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1、汽车节能技术Automobile Energy Density Technology第二章第二章汽车的节能技术汽车的节能技术o随着油价节节攀升和石油危机的到来，当今各国纷纷制定出汽车的油耗标准，有的国家规定汽车油耗率必须逐年降低，迫使汽车制造厂采取轿车轿车小型化、减轻自重、减小空气阻力、柴油机化、小型化、减轻自重、减小空气阻力、柴油机化、稀薄燃烧技术、分层燃烧技术、润滑减磨、子午稀薄燃烧技术、分层燃烧技术、润滑减磨、子午线轮胎、传动系统最正确匹配等许多节油措施线轮胎、传动系统最正确匹配等许多节油措施，使汽车的油耗大大降低。对我国而言，随着汽车大规模进入家庭，私车保有量的日益增多，汽车节油也显得
2、越来越迫切。第一节影响燃油经济性的因素o影响汽车燃油经济性的因素主要有两个方面：汽车使用方面和汽车结构方面。一、使用方面o一正确的技术保养与调整一正确的技术保养与调整首先对发动机要保持良好的技术状况。对供油系进行保养与检查，防止漏油等；要及时去除燃烧室、活塞、进气管上的胶质与积碳；要保持发动机冷却系的正常温度；保持汽缸的压力。在汽车底盘方面，要加强对各总成的保养与调整，以保持适当的滑行能力，减少燃油消耗。o二驾驶操作技术二驾驶操作技术首先应该正确选用行车速度。第二，在道路上行车，汽车使用不同的档位行驶，耗油是不一样的。最经济的驾驶方法是高档的行驶可能性未用尽前，不应换低档。换档要块，动作迅速。
3、第三，踩油门要轻，缓慢加油。o汽车在接近于低速的中等车速行驶时燃油消耗量最低；高速时随车速的增加百公里燃油消耗量迅速加大，这是因为高速行驶时，虽然发动机的负荷率较高，但汽车的行驶阻力增加很多而导致百公里燃油消耗量增加的缘故。同时，汽车在行驶时，挡位选择也很重要。在一定道路上，汽车用汽车用不同的挡位行驶，燃油消耗量是不一样的。在同不同的挡位行驶，燃油消耗量是不一样的。在同一道路条件与车速下，虽然发动机发出的功率相一道路条件与车速下，虽然发动机发出的功率相同，但挡位越低，后备功率越大，发动机的负荷同，但挡位越低，后备功率越大，发动机的负荷率越低，燃油消耗率越高，百公里燃油消耗量越率越低，燃油消耗率
4、越高，百公里燃油消耗量越大，而使用高挡时的情况则相反。大，而使用高挡时的情况则相反。另外，汽车的调整与保养也会影响到发动机的性能与汽车行驶阻力，所以对百公里油耗有相当影响。o二、汽车结构方面二、汽车结构方面o一汽车尺寸和质量一汽车尺寸和质量减少汽车尺寸和质量是提高燃油经济性的有效措施，汽车要合理设计和精心地计算分析，要采用高强度材料和轻质材料。统计说明，整车质量为1360kg的汽车，当汽车总质量减少10%，油耗降低8.8%。二发动机二发动机影响的因素主要有压缩比、燃料供给、功率利用率等。活塞式内燃机的理想循环活塞式内燃机的理想循环为为便便于于分分析析内内燃燃机机的的实实际际工工作作过过程程，将
5、将内内燃燃机机的的某某个个循循环环的的各各个个实实际际过过程程全全部部抽抽象象的的概概括括为为假假设设干干个个可可逆逆过过程程，这这样样得得到到的的一一个个闭闭合合循循环环，称称为为理理想循环。想循环。理想化的原则及方法：理想化的原则及方法：1 1、工质所经历的状态变化为一闭合循环；、工质所经历的状态变化为一闭合循环；2 2、循环中工质的数量和化学成分始终不变；、循环中工质的数量和化学成分始终不变；3 3、组成各循环的过程都是可逆的；、组成各循环的过程都是可逆的；4 4、工质的比热为定值。、工质的比热为定值。一、内燃机的理想循环一、内燃机的理想循环实际工作过程：实际工作过程：汽油机的理想循环：
6、汽油机的理想循环：容加热循环容加热循环低速柴油机的理想循环：低速柴油机的理想循环：等压加热循环等压加热循环高速柴油机的理想循环：高速柴油机的理想循环：混合加热循环混合加热循环2、汽油机的理想循环、汽油机的理想循环-等容加热循环等容加热循环o1-2的压缩过程的压缩过程o绝热压缩；绝热压缩；o2-3的燃烧过程的燃烧过程o等容加热；等容加热；o3-4的膨胀过程的膨胀过程o绝热膨胀；绝热膨胀；o4-1的排气过程的排气过程o等容放热。等容放热。3、车用柴油机的理想循环、车用柴油机的理想循环-混合加热循混合加热循环环1-21-2的压缩过程的压缩过程绝热压缩；绝热压缩；2-32-3的燃烧过程的燃烧过程等容加
7、热；等容加热；3-43-4的燃烧过程的燃烧过程等压加热等压加热；4-54-5的膨胀过程的膨胀过程绝热膨胀；绝热膨胀；5-15-1的排气过程的排气过程等容放热。等容放热。o混合加热循环的热效率混合加热循环的热效率:=V1/V2-压缩比压缩比,=P3/P2-压力升高比，压力升高比，=V4/V3-预胀比，预胀比，k-绝热指数绝热指数.压缩比的影响压缩比的影响o压缩比对上述三种理想循环的影响是相同压缩比对上述三种理想循环的影响是相同的。的。o由由热效率的公式热效率的公式：o，T。当压缩比较小时，当压缩比较小时，热效率随压缩比热效率随压缩比的增加显著增大；的增加显著增大；当压缩比较大时，当压缩比较大时，
