發(fā)電機(jī)。它由正極、負(fù)極和夾在正負(fù)極中間的電解質(zhì)板所組成。燃料電池的反應(yīng)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生極少的二氧化碳和氮氧化物，副產(chǎn)品主要產(chǎn)生水，因此被稱為綠色新型環(huán)保汽車。燃料電池汽車的氫燃料能通過幾種途徑得到。有些汽車直接攜帶著純氫燃料，另外一些汽車有可能裝有燃料重整器，能將烴類燃料轉(zhuǎn)化為富氫氣體。單個(gè)的燃料電池必須結(jié)合成燃料電池組，以便獲得必需的動(dòng)力，滿足汽車使用的要求。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》46（4）燃料電池汽車的特點(diǎn)與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池汽車的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率高、不需要石油燃料且穩(wěn)定性和可靠性高于內(nèi)燃機(jī)；零排放或近似零排放；汽車的性能接近內(nèi)燃機(jī)方式驅(qū)動(dòng)的汽車水平；減少了機(jī)油泄漏帶來的水污染；降低了溫室氣體的排放；提高了燃油經(jīng)濟(jì)性；提高了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率；結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行平穩(wěn)、無噪聲。與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池汽車的缺點(diǎn)是：燃料種類單一；要求高質(zhì)量的密封；造價(jià)太高；需要配備輔助電池系統(tǒng)。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》47（5）燃料電池汽車的關(guān)鍵技術(shù)燃料電池汽車的關(guān)鍵技術(shù)主要有包括燃料電池技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、控制器技術(shù)，這3項(xiàng)技術(shù)也是一直制約燃料電池汽車大規(guī)模進(jìn)入市場的關(guān)鍵因素。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》48第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（四）太陽能汽車太陽能汽車是利用太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，并利用該電能作為能源驅(qū)動(dòng)行駛的汽車，他是電動(dòng)汽車的一種。1.太陽能汽車的特點(diǎn)太陽能汽車的能源來自太陽，是真正的綠色能源汽車，其特點(diǎn)如下：（1）節(jié)約能源。（2）能源利用率高：太陽能汽車很少通過齒輪機(jī)構(gòu)傳遞能量，可以防止能量損耗。同時(shí)又通過驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的能量利用率又非常高。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》49第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（3）減少環(huán)境污染：太陽能汽車消耗的能量是電能，不產(chǎn)生廢氣。（4）靈活、操控性好：由于太陽能汽車中很多部件都是電子部件，所以可以保證很好的操作性。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》50第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)2.太陽能汽車的工作原理太陽能車的基本原理（圖4-8）：首先車身表面的太陽能電池鑲嵌板把太阻能轉(zhuǎn)化為電能，此電能通過峰值功率跟蹤器給負(fù)荷供給能量。從峰值功率跟蹤器出來的電能給電動(dòng)機(jī)的速度控制裝置及蓄電池供電，使電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。一般情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩通過側(cè)鏈等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和減速機(jī)構(gòu)傳到車輪上，使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》51第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)圖4-8太陽能汽車基本工作原理25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》52第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)3.太陽能汽車的關(guān)鍵技術(shù)太陽能電動(dòng)車的應(yīng)用技術(shù)涉及光電、電機(jī)、電子、控制、汽車工程、機(jī)械、化學(xué)等各個(gè)方面。作為電動(dòng)車密不可分的一部分，其應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)可以歸納為五個(gè)主要方面：光電技術(shù)、車體技術(shù)、電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)、儲(chǔ)能電池技術(shù)和能量管理系統(tǒng)技術(shù)。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》53第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（五）代用燃料汽車1.代用燃料的種類所謂代用燃料是指能夠取代或部分取代目前內(nèi)燃機(jī)傳統(tǒng)燃料（汽油、柴油、煤油）的燃料。能作為內(nèi)燃機(jī)實(shí)際使用的代用燃料要求發(fā)動(dòng)機(jī)本身不應(yīng)做大的改動(dòng)即能利用，應(yīng)有足夠的資源，加工、運(yùn)輸、使用和保管比較方便且安全可靠，使用代用燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性、耐久性和可靠性不應(yīng)降低。代用燃料很廣泛，可分為氣體代用燃料和液體代用燃料。氣體代用燃料主要有：天然氣、液化石油氣、氫氣等。液體代用燃料主要有：乙醇、甲醇、二甲醚、生物柴油等。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》54第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)2.天然氣汽車按照所使用天然氣燃料狀態(tài)的不同，天然氣汽車可以分為壓縮天然氣（CNG）汽車和液化天然氣（LNG）汽車。目前世界上使用較多的是壓縮天然氣汽車。按照燃料使用狀況的不同，天然氣汽車可分為專用燃料天然氣汽車、兩用燃料天然氣汽和雙燃料天然氣汽車。天然氣汽車與普通燃油汽車相比，在結(jié)構(gòu)上主要增加了燃?xì)夤┙o系統(tǒng)。天然氣供給系統(tǒng)由儲(chǔ)氣部件供氣部件控制部件和燃料轉(zhuǎn)換部件組成，如圖4-9。天然氣汽車的關(guān)鍵技術(shù)有：加氣站技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、氣瓶技術(shù)、混合控制技術(shù)。