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1、1第十二章 其它车用发动机n三角活塞旋转式发动机n燃气涡轮发动机n斯特灵发动机n电动汽车n压缩天然气汽车及液化石油气汽车2第一节 三角活塞旋转式发动机3燃烧室燃烧室三角三角转子转子一、基本结构4进气压缩点火作功排气二、工作原理5扫扫 气气 条条固固 定条定条三、各部件结构n三角转子气缸体气缸体端盖端盖冷却水进水口冷却水进水口n气缸体及端盖6四、优缺点n优点：优点：（不使用连杆、活塞和曲轴）单位工作容积功率大；单位功率质量小；震动轻微；结构简单、零件数量少、拆装方便、维修简易；在相同压缩比下可燃用低辛烷值汽油；在有专用设备的情况下制造也不算复杂；排气中的NOx的含量较少，HC的含量较好，而CO的
2、含量与往复活塞式相近；使用寿命和全负荷时的燃料经济性已达往复活塞式的水平。n缺点：缺点：低速动力性和燃料经济性差；起动性有待进一步改善；燃用柴油和其它燃料的转子发动机还在研究发展之中。7第二节 燃气涡轮发动机一、优缺点n优点：n（与往复活塞式相比）小型轻量，振动轻微，转速高、摩擦副少，燃料适应性好，起动性能好，废气中的有害成分少及转矩特性好。n缺点：n每分钟数万转的涡轮很难适应复杂的汽车行驶状况，噪声大、高价材料、加速性能差、空气消耗量大等。8二、组成及工作原理9第三节 斯特灵发动机一、工作特点n燃料在发动机外部的燃烧系统连续地燃烧，蒸发膨胀的氢气（或氦气）作为动力气体推动活塞运动而作功。二、
3、型式n单作用式n双作用式：活塞上下分别为膨胀/压缩腔10燃烧室燃烧室正时齿轮正时齿轮连连 杆杆功率输出活功率输出活塞杆塞杆三、结构11压缩压缩膨胀膨胀作功作功吸气吸气四、工作原理12第四节 电动汽车一、概述n定义n电动汽车是指以蓄电池或燃料电池为动力、在市区街道或城间公路上行驶的用电动机驱动的汽车，不包括无轨电车及在车站、码头或厂区内使用的电动叉车和普通的电瓶车。n发展简史n1873年由英国人R戴彼特逊用手工制作世界上第一辆电动汽车。n19世纪末到20世纪初，电动汽车几乎成为汽车的主流。以美国为例，在此期间的汽车保有量中，蒸汽机汽车占40，电动汽车占38，内燃机汽车只占22。n随着汽油机汽车的
4、发展及普及，电动汽车逐渐衰落。电动汽车充电时间长，续驶里程短，限制了它的应用。n在环境污染日趋严重和石油资源面临危机的20世纪末，世界各国又兴起了研究、开发和使用电动汽车的热潮。13代表车型车名车种公司名蓄电池类型驱动电动机类型功率(kW)最高车速(km/h)续驶里程(km)生产年份EVI轿车通用铅酸三相感应电动机1021281997ALTRA EV轿车尼桑(北美)钴基锂离子永磁同步电动机641201997P2000轿车福特质子交换膜三相感应电动机671281602000燃料电池NECAR5轿车戴姆勒-克莱斯勒甲醇燃料751502000电池BMW EI轿车宝马钠硫永磁无刷32120160-23
5、0直流电动机Insight混合动力型轿车本田镍氢永磁同步电动机10三缸发动机50kW(5700r/min)Prius混合动力型轿车丰田镍氢永磁同步电动机331602000四缸发动机52kW(4500r/min)Reva EV轿车印度铅酸他励直流电动机1365802001YW6-120DD大客车中国远望三相异步电动机90150199614电动汽车特点n优点n在行驶中无废气排出，不污染环境，所以电动汽车可称为”零排放污染汽车”。n能源有效利用率高。n振动及噪声小，车厢内外十分安静。n结构简单，维修使用方便。n缺点n一次充电所能行驶的里程短。装载与汽油质量相同的铅酸蓄电池的电动汽车，其续驶里程仅为汽