8、热效率随压缩比的增加增大较少。热效率随压缩比的增加增大较少。o三传动系三传动系取决于传动系效率、变速器档数与传动比。传动系效率越高，变速器档数越多，传动比越小，汽车的燃油经济性越好。o四汽车外形与轮胎改善车身流线，降低空气阻力系数，都可以提高燃油经济性。现在公认的子午胎的耐磨性、动力性、经济性等综合性能最好，与一般的斜交轮胎相比，燃油经济性好。o因此，汽车节油是一个大的系统工程，它包括车辆技术、辅助设施与维修、汽车运用等多个方面。在车辆技术方面，要想节油，必须提高汽车的行驶效率，这就需要减小行驶阻力。这涉及到车身形状、改善通用件结构，以及改进轮胎；而车身的轻型化已经是国际通行的趋势。提高的发动
9、机性能，也能有效的节油，这就需要对现有的发动机进行改进，提高发动机的热效率，降低运转部件的摩擦损失和驱动辅机的损失；同时，开发替代的发动机和合理利用能源也很重要，如开发燃料电池车、利用氢能开发氢气发动机、改进蓄电池和电动车技术等。o在与汽车相关的辅助设施及维修方面，改善道路设施与公路结构最优化很重要。而改进汽车传统的检修方式，用计算机诊断系统到达汽车的修理合理化和检查修理方式合理化，对于汽车有效地提高燃烧效率很有帮助。同时，汽车维修设备质量的上下、修理技术水平的好坏也会对汽车油耗产生直接的影响。o在汽车使用环节，节油的途径与措施主要有两个方面。o一是改进汽车运行的线路结构。比方，公共汽车、载货
10、车行驶线路的最正确化无疑会到达节油的目的。这就需要统一调配协调运输，建立完善的信息流动系统；有效的利用运输能力，对回程车予以有效利用等。而改善汽车的运输方式、对运输进行集中管理和控制也会提高汽车的使用效率，从而到达节油的目的。o二是交通流量力求最正确化。可以通过信号的控制径路引导和车辆上装载的指示系统，来改善城市交通管理；也可以通过开发城市双层公共汽车、特定需要的公共汽车，来改善城市的交通系统，从而提高城市的出行效率、节约油耗。第二节发动机节能技术o发动机对汽车燃油经济性的影响主要有以下方面：o一是发动机的结构。发动机的油耗对汽车的油耗有决定性的影响，而发动机的油耗决定于发动机的结构。发动机的
11、压缩比高、有完善的供油系统及合理的燃烧室形状，采用电子点火系统等都能降低发动机的比油耗。o二是发动机的种类。柴油机由于压缩比比汽油机要高得多，因此柴油机比汽油机的油耗要低得多。试验和使用证明，一般装备柴油发动机的轿车比装备汽油发动机的轿车节油18%左右，柴油发动机载货汽车比汽油发动机载货汽车节油30%左右。o目前世界各国正在积极推行轻型货车和轿车的柴油化进程，在总质量为2t5t的载货汽车中，德国有95%左右已用柴油机，约为90%。三是发动机的负荷率。发动机的比油耗随发动机的负荷变化而变化。在负荷率约为80%90%时比油耗最低，低负荷和全负荷时比油耗都将增加。空燃比与节能空燃比与节能o发动机的工
12、作过程中影响油耗的两个最根本因素是空燃比和发动机负荷空燃比和发动机负荷，这两个值都有一个理论上的最正确值，汽车在实际工作过程中，空燃比和发动机负荷的实际值越接近理论值，汽车就越省油。发动机在负荷为90%、空燃比为1.05：1时燃烧效率最高。发动机负荷大家都比较了解，我再稍微解释一下空燃比，这个参数实际上就是衡量混合器浓度的一个量，1：1为标准浓度混合气，大于1的为偏稀，小于1偏浓。o以上所述是理论，下面我们看看显示生活中的什么情况影响油耗。o1、进气系统的故障，会导致油耗的增加；如空气滤清器经久不换，导致进气不够，油耗一定会增加的；还有，节流阀体很久没有清理，也会让油耗增加。o2、点火系统的故
13、障比方火花塞有积碳。o3、油路故障，比方喷油嘴脏了，供油系统有问题等。oo4、磨合润滑不好，如车轮轴承局部缺少润滑油，致使磨擦系数增加，从而油耗也会增加等。新车一开始的油耗一般不如已跑了一段时间的车子。o5、另外，一些电喷的发动机的关键传感器，比方空气流量传感器、氧传感器假设工作不正常也将影响ECU对喷油时间的控制，造成油耗增加。当然，这个检测比较困难。oo说到发动机与油耗的关系，这里必须澄清一个问题，有的人往往把油耗的大小与发动机的排量联系在一起，认为大排量的发动机的油耗会大于小排量的发动机。这是纯粹是一种想当然。大车和小车相比油耗相对较大主要是整车质量上的问题而不是发动机的原因，可以想象把