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》55第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)圖4-9天然氣汽車25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》56第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)3.液化石油氣汽車以液化石油氣為燃料的汽車稱為液化石油氣汽車。液化石油氣汽車與燃油汽車相比，其特性見表4-3。表4-3液化石油氣汽車特性比較25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》57優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)減少污染汽車動(dòng)力性有所下降有較好的抗爆性低溫啟動(dòng)性能變差低溫起動(dòng)性好續(xù)駛里程較短經(jīng)濟(jì)性好汽車以雙燃料方式并存時(shí)，整車成本較高安全性好補(bǔ)給液化石油氣不方便第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)4.氫氣汽車氫能汽車是以氫為主要能量作為移動(dòng)的汽車，氫燃料汽車是在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上加以修改后可以直接用氫為燃料燃燒，產(chǎn)生動(dòng)力。氫燃料燃燒產(chǎn)物只有H2O和NOx，不會(huì)產(chǎn)生顆粒、積炭等，從而大大減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損，減輕了潤滑油被污染的程度，可以認(rèn)為氫是發(fā)動(dòng)機(jī)最清潔的燃料，氫燃料汽車不污染環(huán)境，是一種環(huán)境友好的綠色交通工具。缺點(diǎn)是氫燃燒效率低，大約只有38%，且由于氫燃料熱值高、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤旌椭鸱秶鷮挼?，氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)容易出現(xiàn)早燃、回火、敲缸、負(fù)荷高以及NOx排放偏高等情況。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》58第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)5.甲醇汽車甲醇燃料汽車是指利用甲醇燃料做能源驅(qū)動(dòng)的汽車。甲醇作為燃料在汽車上的應(yīng)用主要有摻燒和純甲醇替代兩種。摻燒是指將甲醇以不同的比例（如M10、M15、M30等）摻入汽油中，作為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，一般稱為甲醇汽油；純甲醇替代是指將高比例甲醇（如M85、M100）直接用作汽車燃料。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》59第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)甲醇汽油是指把甲醇部分添加在汽油里，用甲醇燃料助溶劑復(fù)配的M系列混合燃料。目前我國市場上使用的甲醇汽油主要有M5、M15、M50、M85以及M100等。甲醇作為車用燃料有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）辛烷值高，能顯著提高燃料的混合辛烷值，增強(qiáng)抗爆性能，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。（2）甲醇是高含氧量物質(zhì)，它在氣缸內(nèi)完全燃燒時(shí)所需要的過量空氣系數(shù)可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于燃用汽油時(shí)所要求的值，燃燒更為充分。（3）揮發(fā)性好于與空氣的混合。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》60第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)（4）可顯著降低尾氣排放。（5）在高油價(jià)、低甲醇價(jià)格情況下，經(jīng)濟(jì)上甲醇燃料占有很大優(yōu)勢。（6）靈活性高，經(jīng)改裝后的甲醇燃料汽車，可燃用甲醇，也可燃用汽油及兩者任意比例的混合物，不受油品和加油站的限制。（7）使用方便，對(duì)于現(xiàn)有的汽油車，無需任何改動(dòng)裝置，既可以使用汽油，也可以使用低比例甲醇汽油。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》61第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)6.乙醇汽車乙醇汽車是指使用車用乙醇汽油作為主要的動(dòng)力燃料的機(jī)動(dòng)車。乙醇燃料已成為國際上普遍公認(rèn)可降低環(huán)境污染和取代化石燃料的主要資源。為此，世界上一些知名的汽車巨頭紛紛把目光投向乙醇汽車的研發(fā)和推廣上。車用乙醇汽油是指在汽油組分油中，按體積比加入一定比例（中國暫按10%）的變性燃料乙醇混配而成的一種新型清潔車用燃料。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》62第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)乙醇汽油的特性和優(yōu)點(diǎn)：首先能增加汽油中的氧含量，使燃燒更充分，徹底有效地降低了尾氣中有害物質(zhì)的排放；第二，有效提高汽油的標(biāo)號(hào)，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)；第三，有效消除火花塞、氣門、活塞頂部及排氣管、消聲器部位積炭的形成，可以延長主要部件的使用壽命。巴西環(huán)境部發(fā)布了一項(xiàng)研究報(bào)告，宣稱使用乙醇作燃料驅(qū)動(dòng)汽車產(chǎn)生的有害污染物并不比普通汽油少。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》63第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)7.二甲醚汽車二甲醚汽車是指使用二甲醚作為動(dòng)力燃料的機(jī)動(dòng)車。二甲醚作為環(huán)保、清潔、安全的新型替代能源，已經(jīng)得到國際社會(huì)的公認(rèn)。二甲醚是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的理想替代品。二甲醚汽車具有節(jié)能環(huán)保安全性高燃燒效率高等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)我國自然條件和“富煤、少油、有氣”的能源資源特色，發(fā)展?jié)崈裟茉炊酌?，?duì)于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)平衡具有重大戰(zhàn)略意義。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》64第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)8.生物柴油汽車生物柴油汽車是指以生物柴油作為動(dòng)力的一種新型新能源柴油車。柴油作為一種重要的石油鏈煉制產(chǎn)品，在各國燃料結(jié)構(gòu)中占有較高的份額，以成為重要的動(dòng)力燃料。隨著世界范圍內(nèi)車輛柴油化趨勢的加快，未來柴油的需求量會(huì)愈來愈大，而石油資源的日益枯竭和人們環(huán)保意識(shí)的提高，大大促進(jìn)了世界各國加快柴油替代燃料的開發(fā)步伐。由于生物柴油燃燒時(shí)排放的二氧化碳遠(yuǎn)低于該植物生長過程中所吸收的二氧化碳，從而改善由于二氧化碳的排放而導(dǎo)致的全球變暖這一有害于人類的重大環(huán)境問題。