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汽车节能技术2（1）Automobile Energy Density Technology.第二章第二章 汽车的节能技术汽车的节能技术 随着油价节节攀升和石油危机的到来，当今各国纷纷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制定出汽车的油耗标准汽车的油耗标准，有的国家规定汽车油耗率必须，有的国家规定汽车油耗率必须逐年降低，迫使汽车制造厂逐年降低，迫使汽车制造厂采取轿车小型化、减轻自重、采取轿车小型化、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、子午线轮胎、传动系统最佳匹配等许多术、润滑减磨、子午线轮胎、传动系统最佳匹配等许多节油措施节油措施，使汽车的油耗大大降低。对我国而言，随着，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，汽车节油也显得越来越迫切。油也显得越来越迫切。.第一节第一节 影响燃油经济性的因素影响燃油经济性的因素汽车燃油经济性汽车燃油经济性是在保证是在保证汽车动力性、排放性汽车动力性、排放性的基础上，的基础上，以尽可能少的燃油消耗行驶的能力。以尽可能少的燃油消耗行驶的能力。在我国和欧洲，燃油经济性通常用一定运行工况下在我国和欧洲，燃油经济性通常用一定运行工况下汽车行汽车行驶百公里的燃油消耗量驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量使汽车行驶的里程来衡量。或一定燃油量使汽车行驶的里程来衡量。它表示汽车在一定使用条件下，以最小的燃油消耗量完成一定它表示汽车在一定使用条件下，以最小的燃油消耗量完成一定行驶里程数的能力。行驶里程数的能力。车燃油经济性有两种测定法车燃油经济性有两种测定法：一是行驶试验法；另一种是：一是行驶试验法；另一种是在平坦道路上和一定条件下进行等速油耗试验。在平坦道路上和一定条件下进行等速油耗试验。.根据各国度量单位制及衡量习惯的不同，根据各国度量单位制及衡量习惯的不同，中国、日本和中国、日本和欧洲大多数国家一般采用升欧洲大多数国家一般采用升/百公里（百公里（L/100kmL/100km）表示法，以表示法，以行驶行驶100100公里所消耗的燃油量作为汽车燃油经济性的指标。公里所消耗的燃油量作为汽车燃油经济性的指标。美美英等国一般采用英里英等国一般采用英里/加仑（加仑（mile/galmile/gal）表示法，简称表示法，简称MPGMPG，以，以消耗消耗1 1加仑燃油量汽车所能够行驶的里程作为汽车燃油经济性加仑燃油量汽车所能够行驶的里程作为汽车燃油经济性的指标。的指标。附注附注加仑分为美加仑（加仑分为美加仑（u.s.galu.s.gal）和英加仑（）和英加仑（galgal），），1 1美加仑美加仑=0.8327=0.8327英加仑英加仑=3.7853=3.7853升升 1 1英里（英里（milemile）=1.609=1.609公里（公里（kmkm）.燃油经济性的指标燃油经济性的指标 等速行驶燃油消耗量等速行驶燃油消耗量是指汽车在额定载荷下，以最高档在水是指汽车在额定载荷下，以最高档在水平良好路面上等速行驶平良好路面上等速行驶100100公里的燃油消耗量。一般乘用车的燃公里的燃油消耗量。一般乘用车的燃油经济性指标常以等速行驶的百公里耗油量来表示。油经济性指标常以等速行驶的百公里耗油量来表示。循环行驶工况循环行驶工况对汽车的速度、加速度、行驶时间和距离等作对汽车的速度、加速度、行驶时间和距离等作了详细的规定，这种循环行驶工况包括有多种工况条件下汽车了详细的规定，这种循环行驶工况包括有多种工况条件下汽车的燃油消耗状况，例如轿车多工况燃油消耗的测定有的燃油消耗状况，例如轿车多工况燃油消耗的测定有2525个工况个工况循环，循环，称为轿车称为轿车2525工况试验，包括怠速、加速、换档、匀速、工况试验，包括怠速、加速、换档、匀速、减速、怠速等循环行驶工况，减速、怠速等循环行驶工况，还有微型汽车还有微型汽车1010工况、载货汽车工况、载货汽车6 6工况试验等，它们比较客观地反映汽车的实际耗油量，因此通工况试验等，它们比较客观地反映汽车的实际耗油量，因此通常以循环行驶工况燃油消耗量作为汽车综合性评介指标。