6、油机汽车的1/70。n成本高。蓄电池及电机控制器价格昂贵是电动汽车成本高的主要原因。另外，蓄电池寿命短，折旧费高。n充电时间长，一般需要610h。15电动汽车组成n电力驱动系统n电源系统n辅助系统16电动汽车的总体布置因为在电动汽车上能量是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转轴传输的，电动汽车各个系统或各个部件的布置有很大的灵活性。17电力驱动系统 n分为电动机中央驱动和电动轮驱动两种电动机中央驱动电动轮驱动18电动汽车的驱动电机（1）n直流电动机20世纪90年代以前采用。它具有起动加速时驱动力大、调速控制简单、技术成熟等优点。但是直流电动机的电枢电流由电刷和换向器引入，换向时产生电火花，换
7、向器容易烧蚀，电刷容易磨损，需经常更换，维护工作量大。接触部分存在摩擦损失，不仅使电机效率降低，还限制了电动机的工作转速。n无换向器真流无刷电动机它由电动机本体、转子转角传感器和电子开关控制电路组成。其中电子开关控制电路起到了普通直流电动机中换向器的作用。直流无刷电动机既有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等诸多优点，又具备运行效率高、无励磁损耗、运行成本低和调速性能好等特点。因此，它在电动汽车上的应用与日俱增。例如，宝马公司生产的BMW EI电动汽车和东京电力公司开发的IZA电动汽车，均采用永磁直流无刷电动机作为电动轮。n交流感应电动机在电动汽车上广为应用，这是因为感应电动机采用变频调
8、速时，可以取消机械变速器，实现无级变速，使传动效率大为提高。另外，感应电动机很容易实现正反转，再生制动能量的回收也更加简单。当采用鼠笼型转子时，感应电动机还具有结构简单、坚固耐用、价格便宜、工作可靠、效率高和免维护等优点。19电动汽车的驱动电机（2）n另一种用于电动汽车上的交流电动机是交流同步电动机。当以永磁材料替代同步电动机的励磁绕组时，则这种永磁同步电动机可以取消电刷和滑环，而且没有励磁绕组的铜损，它比感应电动机的效率还要高，体积还要小。n开关磁阻电动机被公认是一种极有发展前途的电动汽车驱动电动机。它的定子和转子均由普通硅钢片叠压而成，转子上既无绕组，也无永磁体，只在定子上绕有集中绕组。开
9、关磁阻电动机具有普通直流电动机和交流电动机所不能比拟的优点：结构简单、坚固耐用、成本低，可在极高的转速下工作，能适应高温和强振动的工作环境；起动转矩大，低速性能好；调速范围广，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩-转速特性；在宽广的转速和功率范围内都有很高的效率。20功率转换器n电动汽车用的功率转换器用作不同频率的DC-DC转换和DC-AC转换。DC-DC转换器又称直流斩波器，用于直流电动机驱动系统。两象限直流斩波器能把蓄电池的直流电压转换为可变的直流电压，并能将再生制动能量进行反向转换。DC-AC转换器通常称作逆变器，用于交流电动机驱动系统，它将蓄电池的直流电转换为频率和电压均可调的交流电。
10、电动汽车一般只使用电压输入式逆变器，因其结构简单又能进行双向能量转换。21电源系统n电源是制约电动汽车发展的因素。作为电动汽车的电源应该具有高比能和高比功率等性能，以满足汽车的动力性和续驶里程的要求。另外，还应具有与汽车使用寿命相当的循环寿命、效率高、成本低和免维护等特点。n目前用于电动汽车上的电源主要是蓄电池，其次是燃料电池。n蓄电池是能量存储装置，通过外界充电实现储能；蓄电池技术成熟，价格合理，n燃料电池是能量生成装置，通过化学反应产生电能。而燃料电池则被认为是最有发展前途的电动汽车动力源。22蓄电池的主要性能指标n比能量单位电池质量所能存储的电量(Wh/kg)是评价电动汽车整车质量和续驶