因而，生物柴油是一種綠色柴油。生物柴油以其優(yōu)越的環(huán)保性能受到了各國的重視。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》65第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)生物柴油車具有優(yōu)良的環(huán)保特性、較好的低溫發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能、較好的潤滑性能、較好的安全性能、良好的燃料性能、可再生性能等優(yōu)點(diǎn)。因此，生物柴油汽車是今年汽車節(jié)能環(huán)保發(fā)展的主要方向之一。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》66第二節(jié)汽車減排技術(shù)我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，汽車保有量的急劇增加，我國的大部分城市的霧霾天氣增多，PM2.5值攀升，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，汽車是造成環(huán)境污染的主要因素之一。為此，汽車減排是目前熱點(diǎn)問題之一，人們提出了許多防治汽車尾氣污染的控制措施。一、汽車減排的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)為了治理環(huán)境污染，各國根據(jù)大氣環(huán)境污染的具體情況，制定有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律與大氣污染治理目標(biāo)，對(duì)各種污染源的排放提出控制要求，針對(duì)不同類型的機(jī)動(dòng)車制定出不同的排放標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)是要求強(qiáng)制性執(zhí)行的，因而也稱為排放法規(guī)。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》67排放法規(guī)由一系列各種污染物的限值組成，還包括檢測、認(rèn)證和強(qiáng)制執(zhí)行的方法，其每一部分內(nèi)容互相聯(lián)系，互相一致。當(dāng)今世界上主要有三種排放法規(guī)體系，即美國、歐洲和日本的排放法規(guī)體系。這些汽車排放法規(guī)已成為汽車設(shè)計(jì)與制造的準(zhǔn)則、汽車強(qiáng)制性認(rèn)證的主要依據(jù)和汽車產(chǎn)品國際貿(mào)易的保障。與國外先進(jìn)國家相比，我國汽車尾氣排放法規(guī)起步較晚、水平較低，根據(jù)我國的實(shí)際情況，從八十年代初期開始采取了先易后難分階段實(shí)施的具體方案，其具體實(shí)施至今主要分為六個(gè)階段。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》68第一階段：GB18352.1-2001《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(I)》，等效采用歐盟93/59/EC指令，參照采用98/77/EC指令部分技術(shù)內(nèi)容，等同于歐1標(biāo)準(zhǔn)，從2001年4月16日發(fā)布并實(shí)施國Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)。第二階段：GB18352.2—2001《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(Ⅱ)》，等效采用歐盟96⑽69/EC指令，參照采用98⑽77⑽EC指令部分技術(shù)內(nèi)容，等同于歐2標(biāo)準(zhǔn)，從2004年7月1日起實(shí)施國Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)。第三階段：GB18352.3-2005《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ階段)》，國Ⅲ部分等同于歐3標(biāo)準(zhǔn)，于2007年7月1日實(shí)施國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》69第四階段：GB18352.3-2005《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ階段)》，國Ⅳ部分等同于歐4標(biāo)準(zhǔn)，從2015年1月1日起全國統(tǒng)一實(shí)施國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)。第五階段：2013年9月17日，環(huán)保部發(fā)布《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）》（GB18352.5-2013）。從2017年1月1日起，全國機(jī)動(dòng)車將全面實(shí)施國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)。第六階段：目前我國正在制定第六階段的排放標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)2016年底發(fā)布國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)。國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)氮氧化物和顆粒物的排放限值，總體目標(biāo)是在國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)上加嚴(yán)30%。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》70在歐洲，2000年起開始實(shí)施歐3標(biāo)準(zhǔn)，2005年起開始實(shí)施歐4標(biāo)準(zhǔn)，2009年起開始實(shí)施歐5標(biāo)準(zhǔn)，2014年起開始實(shí)施歐6標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)計(jì)在2018-2020年間開始強(qiáng)制實(shí)施歐7標(biāo)準(zhǔn)，2023-2025年起強(qiáng)制實(shí)施歐8標(biāo)準(zhǔn)。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》71第二節(jié)汽車減排技術(shù)二、汽油機(jī)排放控制技術(shù)降低汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排放主要從機(jī)內(nèi)凈化與機(jī)外凈化方面進(jìn)行。（一）汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)降低汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的關(guān)鍵是從汽油機(jī)內(nèi)部解決，其主要技術(shù)有：電子控制汽油噴射技術(shù)、電控點(diǎn)火系統(tǒng)、可變氣門正時(shí)技術(shù)、可變長度進(jìn)氣歧管、廢氣再循環(huán)技術(shù)、進(jìn)氣增壓技術(shù)、均質(zhì)充量壓燃技術(shù)、多氣門技術(shù)、缸內(nèi)直噴技術(shù)、可變壓縮比、停缸技術(shù)、OBD診斷技術(shù)等。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》72第二節(jié)汽車減排技術(shù)1.