14、广本2.4的发动机装在QQ上，那么这款新QQ的油耗不会差很多，但开一起来一定非常过瘾。但是整量QQ的造价还不如广本的一个发动机，因此这种假设不会成为现实。o如果一辆汽车，发动机完全工作正常，有什么方法能够进一步节省油耗？可以从两个大的地方动手，一是进排气系统，二是改善油品发动机负荷率与节能发动机负荷率与节能o发动机的节能途径可以归纳为以下两大类：o第一，提高发动机本身的燃油经济性。这是指降低发动机在各种工况下的比油耗。从热力学角度来看，有几条途径可循：提高过量空气系数提高热效率；提高压缩比提高热效率；提高进气管压力减少泵气损失；优化燃油喷射使燃烧更加完全；优化汽油机点火定时或柴油机喷油定时提高
15、热效率；减少热损失提高热效率；降低摩擦损失提高机械效率。o第二，优化和转移发动机的工况点。这是指尽可能地使发动机运行在最低比油耗的工况区域。此举的节能潜力不可小看。混合动力车之所以节能效果明显，也与此有关。从BMW公司2001年产320d手动变速轿车4缸2.0升TDI柴油机的万有特性曲线可见：o在整个工况範围内，只有一个极小的区域能够到达最低燃油消耗率；o在同一台发动机中，最高燃油消耗率可以到达最低燃油消耗率的一倍，甚至更多；o最正确燃油经济性出现在柴油机和汽油机的较高负荷率区域，因为此时的泵气损失较小。负荷率定义为在一个确定的发动机转速下实际负荷跟该转速下的最大负荷的比值；o最正确燃油经济性
16、出现在一个很小的发动机转速区域内，而在此区域内燃油经济性最正确的负荷率大致为8090%；o燃油经济性最正确的转速区域，在现代轿车柴油机中是2500r/min上下的中速範围，在汽油机中则在较低的转速範围，即2000r/min左右；o一般来说，提高发动机负荷率可以提高燃油经济性。o普及型轿车对最高车速的要求较低，那怕是装备一台标定功率只有30kW左右的发动机也可以勉强过得去，可是豪华型轿车对最高车速要求很高，甚至超过220km/h，所以後者装备的发动机功率可达前者的十倍，某些豪华型轿车装备了12缸V型或W型发动机，功率超过300kW。但是，在城巿行驶工况中，汽车怠速时间长，平均车速低，不可能到达最
17、高车速。即使是大功率豪华型轿车，在都巿中行驶时的功率需求也只有7.5kW左右。此时，豪华型轿车只利用了发动机标定功率的很小局部，甚至只有四十分之一。o要解决豪华型轿车在低工况下的燃油经济性问题，最有效的方法是缩小低工况下发动机实际功率和标定功率之间的差异，从而提高发动机的负荷率。下面讨论发动机通过提高负荷率降低比油耗的节能途径。2.2.3稀燃技术o什么叫稀燃什么叫稀燃？o顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：25以上。其实，在20多年前就已经有人在研究稀燃技术。面对21世纪70年代初欧家的排放规定以及石油危机引起的降低油耗的需求，人们探索了由稀混合气运行，用氧化催化剂净
18、化排气的方法，采用了一种带副燃烧室的发动机。这种由丰田及本田公司创造的燃烧方式由于从副燃烧室喷出火焰会造成热能损失，稀混合气发动机改进对油耗的效果不明显。o从那以后，随着进气口的改进，气缸内旋从那以后，随着进气口的改进，气缸内旋涡生成技术的进步，由通用、福特、丰田、涡生成技术的进步，由通用、福特、丰田、本田、日产等汽车公司先后搞成的开口式本田、日产等汽车公司先后搞成的开口式燃烧室可以形成比带副燃烧室还好的稀薄燃烧室可以形成比带副燃烧室还好的稀薄混合气燃烧，并且随着进气口燃料喷射技混合气燃烧，并且随着进气口燃料喷射技术的开展和稀混合气传感器技术的开发，术的开展和稀混合气传感器技术的开发，精密控制
19、空燃比已成为可能。精密控制空燃比已成为可能。80年代中期，年代中期，丰田正式使稀混合气发动机丰田正式使稀混合气发动机TLCS产产品化，三菱、本田也相继将其产品实行产品化，三菱、本田也相继将其产品实行产品化。品化。o进入90年代，三菱汽车公司研制出来的缸内直喷技术使稀燃技术又进了一步。目前，各大公司都拥有自己的稀燃技术，其共同点都是利用缸内涡流运动，使聚集在火花塞附近的混合气最浓，先被点燃后迅速向外层推进燃烧，并有较高的压缩比。o比较著名的三菱缸内喷注汽油机GDI，可令混合比到达40:1。它采用立式吸气口方式，从气缸盖的上方吸气的独特方式产生强大的下沉气流。这种下沉气流在弯曲顶面活塞附近得到加强
20、并在气缸内形成纵向涡旋转流。在高压旋转喷注器的作用下，压缩过程后期被直接喷注进气缸内的燃料形成浓密的喷雾，喷雾在弯曲顶面活塞的顶面空间中不是扩散而是气化。o这种混和气被纵向涡旋转流带到火花塞附近，在这种混和气被纵向涡旋转流带到火花塞附近，在火花塞四周形成较浓的层状混和状态。这种混合火花塞四周形成较浓的层状混和状态。这种混合状态虽从燃烧室整体来看十分稀薄，但由于呈现状态虽从燃烧室整体来看十分稀薄，但由于呈现从浓厚到稀薄的层状分布，因此能保证点火并实从浓厚到稀薄的层状分布，因此能保证点火并实现稳定燃烧。现稳定燃烧。o群众的直喷汽油发动机群众的直喷汽油发动机FSI，则是采用，则是采用了一个高压泵，汽