11、里程的指标n能量密度单位电池体积所存储的电量(Wh/L)，它影响蓄电池的尺寸n比功率单位电池质量所能输出的功率(W/kg)，是评价电动汽车加速性、爬坡能力及最高车速的指标n功率密度单位电池体积所能输出的功率(W/L)n循环寿命表示更换电池前所能完成的循环数（蓄电池充、放电一次称为一个循环）。循环寿命短，将增加电动汽车的维护费用。23蓄电池类型及特点n铅酸蓄电池广泛地应用于电动汽车上，其主要原因是技术成熟，价格便宜，可靠性好，单体额定电压高(2.0V)。另外，输出电流大以及良好的高、低温性能等均适合电动汽车使用。但是铅酸蓄电池存在比能量低，充电时间长，使用寿命较短等缺点。n镍镉(Ni-Cb)电池
12、比功率大，比能量高，可快速充电，使用寿命长，抗电流冲击能力强，工作温度范围宽(-4085)，在较大的放电电流范围内电压变化较小等，成为电动汽车很具吸引力的电源。但是生产成本高(约为铅酸电池的24倍)，单体额定电压只有1.2V，重金属镉具有致癌性等，限制了它在电动汽车上的广泛应用。n镍氢(Ni-MH)电池与Ni-Cd电池有许多相同的特性，但由于无镉，因此不存在重金属污染问题，被称为绿色电池。批量生产的成本约为铅酸电池的四倍。Ni-MH电池单体额定电压为1.2V，其负电极为经吸氢处理后的储氢合金，正电极为氢氧化镍，电解液为KOH溶液。n钠硫(Na-S)电池有很高的比功率和比能量，但其工作温度高，再
13、加上钠的活化性和腐蚀性，因此在结构设计上必须保证坚固和安全。Na-S电池以熔融态钠为负电极，熔融态硫为正电极，陶瓷-Al2O3作电解质，并作为离子传导媒介和熔融态电极的隔离物，以避免电池自放电。n锂离子(Li-Ion)电池自20世纪90年代初问世以来发展很快。虽然目前锂离子电池仍处于开发阶段，但在NissanFEV、NissanPrairicJoy和Altra等电动汽车上都采用锂离子电池。它具有单体额定电压高，比能量和能量密度高和使用寿命长等优点，缺点是自放电率高。24燃料电池n燃料电池是燃料与氧化剂通过电极反应将其化学能直接转化为电能的装置。燃料电池不需要充电，只要外部不断地供给燃料和氧化剂
14、，就能连续稳定地发电。电动汽车用燃料电池的燃料为氢和甲醇，氧化剂为空气。燃料电池具有比能量高、使用寿命长、维护工作量少以及能连续大功率供电等优点。另外，燃料电池电动汽车可达到与燃油汽车相同的续驶里程。25燃料电池n根据电解质的不同，燃料电池可分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池、溶融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池五类。n适于电动汽车用的有碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池。在燃料电池中，燃料作负电极的工作物质，在负电极发生氧化反应；氧气(空气)作正电极的工作物质，在正电极发生还原反应。在碱性燃料电池中，氢气和氧气(空气)分别吸附在用活性炭制成的电极上，并将两个电极置于KOH电解
15、液中，若接通外电路，便有电流流过负载。26辅助系统n电动汽车的辅助动力源主要由辅助电源和DC-DC功率转换器组成，其功用主要是向动力转向系统、空调器及其他辅助设备提供动力。燃油汽车 电动汽车27混合动力汽车Hybrid-ElectricVehicel n混合动力汽车是指装有内燃机与电动机两种动力的汽车。按照内燃机与电动机联接方式的不同，混合动力汽车分为串联型、并联型和串并联型三种。混合动力汽车既能减少汽车对环境的污染，又能延长续驶里程。28太阳能汽车一、工作机理n当太阳光照射到车身上的太阳能电池上时，太阳的辐射能转变为直流电，供给直流电动机运转，驱动汽车行驶。二、优缺点n优点：优点：不用燃料、