電子控制汽油噴射技術(shù)電子控制汽油噴射系統(tǒng)采用多種傳感器，將發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、吸入空氣量、冷卻水溫、排放狀態(tài)、燃燒狀況等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并輸入到電子控制單元。電子控制單元按給定程序和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對(duì)這些電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，發(fā)出相應(yīng)的指令（電信號(hào)）驅(qū)動(dòng)噴油器。噴油器開閉時(shí)刻、次數(shù)及時(shí)間等受到嚴(yán)格控制，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得能夠適應(yīng)各種工況的最佳混合氣。電子控制汽油噴射系統(tǒng)，如圖4-10所示25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》73第二節(jié)汽車減排技術(shù)圖4-10電子控制汽油噴射系統(tǒng)25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》74第二節(jié)汽車減排技術(shù)電子控制汽油噴射系統(tǒng)節(jié)能減排的基本原理：（1）用微機(jī)來控制每循環(huán)的噴油量和噴油時(shí)刻，可按各種工況的要求用微機(jī)來控制每循環(huán)的噴油量和噴油時(shí)刻，對(duì)燃油量進(jìn)行校正，其廢氣排放指標(biāo)比化油器汽油機(jī)好得多。（2）每缸采用單獨(dú)噴油器供油，這樣，可提高各缸空燃比的均勻性和噴油量的精確性。（3）燃油霧化特性是由噴油器的特性決定的，與汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此，起動(dòng)時(shí)仍能保持良好的霧化特性，起動(dòng)性能良好，且起動(dòng)時(shí)HC排放量少。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》75第二節(jié)汽車減排技術(shù)2.電控點(diǎn)火系統(tǒng)在汽油機(jī)中，點(diǎn)火系統(tǒng)的任務(wù)是提供足夠能量的電火花適時(shí)的點(diǎn)燃燃燒室內(nèi)的混合氣。點(diǎn)火系統(tǒng)的性能，如點(diǎn)火正時(shí)和點(diǎn)火能量對(duì)汽油機(jī)的燃燒有很重要的影響，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和排放。為使汽油機(jī)高效節(jié)能、動(dòng)力強(qiáng)勁、排放低，要求點(diǎn)火可靠、正時(shí)優(yōu)化?，F(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)上普遍采用高能點(diǎn)火系統(tǒng)，其點(diǎn)火電壓已高達(dá)30～40kV，火花塞間隙已達(dá)l～1.5mm，能保證可靠點(diǎn)火，增大火花強(qiáng)度，延長火花持續(xù)時(shí)間，從而改善了混合氣燃燒過程，降低了HC排放。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》76第二節(jié)汽車減排技術(shù)電控點(diǎn)火系統(tǒng)可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷以及節(jié)氣門開度冷卻液溫度進(jìn)氣溫度爆燃等信號(hào)可對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，從而可有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率和有害排放物。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》77第二節(jié)汽車減排技術(shù)3.可變氣門正時(shí)技術(shù)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位和升程是固定的，不能使各種工況下都得到最佳的配氣正時(shí)?？勺儦忾T定時(shí)技術(shù)（VariableValveTiming，VVT）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：可變相位技術(shù)、可變升程技術(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、豐田公司的VVT-i以及寶馬公司的Valvetronic技術(shù)。這一技術(shù)使發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)師無需再在低速轉(zhuǎn)矩與高速功率之間作抉擇，實(shí)時(shí)的氣門定時(shí)調(diào)整使得同時(shí)顧及低速轉(zhuǎn)矩與高速功率成為可能。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》78第二節(jié)汽車減排技術(shù)連續(xù)可變氣門定時(shí)技術(shù)加上先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略，可以巧妙地實(shí)現(xiàn)可變壓縮比。如在大負(fù)荷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)容易發(fā)生自燃引起的爆燃，通過推遲進(jìn)氣門關(guān)閉的時(shí)間來達(dá)到降低有效壓縮比的目的，從而避免爆燃。而在中小負(fù)荷時(shí)，爆燃不再是個(gè)問題，可以通過調(diào)整氣門關(guān)閉時(shí)間達(dá)到提高有效壓縮比的目的，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在中小負(fù)荷時(shí)有優(yōu)異的熱效率?？勺儦忾T技術(shù)也可使汽油機(jī)排放品質(zhì)達(dá)到更好的水平。發(fā)動(dòng)機(jī)采用可變氣門正時(shí)技術(shù)可以提高進(jìn)氣充量，使充量系數(shù)增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率可以得到進(jìn)一步的提高。它的特點(diǎn)是在大幅提高了燃油的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，但對(duì)油品的要求十分苛刻。幾種可變氣門正時(shí)技術(shù)如圖4-11所示。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》79第二節(jié)汽車減排技術(shù)

（a）本田VTEC（b）豐田VVT-i（c）寶馬Valvetronic圖4-11幾種可變氣門正時(shí)技術(shù)25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》80