常以循环行驶工况燃油消耗量作为汽车综合性评介指标。.kg/100km汽车燃油消耗方程式汽车燃油消耗方程式式中：式中：g ge e 燃油消耗率，燃油消耗率，g/g/（kWhkWh）V Va a 车速，车速，km/km/（h h）c c 传动效率传动效率 G G 汽车质量，汽车质量，kgkg 滚动系数滚动系数 C CD D 空气阻力系数空气阻力系数 A A 迎风面积，迎风面积，m m2 2 dVa dVa 直线行驶加速度直线行驶加速度m/Sm/S2 2 dt dt.第一节第一节 影响燃油经济性的因素影响燃油经济性的因素燃油经济性影响因素燃油经济性影响因素 各种汽车的燃油经济性是有差异的，各种汽车的燃油经济性是有差异的，影响汽车燃油经济性影响汽车燃油经济性的重要因素是发动机性能，但还有其它因素影响，包括汽车的的重要因素是发动机性能，但还有其它因素影响，包括汽车的构造、驾驶技术和道路情况构造、驾驶技术和道路情况等。等。（1 1）目前国内的轿车）目前国内的轿车发动机发动机都是高速汽油发动机，发动都是高速汽油发动机，发动机的热效率越高燃油利用率越高，也就越省油。而发动机的热机的热效率越高燃油利用率越高，也就越省油。而发动机的热效率随压缩比的增加而增加，现在轿车汽油发动机效率随压缩比的增加而增加，现在轿车汽油发动机压缩比压缩比一般一般在在9.3-10.59.3-10.5之间。同时，还采用之间。同时，还采用配气系统可变装置配气系统可变装置（可变气门（可变气门升程、可变凸轮轴转角、可变进气管长度等）和升程、可变凸轮轴转角、可变进气管长度等）和稀燃技术稀燃技术，来，来达到节油目的。达到节油目的。.第一节第一节 影响燃油经济性的因素影响燃油经济性的因素 发动机的工作过程中影响油耗的两个最根本因素发动机的工作过程中影响油耗的两个最根本因素是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，这两个值都有一个理论上的最佳值，汽车在实际工作过程中，空燃比和发动机负最佳值，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。发动机在荷的实际值越接近理论值，汽车就越省油。发动机在负荷为负荷为90%90%、过量空气系统为、过量空气系统为1.051.05时燃烧效率最高。发时燃烧效率最高。发动机负荷大家都比较了解，我再稍微解释一下空燃比，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，这个参数实际上就是衡量混合器浓度的一个量，1 1为标为标准浓度混合气，大于准浓度混合气，大于1 1的为偏稀，小于的为偏稀，小于1 1偏浓。偏浓。.以上所述是理论，下面我们看看显示生活中的什么以上所述是理论，下面我们看看显示生活中的什么情况影响油耗。情况影响油耗。1 1、进气系统的故障，会导致油耗的增加；如空气滤清、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，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。节流阀体很久没有清理，也会让油耗增加。2 2、点火系统的故障比如火花塞有积碳。、点火系统的故障比如火花塞有积碳。3 3、油路故障，比如喷油嘴脏了，供油系统有问题等。、油路故障，比如喷油嘴脏了，供油系统有问题等。第一节第一节 影响燃油经济性的因素影响燃油经济性的因素.4 4、磨合润滑不好，如车轮轴承部分缺少润滑油，致使磨磨合润滑不好，如车轮轴承部分缺少润滑油，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不如已跑了一段时间的车 5 5、另外，一些电喷的发动机的关键传感器，比如空气流另外，一些电喷的发动机的关键传感器，比如空气流量传感器、氧传感器若工作不正常也将影响量传感器、氧传感器若工作不正常也将影响ECUECU对喷油时间的对喷油时间的控制，造成油耗增加。