16、无噪声、无废气污染、乘坐安静、平稳、舒适。n缺点：缺点：太阳能电池板的造价高、发电能力差等。29第五节 压缩天然气汽车及液化石油气汽车一、分类n天然气汽车n液化天然气汽车（LNGV）n压缩天然气汽车（CNGV）n吸附天然气汽车（ANGV）n液化石油气汽车（LPGV）n单燃料汽车n两用燃料汽车n双燃料汽车30二、优缺点优点：优点：1、天然气和液化石油气在常态下为气态，容易与空气混合形成均匀的可燃混合气，燃烧完全，可以大幅度减少CO、HC和微粒的排放，降低噪声；2、多数天然气的辛烷值在115130，液化石油气的辛烷值也在100左右，因此可以改进和提高燃气汽车的动力性和经济性；3、冷起动性和低温运转
17、性能良好，在暖机期间无需加浓混合气；4、天然气和液化石油气燃烧界限宽，稀燃特性优越，燃烧稀混合气，除对NOx的控制产生显著效果外，对燃料经济性更有明显好处，同时可降低排气温度，提高气门和发动机寿命；5、不稀释润滑油，可以延长润滑油更换周期和发动机使用寿命。31二、优缺点缺点：缺点：1、储运性能差；2、一次充气的续驶里程短；3、CNG或LPG均呈气态进入气缸，使发动机充量系数降低。4、从炼油厂得到的LPG，除含丙烷、丁烷外，还含有较多的烯烃，不宜作车用燃料。因为烯烃在常温下化学安定性差，在储运过程中容易生成胶质，燃烧后容易积炭。两用燃料发动机n汽油/CNG两用燃料发动机n汽油/LNG两用燃料发动
18、机n柴油/CNG两用燃料发动机（一）汽油/CNG两用燃料发动机n将汽油机改装为汽油/CNG两用燃料发动机之后，当燃用天然气时，发动机的功率和转矩都会明显下降。有研究表明，适当提高改装机的压缩比不仅可以减小功率损失还能改善发动机的燃料经济性。发动机型号压缩比燃料最大功率(kW)最大转矩(Nm)最低燃料消耗率(汽油：g/kWh,天然气：L/kWh)CA61026.75汽油96373306天然气74322399CA6102N-17.6汽油105379295天然气88335379CA6102N-28.8天然气91350370CNG供给系统组成及工作原理 该CNG供给系统是采用步进电机伺服阀和比例调节式
19、混合器的闭环控制系统。35(二)汽油/LPG两用燃料发动机 n目前国内外大多数厂家生产的车用LPG供给装置与CNG供给装置的基本部件都可以通用，惟LPG供给系统的车用气瓶及其附件、管阀件有些特殊的要求。36电控CNG喷射系统 CNG和汽油的供给都采用电控喷射方式 37电控LPG喷射系统n如果取消混合器式闭环控制LPG供给系统中的混合器，代之以气体喷射器，再将蒸发调压器的出口压力调节到0.5MPa，就构成了电控LPG喷射系统。38（三）柴油-CNG双燃料发动机 n柴油-CNG双燃料发动机的燃料供给系统是在原柴油机燃油系统之外增加一套CNG供给装置而构成的。39喷油泵供油量调节齿杆限位器 n由于天然气的自燃温度高出柴油一倍以上，不容易自燃，因此柴油压缩天然气发动机，在每一个工作循环，均由喷油泵经喷油器向气缸内喷入少量柴油作为“引燃燃料”，待柴油着火燃烧后再将天然气点燃。n当发动机按柴油CNG双燃料工作时，作为引燃燃料的柴油，其每循环供油量较少且不随发动机工况变化。为此特设置喷油泵供油量调节齿杆限位器3，用来限定喷油泵供油量调节齿杆的位置。40作业题n发动机构造综述（从组成、类型方面阐述）