第二節(jié)汽車減排技術(shù)4.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。圖4-12所示為可變長度進(jìn)氣歧管?？勺冮L度進(jìn)氣歧管的工作原理是：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。發(fā)動(dòng)機(jī)電腦根據(jù)轉(zhuǎn)速信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)馬達(dá)來調(diào)整歧管開度，從而改變歧管長度。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整進(jìn)氣歧管長度，低速時(shí)使用長進(jìn)氣歧管來提高進(jìn)氣量，增大轉(zhuǎn)矩，高速時(shí)，使用短進(jìn)氣歧管來提高進(jìn)氣量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》81第二節(jié)汽車減排技術(shù)圖4-12可變長度進(jìn)氣歧管25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》82第二節(jié)汽車減排技術(shù)5.廢氣再循環(huán)技術(shù)廢氣再循環(huán)技術(shù)是控制氮氧化合物排放的主要措施，它將汽油機(jī)排出的一部分廢氣重新引入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)，與混合氣一起再進(jìn)入汽缸燃燒。廢氣混入的多少用EGR率表示，其定義如下：25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》83第二節(jié)汽車減排技術(shù)NOx是在高溫和富氧條件下N2和O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物。燃燒溫度和氧濃度越高，持續(xù)時(shí)間越長，NOx的生成物也越多。一方面廢氣對(duì)新氣的稀釋作用意味著降低了氧濃度；另一方面，考慮到除怠速外的其他工況下的CO、HC和NOx濃度均小于1%，廢氣中的主要成分為N2、CO2，和H2O，而且三原子氣體的比熱較高，從而提高了混合氣的比熱容，加熱這種經(jīng)過廢氣稀釋后的混合氣所需要的熱量也隨之增大，在燃料燃燒放出的熱量不變的情況下最高燃燒溫度可以降低。從而可使NOx在燃燒過程中的生成受到抑制，明顯的降低NOx的排放。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)如圖4-13所示。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》84第二節(jié)汽車減排技術(shù)

圖4-13廢氣再循環(huán)系統(tǒng)25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》85第二節(jié)汽車減排技術(shù)

6.進(jìn)氣增壓技術(shù)在汽油機(jī)中，燃料所供能量中有20%～45%是由排氣帶走的，對(duì)于非增壓汽油機(jī)可取上述百分比范圍的低限值，對(duì)高增壓汽油機(jī)可取高限值。例如，一臺(tái)平均有效壓力為1.8MPa的高增壓中速四沖程汽油機(jī)，燃料中將近47%的能量傳給活塞做功，約10%的能量通過汽缸壁散失掉，約43%的能量隨排氣流出汽缸。增壓技術(shù)的作用就在于利用這部分排氣能量，使它轉(zhuǎn)換為壓縮空氣的有效功以增加汽油機(jī)的充氣量。增壓對(duì)提高汽油機(jī)功率和改善其燃油經(jīng)濟(jì)性及排放都有積極意義。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》86第二節(jié)汽車減排技術(shù)所謂增壓，就是利用增壓器將空氣或可燃混合氣預(yù)先進(jìn)行壓縮，再送入汽油機(jī)汽缸的過程。增壓后，雖然汽缸的工作容積不變，但每循環(huán)進(jìn)入汽缸的新鮮空氣或混合氣充量密度增大，使實(shí)際混合氣充量增加，因此不僅可使燃料燃燒更加充分，還可增加每循環(huán)的燃料添加量，從而達(dá)到提高汽油機(jī)功率和經(jīng)濟(jì)性，改善排放性能的目的。增壓比是指增壓后氣體壓力與增壓前氣體壓力之比。汽油機(jī)增壓通常有機(jī)械增壓、廢氣增壓、氣波增壓、復(fù)合增壓等類型（圖4-14）。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》87第二節(jié)汽車減排技術(shù)（a）機(jī)械增壓（b）渦輪增壓（c）氣波增壓（d）復(fù)合增壓圖4-14汽油機(jī)增壓方式25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》88第二節(jié)汽車減排技術(shù)7.均質(zhì)充量壓燃技術(shù)（HCCI）均質(zhì)充量壓縮燃燒（HomogeneousChargeCompressionIgnition，HCCI）是一種全新的內(nèi)燃機(jī)燃燒概念，既不同于柴油機(jī)（非均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)燃），又不同于汽油機(jī)（均質(zhì)充量火花點(diǎn)燃），是一種火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)概念的混合體。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》89第二節(jié)汽車減排技術(shù)HCCI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。由于不受燃油和氧化物分離面處混合比的限制，也沒有點(diǎn)火式燃燒的局部高溫反應(yīng)區(qū)，使得N2和微粒（PM）排放很低，而且具有較高的熱效率。HCCI汽油機(jī)與傳統(tǒng)汽油機(jī)、柴油機(jī)的比較如圖4-15所示。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》90第二節(jié)汽車減排技術(shù)

圖4-15HCCI汽油機(jī)與傳統(tǒng)汽油機(jī)、柴油機(jī)的比較25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》91第二節(jié)汽車減排技術(shù)8.多氣門技術(shù)以前的汽油機(jī)每個(gè)氣缸只有兩個(gè)氣門（進(jìn)、排氣門各一個(gè)），如果每個(gè)氣缸多于兩個(gè)氣門，就稱為多氣門汽油機(jī)（圖4-16）。圖4-16多氣門技術(shù)25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》92第二節(jié)汽車減排技術(shù)20世紀(jì)80年代，正是由于多氣門技術(shù)的推廣，汽油機(jī)的整體質(zhì)量有了一次質(zhì)的飛躍。在昏種多氣門汽油機(jī)中，除了二個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門的三氣門式汽油機(jī)，目前市場上更常見的是二個(gè)進(jìn)氣門和二個(gè)排氣門的四氣門或三個(gè)進(jìn)氣門和二個(gè)排氣門的五氣門式汽油機(jī)。采用多氣門汽油機(jī)的節(jié)能減排機(jī)理是：25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》93第二節(jié)汽車減排技術(shù)（1）擴(kuò)大進(jìn)、排氣門的總流通截面積，增大汽油機(jī)的進(jìn)、排氣量，降低泵氣損失，使汽油機(jī)的燃燒更徹底，功率提高。（2）可實(shí)現(xiàn)關(guān)閉部分通道，形成與汽油機(jī)轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的進(jìn)氣滾流強(qiáng)度，拓寬汽油機(jī)的高效工作轉(zhuǎn)速范圍。低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)采用上述方法，可使進(jìn)氣滾流強(qiáng)度比高速時(shí)更強(qiáng)，提高了低速時(shí)的混合氣質(zhì)量，使燃燒更充分，功率也得到提升。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》94第二節(jié)汽車減排技術(shù)（3）氣門增多，則氣門變小變輕，不但允許氣門以更快的速度開啟和關(guān)閉，增大了氣門開啟的時(shí)間斷面值，而且使相鄰氣門之間被浪費(fèi)的燃燒室面積大為減少，從而增加了燃燒室表面積利用率，氣門流通總面積增加。