当然，这个检测比较困难。控制，造成油耗增加。当然，这个检测比较困难。第一节第一节 影响燃油经济性的因素影响燃油经济性的因素.发动机负荷率与节能发动机负荷率与节能 发动机的节能途径可以归纳为以下发动机的节能途径可以归纳为以下两大类两大类：第一，提高发动机本身的燃油经济性第一，提高发动机本身的燃油经济性。这是指降低发动。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（提高热效率）；减少热损失（提高热效率）；降低油定时（提高热效率）；减少热损失（提高热效率）；降低摩擦损失（提高机械效率）。摩擦损失（提高机械效率）。第一节第一节 影响燃油经济性的因素影响燃油经济性的因素.第一节第一节 影响燃油经济性的因素影响燃油经济性的因素 第二，优化和转移发动机的工况点第二，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。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。从所以节能效果明显，也与此有关。从BMWBMW公司公司20012001年产年产320d320d手动变速轿手动变速轿车车4 4缸缸2.02.0升升TDITDI柴油机的柴油机的万有特性曲线万有特性曲线可见：可见：在整个工况范围内，在整个工况范围内，只有一个只有一个极小的区域极小的区域能够能够 达到最低燃油消耗率；达到最低燃油消耗率；在同一台发动机中，在同一台发动机中，最高燃油消耗率可以达到最高燃油消耗率可以达到 最低燃油消耗率的一倍，最低燃油消耗率的一倍，甚至更多；甚至更多；.第一节第一节 影响燃油经济性的因素影响燃油经济性的因素 最佳燃油经济性出现在柴油机和汽油机的较高负荷率区最佳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；发动机转速下实际负荷跟该转速下的最大负荷的比值；最佳燃油经济性出现在一个很小的发动机转速区域内，最佳燃油经济性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佳的负荷率大致为而在此区域内燃油经济性最佳的负荷率大致为80-90%80-90%；燃油经济性最佳的转速区域，在现代轿车柴油机中是燃油经济性最佳的转速区域，在现代轿车柴油机中是2500r/min2500r/min上下的中速范围，在汽油机中则在较低的转速范围，上下的中速范围，在汽油机中则在较低的转速范围，即即2000r/min2000r/min左右；左右；一般来说，一般来说，提高发动机负荷率可以提高燃油经济性提高发动机负荷率可以提高燃油经济性。.第一节第一节 影响燃油经济性的因素影响燃油经济性的因素 普及型轿车对最高车速的要求较低，那怕是装备一台标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定功率只有30kW30kW左右的发动机也可以勉强过得去，可是豪华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，甚至超过型轿车对最高车速要求很高，甚至超过220km/h220km/h，所以后者，所以后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1212缸缸V V型或型或W W型发动机，功率超过型发动机，功率超过300kW300kW。但是，在城巿行驶。但是，在城巿行驶工况中，汽车怠速时间长，平均车速低，不可能达到最高车工况中，汽车怠速时间长，平均车速低，不可能达到最高车速。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也只有7.5kW7.5kW左右。此时，左右。此时，豪华型轿车只利用了发动机标定豪华型轿车只利用了发动机标定功率的很小部分功率的很小部分，甚至只有四十分之一。，甚至只有四十分之一。.