21、油通过一个分流轨道共轨了一个高压泵，汽油通过一个分流轨道共轨到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最正确气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最正确的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。周围。FSI直喷技术详解直喷技术详解oFSI是FuelStratifiedInjection的词头缩写，意指燃油分层喷射。燃油分层喷射技术是发动机稀燃技术的一种。什么叫稀燃？顾名思义就是发动机混合气
22、中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：25以上。o群众FSI发动机利用一个高压泵，使汽油通过一个分流轨道共轨到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最正确的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。如果稀燃技术的混合比到达25：1以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比到达12：1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速涉及外层。oFSI特点是：能够降低泵吸损失，在低负荷时确保低油耗，但需要增加特殊催化转换器以有效净化处理排
23、放气体。下面分别详细阐述：oFSI发动机按照发动机负荷工况，基本上可以自动选择2种运行模式。在低负荷时为分层稀薄燃烧，在高负荷时则为均质理论空燃比14.6-14.7燃烧。在这两种运行模式中，燃料的喷射时间有所不同，真空作动的开关阀进行开启/关闭。在高负荷中所进行的均质理论空燃比燃烧中，燃油则是在进气冲程中喷射。o理论空燃比的均质混合气易于燃烧，不必借助涡流作用，因此，由于进气阻力减少，开关阀翻开。而在全负荷以外，进行废气再循环，限制泵吸损失，由于直喷化而使压缩比提高到12.1，即使在均质理论空燃烧比混合气燃烧中，仍能降低燃油耗。进一步说，在FSI发动机中，在低负荷与高负荷之间，作为第三运行模式
24、而设定均质稀薄燃烧，在这种运行模式中，燃油在进气冲程喷射，并且由于产生加速稀薄混合气燃烧的纵涡流，开关阀被关闭。这时，阻碍燃烧的废气再循环EGR暂不进行。与均质理论空燃比燃烧不同的是，吸入空气量超过燃油的喷射量。o如上所述，根据FSI发动机运转状态，在分层稀薄燃烧到均质理论空燃比燃烧过程中，空燃比连续变化。因此，三效催化转化器不能够净化排放气体中的NOx。这是因为三效催化转化器要利用排气中的HC或CO进行NOx复原反响的缘故。在稀薄燃烧中，在排放气体中残留很多氧气，不能进行NOx复原反响。为了使NOx吸储型催化剂获得高效功能，其温度必须保持在250-500范围内。当超过这一温度范围发动时机自动
25、转换到均质理论空燃比燃烧，并通过三效催化转化器进行废气处理。o然而这又与燃油经济性下降相关，为此，必须增加废气冷却装置。利用这种冷却装置，排放气体通过NOx吸储型催化转化而被冷却，由于稀薄燃烧的范围宽，催化转化器的寿命也延长。然而，NOx吸储型催化转化器会受到硫侵蚀而中毒，所以必须把汽油中的含硫量尽量降低到最少。但是，如前所述，含硫低的汽油不是到处能供给的。群众汽车公司采取的措施是，把催化剂反响温度提高到650以上，从而把附着在催化剂上的硫通过燃烧而加以消除。o在高速行驶时，能够保持这样高的催化剂温度，但是，在城市内行驶时则催化剂温度下降，就不能烧除附着在催化剂的硫。为此，通过NOx传感器监视
26、硫附着在催化剂上的程度，根据监测情况提高排放气体的温度。作为其措施，一般采用点火正时延迟，尽管这样做会引起燃油经济性恶化，但是为了净化处理NOx，这是不得已而为之。o本田最新的VTEC发动机也将采用稀燃技术。这款取名为VTECi2.0升发动机将比一般本田发动机省油20%，其特点是将VTEC技术与稀燃技术相结合，也是当低转速时令其中一组进气门关闭，在燃烧室内形成一道稀薄的混合气体涡流，层状分布集结在火花塞周围作点燃引爆，从而起到稀薄燃烧作用。o综上所述，汽车汽油发动机实现稀燃的关键技术归纳起来有以下三个主要方面：低转时，矮凸轮顶开一个气门低转时，矮凸轮顶开一个气门一、提高压缩比一、提高压缩比o采