（4）由于多氣門改善了進(jìn)氣能力，因此進(jìn)、排氣重疊角可以減小，從而有效降低了小負(fù)荷工況時(shí)的排放，再者，多氣門排氣阻力小，進(jìn)氣量大，掃除缸內(nèi)廢氣效果提升?？傊捎枚鄽忾T技術(shù)，能夠有效降低汽油機(jī)的主要排放物，并且有效提升動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，因此多氣門技術(shù)目前已被廣泛應(yīng)用。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》95第二節(jié)汽車減排技術(shù)9.缸內(nèi)直噴技術(shù)（GDI）開發(fā)車用具有汽油機(jī)優(yōu)點(diǎn)同時(shí)具有柴油機(jī)部分負(fù)荷高燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)是主要的研究目標(biāo)。以缸內(nèi)直噴汽油機(jī)（GasolineDirectInjection，GDI）為代表的新型混合氣形成模式的研究和應(yīng)用，極大地提高了汽油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，有效地控制NOx和HC的排放。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。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》96第二節(jié)汽車減排技術(shù)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（圖4-17）。汽油直噴入缸內(nèi)有利于汽油的霧化，使汽油和空氣更好地混合，燃燒更為完全。另外進(jìn)氣管道中沒有狹窄的喉管，空氣流動(dòng)的阻力小，充氣性能好，因此輸出的功率也較大。噴油嘴噴油后大部分油霧都集中在活塞的凹坑中，靠進(jìn)氣系統(tǒng)形成渦流帶動(dòng)油霧在缸內(nèi)形成混合氣，與周圍的稀區(qū)形成分層氣體，雖然混合比達(dá)到40:1，但高壓旋轉(zhuǎn)噴射器噴射出霧狀汽油，在壓縮沖程后期的點(diǎn)火前夕，被氣體的縱渦流融合成球狀霧化體，形成一種以火花塞為中心，由濃到稀的層狀混合氣狀態(tài)，聚集在火花塞周圍的混合氣很濃厚，很容易點(diǎn)火燃燒。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》97第二節(jié)汽車減排技術(shù)

圖4-17缸內(nèi)直噴技術(shù)（GDI）25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》98第二節(jié)汽車減排技術(shù)10.可變壓縮比壓縮比是氣缸總?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(duì)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。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》99第二節(jié)汽車減排技術(shù)可變壓縮比（VCR）技術(shù)主要是針對(duì)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一種技術(shù)。固定的壓縮比不能充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，事實(shí)上在小負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率低，相應(yīng)地綜合性能比較差，這時(shí)可以用較大的壓縮比；而在大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若壓縮比過高，則很容易發(fā)生爆燃并產(chǎn)生很大的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，這時(shí)可以用較小的壓縮比。隨著負(fù)荷的變化連續(xù)調(diào)節(jié)壓縮比，可以最大限度地挖掘發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力，使其在整個(gè)工況區(qū)域內(nèi)有效提高熱效率，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》100第二節(jié)汽車減排技術(shù)可變壓縮比的目的在于提高增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。在增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了防止爆燃，其壓縮比低于自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。在增壓壓力低時(shí)熱效率降低，使燃油經(jīng)濟(jì)性下降。特別在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中由于增壓度上升緩慢，在低壓縮比條件下轉(zhuǎn)矩上升也很緩慢，形成所謂的增壓滯后現(xiàn)象。也就是說發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)，增壓作用滯后，要等到發(fā)動(dòng)機(jī)加速至一定轉(zhuǎn)速后增壓系統(tǒng)才起到作用。為了解決這個(gè)問題，可變壓縮比是重要方法。就是說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)荷到高負(fù)荷的整個(gè)工況范圍內(nèi)有效提高熱效率。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》101第二節(jié)汽車減排技術(shù)由壓縮比的定義可知，要想使壓縮比有所變化，就必須從怎樣改變?nèi)紵胰莘e和工作容積方面入手。發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室由活塞頂、氣缸和氣缸蓋3部分構(gòu)成，迄今為止出現(xiàn)的一些可變壓縮比實(shí)現(xiàn)方案都是圍繞這3個(gè)元素而行的。通常采用的手段大致為下面3種：①通過改變氣缸蓋的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)；②通過改變缸體結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)；③通過改變活塞及曲柄連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。幾種可變壓縮比技術(shù)如圖4-18所示。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》102第二節(jié)汽車減排技術(shù)（a）汽缸作推移（b）改變汽缸蓋的幾何形狀（c）改變活塞的幾何形狀（d）偏心的連桿支承（e）偏心的曲軸支圖4-18幾種可變壓縮比技術(shù)承25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》103第二節(jié)汽車減排技術(shù)11.停缸技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷時(shí)，切斷部分汽缸的供油而使工作汽缸的負(fù)荷提高，以改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能的技術(shù)稱為停缸技術(shù)。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，節(jié)氣門開度小，節(jié)流作用大，換氣能量損失增加，造成機(jī)械效率下降。