第一节第一节 影响燃油经济性的因素影响燃油经济性的因素要解决豪华型轿车在低工况下的燃油经济性问题，最要解决豪华型轿车在低工况下的燃油经济性问题，最有效的办法是有效的办法是缩小低工况下发动机实际功率和标定功率之间缩小低工况下发动机实际功率和标定功率之间的差别的差别，从而提高发动机的负荷率。，从而提高发动机的负荷率。.第一节第一节 影响燃油经济性的因素影响燃油经济性的因素 （2 2）汽车质量汽车质量越大滚动阻力越大，滚动阻力越大耗油越大，越大滚动阻力越大，滚动阻力越大耗油越大，这是一个常识。减少汽车装备重量，提高汽车装载重量，可以这是一个常识。减少汽车装备重量，提高汽车装载重量，可以减少运载物体单位重量的燃油消耗，也就是提高了汽车的燃油减少运载物体单位重量的燃油消耗，也就是提高了汽车的燃油经济性。这里的经济性。这里的“重量重量”也就是指汽车技术指标中的也就是指汽车技术指标中的“质量质量”概念，常见的汽车概念，常见的汽车“装备质量装备质量”和和“装载质量装载质量”，也就是指重，也就是指重量。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。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。统计表明，统计表明，整车质量为整车质量为1360kg1360kg的汽车，当汽车总质量减少的汽车，当汽车总质量减少10%10%，油耗降低，油耗降低8.8%8.8%。.第一节第一节 影响燃油经济性的因素影响燃油经济性的因素 （3 3）由于现代汽车速度的增高，）由于现代汽车速度的增高，汽车的外型汽车的外型对燃油经济对燃油经济性也有重要影响，车速越快影响越大，这就是人们常说的性也有重要影响，车速越快影响越大，这就是人们常说的“风阻风阻”。减小空气阻力主要是通过减少汽车的迎风面积和空减小空气阻力主要是通过减少汽车的迎风面积和空气阻力系数来实现气阻力系数来实现，一般而言迎风面积取决于汽车的体积，一般而言迎风面积取决于汽车的体积，空气阻力取决于车身造型。为此，空气阻力取决于车身造型。为此，汽车车身紧凑化和流线型汽车车身紧凑化和流线型是提高燃油经济性的途径。目前许多轿车的空气阻力系数在是提高燃油经济性的途径。目前许多轿车的空气阻力系数在0.28-0.30.28-0.3左右，对减少燃油消耗起到很大作用。左右，对减少燃油消耗起到很大作用。.第一节第一节 影响燃油经济性的因素影响燃油经济性的因素 （4 4）汽车的传动系汽车的传动系对汽车的燃油经济性有重要影响。对汽车的燃油经济性有重要影响。变变速器档位越多速器档位越多，不但汽车换档平顺，而且使发动机增加了处，不但汽车换档平顺，而且使发动机增加了处于经济工况下运行的机会，于经济工况下运行的机会，有利于提高燃油经济性有利于提高燃油经济性。因此现。因此现代汽车都是趋向于代汽车都是趋向于5 5档或以上变速器，或者采用无极变速，保档或以上变速器，或者采用无极变速，保证在任何条件下具有使发动机在最经济工况下工作的可能性。证在任何条件下具有使发动机在最经济工况下工作的可能性。在速度不变的情况下，接合高速档时，传动比小发动机转速在速度不变的情况下，接合高速档时，传动比小发动机转速低，接合低速档时，传动比大相应的发动机转速高。由发动低，接合低速档时，传动比大相应的发动机转速高。由发动机负荷特性可知，当发动机负荷相同时，一般是转速越低燃机负荷特性可知，当发动机负荷相同时，一般是转速越低燃油消耗率越小。油消耗率越小。在一定的行驶条件下，传动系的速比越小，在一定的行驶条件下，传动系的速比越小，汽车的燃油经济性越高，因此汽车的经济行驶都在高档位。汽车的燃油经济性越高，因此汽车的经济行驶都在高档位。.第一节第一节 影响燃油经济性的因素影响燃油经济性的因素 （5 5）轮胎轮胎对汽车燃油经济性也有影响，因为在一定道路对汽车燃油经济性也有影响，因为在一定道路条件下轮胎结构和表面形式对滚动阻力影响很大。现在汽车条件下轮胎结构和表面形式对滚动阻力影响很大。现在汽车绝大多数都用子午线轮胎，问题是胎纹和尺寸。现在兴用宽绝大多数都用子午线轮胎，问题是胎纹和尺寸。现在兴用宽胎，宽胎对汽车的平稳和驾控比窄胎好，但因滚动阻力比窄胎，宽胎对汽车的平稳和驾控比窄胎好，但因滚动阻力比窄胎大，因此耗油也大。