27、用紧凑型燃烧室，通过进气口位置采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进使缸内形成较强的空气运动旋流，提改进使缸内形成较强的空气运动旋流，提高气流速度；将火花塞置于燃烧室中央，高气流速度；将火花塞置于燃烧室中央，缩短点火距离；提高压缩比至缩短点火距离；提高压缩比至13：1左右，左右，促使燃烧速度加快。促使燃烧速度加快。二、分层燃烧o如果稀燃技术的混合比到达如果稀燃技术的混合比到达25：1以上，按以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比
28、到达围形成易于点火的浓混合气，混合比到达12：1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速涉及外层。速涉及外层。o为了提高燃烧的稳定性，降低氮氧化物为了提高燃烧的稳定性，降低氮氧化物NOx，现在采用燃油喷射定时与分段喷射技术，现在采用燃油喷射定时与分段喷射技术，即将喷油分成两个阶段，进气初期喷油，燃油首即将喷油分成两个阶段，进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部随后在缸内均匀分布，进气后期先进入缸内下部随后在缸内均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四周被喷油，浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四周被点燃，实现分层燃烧。点燃，实现分层燃烧。三
29、、高能点火三、高能点火o高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来到达上述目的。置来到达上述目的。o以上三点只是对整体汽油发动机稀燃技术而以上三点只是对整体汽油发动机稀燃技术而言，具体到某种机型会有所偏重。因为各种汽油言，具体到某种机型会有所偏重。因为各种汽油发动机稀燃方式的技术措施不完全一样，甚至同发动机稀燃方式的技术措施不完全一样，甚至同一部发动机在不同的工况下稀燃方式也会不完全一部
30、发动机在不同的工况下稀燃方式也会不完全一样。有些着重缸内气流运动及燃油分布的配合，一样。有些着重缸内气流运动及燃油分布的配合，重点在分层燃烧。有些着重加大点火能量、增快重点在分层燃烧。有些着重加大点火能量、增快火焰传播速度和缩短火焰传播距离，重点在高能火焰传播速度和缩短火焰传播距离，重点在高能点火。点火。宝马开发喷雾引导直喷自然吸气直宝马开发喷雾引导直喷自然吸气直6稀薄燃烧发动机稀薄燃烧发动机o德国宝马日前宣布开发成功了采用压电喷射阀的喷雾引导Spray-guided式直喷直列6缸稀薄燃烧发动机，并表示今后将阶段性地扩大配备车型及其市场。与原来的进气口喷射发动机相比，在最大输出功率略有提高的同
31、时，可将燃效改善10。o喷雾引导方式与先前发表的涡轮发动机一样，均在燃烧室的顶部配置压电式喷射阀，在其旁边的排气阀一侧设置点火火花塞。压电式喷射阀具有喷射压力及响应性高的特点，在吸气及压缩行程中以最大20MPa200个大气压的压力最多喷射3次燃料。分3次喷射燃料的原因是：第1次是为了降低吸气温度、提高填充效率，第2次是为了呈圆锥状形成燃料区，而第3次则是为了在点火火花塞附近形成易于点燃的浓燃料区。o涡轮发动机的压缩比为10.2，而新发动机则从原型发动机的10.7大幅提高到了12。这一数值与戴姆勒克莱斯勒在同一届日内瓦车展上发表的“CLS350CGI配备的喷雾引导式直喷稀薄燃烧发动机的12.2大
32、体相近。o配备的催化剂为NOx吸附复原催化剂。NOx吸附复原催化剂在燃料中的硫磺浓度较高时，就会吸附SOx硫磺氧化物，性能容易变差。而新发动机虽然燃效改善效果不大，不过由于在催化剂中大量添加了HC碳化氢，在输送排气时增加了催化剂的再生次数，从而也可支持硫磺浓度较高的汽油。o图图1：采用压电喷射阀的喷雾引导式直喷直列：采用压电喷射阀的喷雾引导式直喷直列6缸稀薄燃缸稀薄燃烧发动机烧发动机图图2：喷射系统及点火系、排气系：喷射系统及点火系、排气系o图图3：缸头、气：缸头、气缸体的分解样品缸体的分解样品汽油机缸内直喷作为新技术有着美汽油机缸内直喷作为新技术有着美好的前景好的前景o缸内直喷所宣扬的是通过
33、均匀燃烧和分层燃烧实现了高负荷、尤其是低负荷下的燃油消耗降低，动力还有很大提升。在局部负荷时具有的巨大节油作用表达在市内走走停停的交通状况下是多么诱人。今天各大公司已经把目光锁定在了直喷如博世公司开发了MotronicMED7汽油直喷系统，奥迪公司开发了FSI系统，奔驰开发了CGI系统，菲亚特则开发了JTS系统虽然名字不同但它们都代表了汽油缸内直喷。o奥迪第一款作为量产车匹配直喷发动机的车型是2002年3月在日内瓦车展展出的A21.6FSI。接下来是奥迪A4匹配了110kW2.0LFSI发动机有别于老A4使用了单柱塞高压油泵，4气门替代了5气门，显然是为了在燃烧室安装汽油喷嘴节省地方。A42.