進(jìn)入汽缸混合氣的減少和殘留廢氣量的相對(duì)增加，使燃燒過程變差，發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)波動(dòng)變大，為了保持穩(wěn)定的點(diǎn)火和必要的燃燒速度，被迫采用過濃的混合氣，致使指示效率顯著下降，發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性變差。若在部分負(fù)荷時(shí)關(guān)閉部分汽缸，就必須供給工作汽缸更多的可燃混合氣以達(dá)到停缸前發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，這樣可增加工作缸的負(fù)荷率，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》104第二節(jié)汽車減排技術(shù)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在部分負(fù)荷時(shí)，因節(jié)氣門開度小，節(jié)流作用變大，致使進(jìn)氣歧管壓力降低，發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率下降。假如在此工況下，停止部分汽缸工作（停缸），要讓發(fā)動(dòng)機(jī)輸出停缸前的功率，必須給工作缸更多的可燃混合氣，就得開大節(jié)氣門，使節(jié)流作用變小，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力上升，充氣效率提高，滯留在缸內(nèi)的殘余廢氣量相對(duì)減少，從而提高混合氣的燃燒品質(zhì)，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)波動(dòng)。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》105第二節(jié)汽車減排技術(shù)由于停缸工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失功減少，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械摩擦損失功也減少，從而可明顯提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，這是停缸節(jié)油的主要原因。實(shí)現(xiàn)停缸的方法有3種：①僅僅停止供油（簡稱斷油）；②停止氣門運(yùn)動(dòng)和斷油（簡稱停閥機(jī)）；③斷油的同時(shí)引入工作缸的廢氣到不作功的汽缸內(nèi)（斷油回流），停缸技術(shù)原理如圖4-19所示。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》106第二節(jié)汽車減排技術(shù)（a）部分負(fù)荷（b）大負(fù)荷圖4-19停缸技術(shù)25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》107第二節(jié)汽車減排技術(shù)12.OBD診斷技術(shù)OBD診斷技術(shù)是全面達(dá)到國3、國4、國5汽車排放標(biāo)準(zhǔn)的一種技術(shù)措施，并不能簡單地理解為發(fā)動(dòng)機(jī)或汽車故障在線診斷技術(shù)和方法。OBD實(shí)質(zhì)性能就是全面監(jiān)測汽車運(yùn)行的排放污染物，主要目的是使汽車的檢測、維護(hù)和管理融為一體，以滿足環(huán)境保護(hù)的要求。OBD系統(tǒng)可監(jiān)測車輛多個(gè)系統(tǒng)和部件，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、三元催化轉(zhuǎn)換器、顆粒捕集器、氧傳感器、排放控制系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）等，確保車輛始終處于良好的技術(shù)狀況。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》108第二節(jié)汽車減排技術(shù)（二）汽油機(jī)后處理凈化技術(shù)隨著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放要求的日趨嚴(yán)格，改善發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程的難度越來越大，能統(tǒng)籌兼顧動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的發(fā)動(dòng)機(jī)將越來越復(fù)雜，成本也急劇上升。因此，世界各國都先后開發(fā)廢氣后處理凈化技術(shù)，在不影響或少影響發(fā)動(dòng)機(jī)其他性能的同時(shí)，在排氣系統(tǒng)中安裝各種凈化裝置，采用物理的和化學(xué)的方法降低排氣中的污染物最終向大氣環(huán)境的排放。汽油機(jī)后處理凈化技術(shù)主要有三效催化轉(zhuǎn)化技術(shù)、稀燃催化技術(shù)、熱反應(yīng)器、二次空氣噴射等。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》109第二節(jié)汽車減排技術(shù)1.三效催化轉(zhuǎn)化技術(shù)三效催化轉(zhuǎn)化器是目前應(yīng)用最多的汽油機(jī)廢氣后處理凈化技術(shù)。當(dāng)汽油機(jī)工作時(shí)，廢氣經(jīng)排氣管進(jìn)入催化器，其中氮氧化物與廢氣中的一氧化碳、氫氣等還原性氣體在催化作用下分解成氮?dú)夂脱鯕猓欢細(xì)浠衔锖鸵谎趸荚诖呋饔孟鲁浞盅趸?，生成二氧化碳和水蒸氣，如圖4-20所示。三效催化轉(zhuǎn)化器的載體一般采用蜂窩結(jié)構(gòu)，蜂窩表而有涂層和活性組分，與廢氣的接觸表面積非常大，所以其凈化效率高，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比在理論空燃比附近時(shí)，三效催化器可將90%的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸技?0%的氮氧化物同時(shí)凈化，因此這種催化器被稱為三效催化轉(zhuǎn)化器。目前，電子控制汽油噴射加三效催化轉(zhuǎn)化器已成為國內(nèi)外汽油車排放控制技術(shù)的主流。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》110第二節(jié)汽車減排技術(shù)（a）單芯三元催化轉(zhuǎn)化器（b）雙芯三元催化轉(zhuǎn)化器圖4-20三效催化轉(zhuǎn)換器25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》111第二節(jié)汽車減排技術(shù)三效催化轉(zhuǎn)化器與發(fā)動(dòng)機(jī)以及汽車有一個(gè)非常重要的優(yōu)化匹配問題。催化器性能再好，如果系統(tǒng)不能給它提供一個(gè)合適的工作條件（如空燃比、溫度及空速等），催化器就不能高效地凈化排氣污染物。反之，催化器在設(shè)計(jì)時(shí)，也應(yīng)根據(jù)具體車型原始排放水平的不同、要滿足的排放法規(guī)的不同、對(duì)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)的要求不同等條件來確定設(shè)計(jì)方案。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》112第二節(jié)汽車減排技術(shù)催化器的匹配主要包括以下幾個(gè)方面：（1）催化器與發(fā)動(dòng)機(jī)特性的匹配；（2）催化器與電控燃油噴射系統(tǒng)的匹配；（3）催化器與排氣系統(tǒng)的匹配；（4）催化器與燃料及潤滑油的匹配；（5）催化器與整車設(shè)計(jì)的匹配。