胎大，因此耗油也大。（6 6）汽车的技术状况、行驶路面环境及驾驶技术汽车的技术状况、行驶路面环境及驾驶技术，都对，都对汽车燃油经济性有重大影响。例如以手动档为例，据资料表汽车燃油经济性有重大影响。例如以手动档为例，据资料表明驾驶者如果能够根据汽车的运行条件合理操作，及时选定明驾驶者如果能够根据汽车的运行条件合理操作，及时选定适合的档位，节油幅度可达适合的档位，节油幅度可达10251025。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术2.2.1 2.2.1 发动机节能原理发动机节能原理1 1、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热等容加热；3-43-4的膨胀过程的膨胀过程绝热膨胀绝热膨胀；4-14-1的排气过程的排气过程等容放热等容放热。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术2 2、车用柴油机的理想循环、车用柴油机的理想循环-混混合加热循环合加热循环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。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.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 3.3.压缩比的影响压缩比的影响 压缩比对上述三种理想循环的影响是相同的。压缩比对上述三种理想循环的影响是相同的。由由热效率公式热效率公式可知：可知：，T 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，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。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 为了为了提高发动机的热效率提高发动机的热效率,关键是组织好进、排气过程、关键是组织好进、排气过程、喷油过程、燃烧过程，减少各种损失。主要措施有：提高压喷油过程、燃烧过程，减少各种损失。主要措施有：提高压缩比，稀燃技术，直喷技术，增压、中冷技术，可变进气技缩比，稀燃技术，直喷技术，增压、中冷技术，可变进气技术，改善进排气过程，改善混合气在气缸中的流动方式，改术，改善进排气过程，改善混合气在气缸中的流动方式，改进点火配置提高点火能量，优化燃烧过程，电控喷射技术，进点火配置提高点火能量，优化燃烧过程，电控喷射技术，高压共轨技术，绝热发动机技术等。高压共轨技术，绝热发动机技术等。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 2.2.2 2.2.2 汽油机电控喷射系统汽油机电控喷射系统 电控汽油喷射系统（电控汽油喷射系统（Electronic Fuel Injection SystemElectronic Fuel Injection System）简称为简称为EFIEFI。它利用各种传感器检测发动机的各种状态，经微处理器的判它利用各种传感器检测发动机的各种状态，经微处理器的判断、计算，使发动机在不同工况下均能获得合适空燃比的混合气。断、计算，使发动机在不同工况下均能获得合适空燃比的混合气。1.1.汽油喷射的基本概念汽油喷射的基本概念 （1 1）汽油喷射）汽油喷射 一定数量和压力的汽油经过喷油器直接喷入气缸或进气岐管。一定数量和压力的汽油经过喷油器直接喷入气缸或进气岐管。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 （2 2）汽油喷射系统组成）汽油喷射系统组成电控汽油喷射系统主要由下列四部分组成：电控汽油喷射系统主要由下列四部分组成：进气系统进气系统 供油系统供油系统 控制系统控制系统 点火系统点火系统.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术2.2.