34、0FSI最大扭矩200Nm出现在3250-4250rpm，0到100km/h的加速时间是9.6秒，最高时速218km/h。百公里综合油耗7.1L。o在2002年底奔驰也上市了配有1.8LCGI汽油缸内直喷发动机的C级轿车即C200CGI。峰值功率是125kW，扭矩比上一代增加了15%当发动机转速只有1500rpm时即可输出扭矩的75在3000rpm时输出最高扭矩250Nm并持续到4500rpm。与相同排量C级车相比节油超过19综合油耗是7.8L/100km排放到达欧。0到100km/h的加速时间是9.0秒，最高时速222km/h。与C200CGI有着相同排量的C180KOMPRESSOR峰值功
35、率是105kW最高扭矩220Nm/2500rpm,0到l00km/h的加速时间是9.7秒最高时速222km/h，综合油耗8.2L/100km。从以上数值就可以看出这2款发动机的差距了。2.2.8可变配气技术可变配气技术o简单的说。车子的发动机有两个最重要的内容：1。低转速扭矩。2。高转速功率。现在不说其他的，只说进气系统。车子在刚起步时和急加速超车时，要感觉到有力和爽，就要有扭矩。而车子最高速度快不快，这是关系到高速功率的问题。o现在问题回来了，在车子其他配置不变的情况下，如果用又细又长的进气岐管的话，在发动机低速的情况下，可以增加进气的气流速度和气压强度，并使得汽油得以更好的雾化，燃烧的更好
36、。就像我们如果要水管里的水流有力的话，就把水管捏的扁一点是一样的道理。o相反，这样的配置也有缺点，就是当发动机拉到高速时，由于岐管太细，在单位时间里的进气量不够用了，结果就是转速拉不上去，导致车子高速跑不出来。这时就需要岐管又粗又短，这样才能吸入更多的气。为了让发动机又有低速扭矩，又能拉得出高速，现在的车子大多配备可变岐管或双岐管。o双岐管为化油器电喷和缸头进气口之间有两根岐管连接，一根粗短直一根细长弯细长的大都带有弯曲度，用可变阀门控制就像人咽喉里的气道和食道一样。平时气走细管，当转速到达一定高度时，阀门自动关闭，气改走粗管。可变岐管看起来是一根，其实是细管套在粗管里。结构不同，原理一样。o
37、通常的可变长度进气歧管都是两阶段或三阶段式的，而745iV8上使用的系统则能够在215mm到607mm之间连续改变进气歧管长度。奥迪奥迪A4发动机发动机o可变长度进气歧管可变长度进气歧管o燃烧所必须的空气通过进气歧管进入汽缸。o较长的进气歧管使发动机在低转速下获得较大的扭矩。但在高转速下却会出现较低的最大输出功率。o较短的进气歧管却正相反，发动机在低转速下获得较小的扭矩，但在高转速下却会出现较高的最大输出功率。o通过双级可变进气歧管，可以保证在相应的转速范围内具有有效长度。o在保证在较大的转速范围内，不但具有较大的扭矩的同时，在高转速区具有较高的最大输出功率。可变配气正时o由于混合气体本身的质
38、量，使它也存在一定的惯性。当活塞运动到排气终了的上止点时，理应在这个时候翻开进气门，通过马上到来的活塞进气行程产生的负压来吸气，由于混合气存在一定惯性，如果此时才翻开进气门那么还需要一个时间给进气支管中的混合气加速，在这个时间内，混合气是不能进入到汽缸中的，所以这就浪费了一段活塞的行程，如果在排气终了活塞到达上止点之前进气门就翻开了，那么就争取了混合气因为加速而浪费掉的时间，可以充分利用进气冲程时活塞向下运动的全部行程吸气，这样效率更高o同样的道理当活塞到达进气冲程下止点时理论上应该要关闭进气门了，但由于混合气体的惯性，此时仍然能够进气，也就是说混合气体仍然在进入汽缸，这个过程虽然只有一瞬间，
39、但是不容无视，如果在活塞刚好到达下止点的时候关闭了进气门，那么势必会有一局部混合气体进入不到汽缸中，造成功率下降，发动机工作效率减低，所以此时进气门必须延时关闭才能保证混合气体尽可能的进入到汽缸中来。排气冲程也是一样的道理。o所以必须在设计凸轮轴转角时考虑到这一点，给它设计一个进排气提前和延时的角度，这个角度统称为配气相位角，也叫配气正时角。有人肯定会有疑问，如果像这样进排气门都设置提前和延时角的话，那势必会让进气门和排气门有一个同时开启的瞬间？那么在压缩和做功的时候不会漏气吗？其实在气体质量惯性的作用下压缩和做功也是有一定迟滞的，只要配气相位角时间配合得好，就不会影响到压缩和做功。如以下图是