催化器的匹配是一項(xiàng)交叉于汽車、材料和化學(xué)等不同領(lǐng)域的涉及范圍很廣的技術(shù)。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》113第二節(jié)汽車減排技術(shù)2.稀燃催化技術(shù)稀薄燃燒技術(shù)是降低CO排放的有效手段。所謂稀薄燃燒指發(fā)動(dòng)機(jī)在空燃比大于化學(xué)計(jì)量比的條件下運(yùn)行，其排放尾氣與普通發(fā)動(dòng)機(jī)有相似的化學(xué)成分，但其中還原性及氧化性氣體的相對(duì)含量不同于普通發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣，因而其排放尾氣的凈化處理技術(shù)有明顯區(qū)別。采用稀薄燃燒技術(shù)，可提高燃料的利用率，從而提高燃料的經(jīng)濟(jì)性，減少CO2、C0排放濃度，在一定空燃比范圍內(nèi)，HC和NOx也有所減少，但O2的濃度卻明顯升高，導(dǎo)致NOx的轉(zhuǎn)化效率會(huì)大大降低，在這種富氧條件下，催化還原其中的NOx是稀燃催化技術(shù)的關(guān)鍵所在。日前針對(duì)稀燃催化技術(shù)研究較多的是Pt-Rh氧化還原催化劑、Pt-Pd-Rh三效催化劑、全Pd催化劑和后來采用的催化劑涂層等，但空燃比的操作窗口太窄，要求燃油中S含量較低，因此難以廣泛應(yīng)用。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》114第二節(jié)汽車減排技術(shù)日前，在稀薄燃燒汽油機(jī)排放的尾氣凈化技術(shù)中，被廣泛研究的是吸附還原催化技術(shù)。吸附還原催化技術(shù)對(duì)NOx的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)70%～90%，其最佳工作溫度在150℃～450℃之間，并已在缸內(nèi)直噴汽油機(jī)中得到了應(yīng)用。NOx吸附還原催化器主要安裝在缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管上，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒時(shí)，將NOx氧化，并與堿土金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮化物，并被吸附在吸附劑上。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》115第二節(jié)汽車減排技術(shù)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于濃燃時(shí)，吸附在催化器吸附劑上的氮化物被脫附，在排氣管中上的還原劑HC、CO、H2的作用下，被還原為無害的氮?dú)釴2。NOx吸附還原催化器的工作原理如圖4-21所示。圖4-21NOx吸附還原催化器的工作原理25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》116第二節(jié)汽車減排技術(shù)吸附還原催化器的吸附能力是有限的，當(dāng)催化器在稀燃工況下連續(xù)運(yùn)行時(shí)，吸附量將達(dá)到飽和，不能繼續(xù)起作用。因此必須交替采用稀-濃混合氣。為了精確控制NOx吸附的稀燃階段和NOx還原的濃燃階段，可以在催化器后安裝氧傳感器，檢測NOx還原過程是否結(jié)束，從而使NOx排放和燃油經(jīng)濟(jì)性都達(dá)到最優(yōu)。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》117第二節(jié)汽車減排技術(shù)3.熱反應(yīng)器汽油機(jī)工作過程中的不完全燃燒產(chǎn)物CO和HC在排氣過程中可以繼續(xù)氧化，但必須有足夠的空氣和溫度以保證其高的氧化速率，熱反應(yīng)器為此提供必要的溫度條件。在排氣道出口處安裝用耐熱材料制造的熱反應(yīng)器，使尾氣中未燃的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸荚跓岱磻?yīng)器中保持高溫并停留一段時(shí)間，使之得到充分氧化從而降低其排放量。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》118第二節(jié)汽車減排技術(shù)熱反應(yīng)器一般采用耐熱耐腐蝕的不銹鋼制成，其結(jié)構(gòu)見圖4-22。熱反應(yīng)器由殼體、外筒和內(nèi)筒三層構(gòu)成，中間加保溫層，使內(nèi)部保持高溫。熱反應(yīng)器安裝在排氣總管出口處，由于有較大的容積和絕熱保溫部分，反應(yīng)器內(nèi)部的溫度可高達(dá)600～1000℃。同時(shí)在緊靠排氣門處噴入空氣（即二次空氣），以保證CO和HC氧化反應(yīng)的進(jìn)行。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》119第二節(jié)汽車減排技術(shù)

圖4-22熱反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》120第二節(jié)汽車減排技術(shù)4.二次空氣噴射空氣噴射就是將新鮮空氣噴射到排氣門的后面，使尾氣中的HC化合物和CO在排氣管內(nèi)與空氣混合，繼續(xù)進(jìn)行氧化的方法，又稱二次空氣法。當(dāng)噴射的新鮮空氣與尾氣結(jié)合時(shí)，空氣中的氧和HC化合物反應(yīng)生成水，并成蒸氣狀；而氧和CO反應(yīng)生成CO2，如圖4-23所示。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》121第二節(jié)汽車減排技術(shù)

圖4-23二次空氣噴射技術(shù)25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》122第二節(jié)汽車減排技術(shù)三、柴油機(jī)排放控制技術(shù)柴油機(jī)排放控制技術(shù)也包括機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)和后處理凈化技術(shù)。（一）柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)相對(duì)于汽油機(jī)而言，柴油機(jī)由于過量空氣系數(shù)比較大，一氧化碳（CO）和碳?xì)浠衔铮℉C）排放量要低得多，但普通的燃油供給系統(tǒng)使柴油機(jī)具有致癌作用的微粒排放量比汽油機(jī)大幾十倍甚至更多。因此，控制柴油機(jī)排放物的重點(diǎn)，就在于降低柴油機(jī)的N0、和微粒（包括碳煙）排放。25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》123第二節(jié)汽車減排技術(shù)1.主要機(jī)內(nèi)凈化措施然而，降低柴油機(jī)NOx排放和微粒排放之間往往存在著矛盾。一般有利于降低柴油機(jī)NOx的技術(shù)都有使微粒排放增加的趨勢，而減少微粒排放的措施，又可能將使NOx排放升高。盡管如此，近年來，柴油機(jī)排放控制技術(shù)還是取得了很大的進(jìn)展，研制出了一些低排放、高燃油經(jīng)濟(jì)性的柴油機(jī)，這些機(jī)型不用任何后處理裝置即可以達(dá)到較高的排放法規(guī)要求，顯示出柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)的巨大潛力。表4-4給出了降低柴油機(jī)NOx和微粒排放的相關(guān)技術(shù)措施25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)論》124第二節(jié)汽車減排技術(shù)

表4-4降低柴油機(jī)NOx和微粒排放的相關(guān)技術(shù)措施25十月2023《車輛工程專業(yè)導(dǎo)