汽油喷射的优点汽油喷射的优点 （1 1）能实现空燃比的高精度控制。）能实现空燃比的高精度控制。（2 2）充气效率高。）充气效率高。（3 3）瞬时响应快。瞬时响应快。（4 4）起动容易，暧机性能好。）起动容易，暧机性能好。（5 5）节油和排放净化效果明显。）节油和排放净化效果明显。（6 6）减速断油功能，亦能降低排放，节省燃油。）减速断油功能，亦能降低排放，节省燃油。（7 7）便于安装。）便于安装。一般而言，与传统的化油器发动机相比，装用电控燃油喷一般而言，与传统的化油器发动机相比，装用电控燃油喷射系统的发动机射系统的发动机功率提高功率提高5 5一一1010。燃料消耗降低。燃料消耗降低5 5一一1515，废气排放量减少，废气排放量减少2020；由于扭矩特性的明显改善，瞬时；由于扭矩特性的明显改善，瞬时响应快，汽车的加速性能大大提高，怠速平稳响应快，汽车的加速性能大大提高，怠速平稳,冷车起动更容冷车起动更容易，暖机更迅速。易，暖机更迅速。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 2.2.3 2.2.3 稀燃技术稀燃技术 车用汽油机稀燃及实现技术稀燃是指发动机在空燃比车用汽油机稀燃及实现技术稀燃是指发动机在空燃比/大于理论空燃比情况下的燃烧大于理论空燃比情况下的燃烧.稀燃时稀燃时,燃料可以燃烧完全燃料可以燃烧完全,有害排放物有害排放物,和和2 2 都较少都较少.由于稀燃时燃由于稀燃时燃烧室内的主要成份为烧室内的主要成份为2 2和和2 2,它们的比热比较小它们的比热比较小,多变指数多变指数较高较高,因而热效率高因而热效率高,燃油经济性好燃油经济性好.实现稀燃技术的关键是实现稀燃技术的关键是点火瞬时在火花塞处形成易于着火的浓混合气点火瞬时在火花塞处形成易于着火的浓混合气,空燃比空燃比/=1 2=1 2 1 3.5,1 3.5,其余处为稀薄混合气其余处为稀薄混合气.可以提高稀燃能力可以提高稀燃能力,缩短缩短火焰发展期和燃烧持续时间火焰发展期和燃烧持续时间,但稀燃使火焰传播速度变慢但稀燃使火焰传播速度变慢.因因此此,应采取相应的措施来促进缸内混合气分层及加快火焰的传应采取相应的措施来促进缸内混合气分层及加快火焰的传播播 。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 1.1.着火极限问题和解决措施着火极限问题和解决措施 均质混合气均质混合气（）1.41.4或或A/F 20.85A/F 20.85时时,过稀的混合气便过稀的混合气便达到了着火极限达到了着火极限.稀薄燃烧发动机的空燃比可以高达稀薄燃烧发动机的空燃比可以高达5050100,100,远远大于着火极远远大于着火极限限,主要措施有加强雾化、组织一定的气流运动，改进点火系统和主要措施有加强雾化、组织一定的气流运动，改进点火系统和采用分层燃烧技术。采用分层燃烧技术。加强雾化加强雾化 任务是使燃油的颗粒细化，使油粒均匀分布，目的任务是使燃油的颗粒细化，使油粒均匀分布，目的是增加蒸发气化面积以增大燃烧率。是增加蒸发气化面积以增大燃烧率。组织燃烧室内气流速度组织燃烧室内气流速度 组织进气涡流和挤气涡流。组织进气涡流和挤气涡流。改进点火系统改进点火系统 高能点火高能点火 .第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 2.2.分层燃烧技术分层燃烧技术 点火瞬时在火花塞处形成易于着火的浓混合气点火瞬时在火花塞处形成易于着火的浓混合气,空燃比空燃比/=1 2=1 2 1 3.5,1 3.5,着火后其它区域的混合气即使很稀，也能点燃、着火后其它区域的混合气即使很稀，也能点燃、传播火焰并继续燃烧。传播火焰并继续燃烧。分层燃烧：分层燃烧：在火花塞附近的混合气浓一点，其他的混合气稀在火花塞附近的混合气浓一点，其他的混合气稀一点。一点。均质燃烧：均质燃烧：混合气浓度基本不变的。混合气浓度基本不变的。通过分层燃烧，可通过分层燃烧，可A/FA/F值，大多数稀燃发动机都采用分层值，大多数稀燃发动机都采用分层燃烧方式。燃烧方式。一般在中小负荷工况时采用分层燃烧，在大负荷时采一般在中小负荷工况时采用分层燃烧，在大负荷时采用弱分层燃烧。