40、传统发动机配气相位角的设置方法。o2.2.9分缸断油和可切换液压挺杆分缸断油和可切换液压挺杆分缸断油策略，就是在低工况下切断发动机一局部气缸的燃油供给，其馀各缸就会大幅度提高其负荷率，工作在经济性和排放都大为改善的工况区域。一旦这几个工作气缸已不能满足功率要求时，断油的气缸便恢复供油并点火工作。这种工作方式称为分缸断油。o最简单的模式是，断油缸切断燃油供给，进、排气门照常启闭。这种模式不能消除断油缸的泵气损失。所以，另一种更好的模式是，使断油缸进、排气门暂停启闭，其节油潜力可以提高2至3倍，在汽油车中到达整车节油815%的效果，排放也可以相应地减少。如果在断油时能够解除气门跟凸轮之间的联系，那
41、麽就能实现这个目标。此时，尽管凸轮还在转动，气门却不为其所动。可切换液压挺杆就是为此而开发。o图1为德国INA依纳公司开发的可切换液压挺杆。它由内挺杆和外挺杆两局部组成。内、外挺杆可以互相别离，也可以锁定为一个整体。真正的液压补偿元件在内挺杆里面，最终通过液压补偿元件操纵气门杆。内凸轮接触内挺杆，外凸轮接触外挺杆。外挺杆中的锁定柱塞可以在柱塞弹簧的压力下插入内挺杆的孔内，此时内挺杆和外挺杆连成一体，气门可以正常启闭。内挺杆中有两个操纵柱塞，可以在机油压力下克服柱塞弹簧的压力，将锁定柱塞朝外顶回到外挺杆中，使外挺杆和内挺杆互相别离，此时尽管凸轮轴在转动，气门却不能启闭。图图1可切换液压挺杆资料来
42、源：可切换液压挺杆资料来源：INAo由於局部气缸断油以後会影响发动机的运行平稳性，所以通常只在四缸以上的发动机中才采用这项节油技术。梅赛德斯在1996年首次采用了分缸断油的V-8发动机。现在这项技术在该公司的V-8和V-12发动机上都有应用。的汽车生产商将向巿场推出采用分缸断油技术的新型发动机。有人估计，从总体上看，将来生产的汽车将有20%左右采用分缸断油技术。但是这些发动机主要是带有推杆的发动机。o国产轿车中的6缸汽油机如采用可切换液压挺杆的分缸断油技术，有望节能815%。途径一：汽油机增压途径一：汽油机增压o近年来，国外轿车行业愈来愈频繁地使用一个名词，叫做“downsizing，暂且将它
43、翻译成“缩小排量。它的基本思路是，在保持发动机标定功率不降低的前提下，缩小发动机总排量，使得在较低负荷条件下的负荷率得以提高，到达节能的目的；而在较高负荷条件下就通过增压来到达标定功率。如此，则经济性和动力性可以兼得。举例来说，某自然吸气的12缸发动机排量为6升，标定功率为300kW。可是，如果采用增压，也许将它改成6缸3升排量就可以到达同样的标定功率了。但是，低负荷时的负荷率却提高了一倍左右。o汽油机缩小排量策略的理论基础是显而易见的。排量较小的发动机更多地在较高负荷率下运行，所以它的节气门开度较大，吸气冲程中气缸内的真空度较低，它的泵气损失自然就比排量较大的发动机小得多。此外，在排量较小的
44、发动机中，由於摩擦和冷却而造成的损失也比较小。o汽油机缩小排量的核心技术其实就是增压。增压技术用於柴油机首先是为了提高升功率，同时也为了解决碳烟和碳氢化合物排放的问题。汽油机增压至今尚属罕见。这是因为汽油机即使不采用增压也很容易到达和超过50kW/L的升功率，超过一般增压柴油机；此外，汽油机采用增压技术会增大爆振倾向，必须调整一下压缩比；电子控制策略方面也有一些特殊要求。o但是近年来客户对於汽车动力性的要求有增无减，汽车的最高车速愈来愈大，发动机的标定功率也随之提高，而且当今的大排量轿车发动机多数是自然吸气的汽油机。这就给通过增压技术缩小轿车汽油机的排量以到达节能的目的留下了开展的空间。根据当
45、今国际巿场上客户的愿望，为了满足轿车在动力性、经济性、比重量、灵活性和停车方便等方面的要求，宁愿采取增压也不愿采取增加缸数和排量的策略来提高汽油机的功率。1994年欧洲生产的汽油机中只有1%是增压的。1997年欧洲生产的1,100万台汽油机中这个比例上升到了4.1%。现在这个开展趋势还在继续。这一动向值得中国轿车行业注意。群众的双增压技术o发动机增压是很传统的提升动力和燃油经济性的措施，同时它还能减少发动机有害废气排放量，随着新技术的不断开展增压技术也在不断进步。传统的涡轮增压和机械增压都存在着不如人意的地方，把两种技术结合在一起不失为一种解决方法o今天用在汽车发动机上的增压器根据结构的不同主
46、要分为两类机械增压和涡轮增压。早期的增压器都属于机械增压，被称作“超级增压器Supercharger，后来涡轮增压器创造了，就被称为了Turbocharger。o机械增压器就像空气压缩机机械增压器就像空气压缩机o机械增压器就像发动机的附件转向助力泵一样安装在发动机上，并由发动机皮带驱动，将压缩空气输送到进气歧管。机械增压器结构简单，工作温度介于70-100，不需特殊冷却系统，机件维护简单。不过增压值会随发动机转速的提高而降低，当到达某一界限时，由于本身的阻力增压器反而会成为发动机的负担，严重影响发动机转速的提升。因此，目前欧洲生产的机械增压系统多半采取低增压。它的优点是转子的速度与发动机转速是
47、相对应的，没有滞后，动力输出流畅，成本低。缺点是要消耗发动机动力，机械增压容易产生噪音。o像奔驰公司的小排量汽油发动机就使用了机械增压器。SLK两款机械增压4缸发动机输出120kW和145kW，强调了低速高扭矩，SLK200KOMPRESSOR在2500rpm时就到达了最大扭矩230Nm，综合油耗只有8.8L/100km，以4缸发动机的燃油特性到达6缸发动机的扭矩特性。这种机械增压器是奔驰和Eaton公司联合开发的，性能非常出色，增压器的最大转速到达14000rpm。o涡轮增压器利用发动机废气涡轮增压器利用发动机废气o涡轮增压是利用发动机排出的废气驱动增涡轮增压是利用发动机排出的废气驱动增压器
48、，由于废气有上千度，需要增设空气压器，由于废气有上千度，需要增设空气中间冷却器来给高温压缩空气进行冷却。中间冷却器来给高温压缩空气进行冷却。优点是增压效率高于机械增压，缺点是受优点是增压效率高于机械增压，缺点是受发动机转速影响，低转速时效果不明显，发动机转速影响，低转速时效果不明显，待发动机提升到一定转速时才会有出色表待发动机提升到一定转速时才会有出色表现。涡轮迟滞也是涡轮增压发动机面临的现。涡轮迟滞也是涡轮增压发动机面临的在仪表中增加了增压显示表头最大难题。在仪表中增加了增压显示表头最大难题。o在低转速时，涡轮增压器没有介入，同时废气仍然要驱动涡轮旋转，排气没有自然吸气发动机顺畅，此时的发动
49、机扭力输出要比同等排量的自然吸气式发动机还要弱。随着发动机的转速升高，例如突破3000转以后，涡轮增压器突然介入，这个时候产生的动力将陡增。这种动力的突然增加影响了动力输出的平顺性。尽管涡轮增压能给发动机带来更强的动力输出，但是作为一台民用汽车，流畅的动力输出是非常重要的，而涡轮迟滞会给驾驶舒适性带来一定影响。o以双增压技术来克服缺陷以双增压技术来克服缺陷o机械增压有助于低转速时的扭力输出，但机械增压有助于低转速时的扭力输出，但是高转速时功率输出有限；而废气涡轮增是高转速时功率输出有限；而废气涡轮增压在高转速时拥有强大的功率输出，但低压在高转速时拥有强大的功率输出，但低转速时则力不从心。发动机
50、的设计师们于转速时则力不从心。发动机的设计师们于是就设想把机械增压和涡轮增压结合在一是就设想把机械增压和涡轮增压结合在一起，来解决两种技术各自的缺乏，同时解起，来解决两种技术各自的缺乏，同时解决低速扭矩和高速功率输出的问题。决低速扭矩和高速功率输出的问题。o2005年，群众开始将这套技术装配到量产的民用车型高尔夫1.4TSI上，这套系统被称作“双增压，兼顾了低速扭力输出和高速功率输出。在低转速时，由机械增压提供大局部的增压压力，在1500rpm时，两个增压器同时提供增压压力，其总增压值到达2.5bar如果涡轮增压器单独工作，只能产生1.3bar的增压压力。随着转速的提高，涡轮增压器能使发动机获