用弱分层燃烧。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 分层燃烧的方案：分层燃烧的方案：1 1）单室式）单室式 单室式主要利用喷油嘴喷油所形成的旋转气流，火花塞、喷单室式主要利用喷油嘴喷油所形成的旋转气流，火花塞、喷油器与燃烧室的匹配，以及供油方式和热处理等各种方式进行分油器与燃烧室的匹配，以及供油方式和热处理等各种方式进行分层稀燃。喷油嘴在火花塞附近造成较浓的混合气，并在气流的扰层稀燃。喷油嘴在火花塞附近造成较浓的混合气，并在气流的扰动下，产生较好的效果。动下，产生较好的效果。A/FA/F值可达值可达100100。如如三菱的三菱的GDIGDI、丰田的、丰田的D4D4和大众的和大众的FSIFSI均为单室式。均为单室式。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 2 2）双室式）双室式 双室式由主副双室构成，其空燃比可达到双室式由主副双室构成，其空燃比可达到A/F=37A/F=37。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 3 3、稀薄燃烧控制、稀薄燃烧控制 稀薄燃烧发动机只在部分负荷工况范围实行稀薄燃烧，而在稀薄燃烧发动机只在部分负荷工况范围实行稀薄燃烧，而在起动、怠速、加速和全负荷下都不采用稀薄燃烧。起动、怠速、加速和全负荷下都不采用稀薄燃烧。各种有关参数必须根据工况进行控制，如进气涡流比、喷油各种有关参数必须根据工况进行控制，如进气涡流比、喷油正时、点火正时和过量空气系数。正时、点火正时和过量空气系数。1 1）进气涡流比控制）进气涡流比控制 组织适当的组织适当的缸内空气运动缸内空气运动，以促使油束雾化和加速燃烧。，以促使油束雾化和加速燃烧。稀薄燃烧汽油机普遍采用稀薄燃烧汽油机普遍采用多气门技术多气门技术。缸内空气运动主要有缸内空气运动主要有翻滚气流和进气涡流翻滚气流和进气涡流。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 （1 1）一个螺旋进气道和一个直进气道控制涡流比）一个螺旋进气道和一个直进气道控制涡流比 在直进气道中装上涡流控制阀（在直进气道中装上涡流控制阀（Swirl Control ValteSwirl Control Valte，缩写，缩写为为SCVSCV）以调整直进气道流量，便可控制两个进气门的流量比，进）以调整直进气道流量，便可控制两个进气门的流量比，进而控制进气涡流比，见图而控制进气涡流比，见图2-52-5。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 图图2-6 AVL2-6 AVL四气门高压缩快速燃烧系统四气门高压缩快速燃烧系统1.1.切向进气道切向进气道;2.;2.中性进气道中性进气道;3.;3.涡流控制阀涡流控制阀;4.;4.双束喷油器双束喷油器;5.;5.两支油束两支油束 (2)(2)一个切向进气道和一个中性进气道控制涡流比一个切向进气道和一个中性进气道控制涡流比 AVL AVL四气门高压缩快速燃烧系统四气门高压缩快速燃烧系统(High Compression Fast(High Compression Fast Burn,Burn,缩写为缩写为HCFB)HCFB).第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 (3)(3)降低进气门升程控制涡流比降低进气门升程控制涡流比 HONDAHONDA公司公司VTEC-EVTEC-E系统燃烧实系统燃烧实际上是一种可变气门电子控制系际上是一种可变气门电子控制系统统,用于四气门稀薄燃烧发动机用于四气门稀薄燃烧发动机,有一个主进气门和一个副进气门有一个主进气门和一个副进气门.主气门主气门升程为升程为8mm8mm，不可变；，不可变；副进气门副进气门升程：升程：发动机低工况时发动机低工况时，为，为0.65mm0.65mm，生成进气涡流；，生成进气涡流；发动机高工况时发动机高工况时，为，为8mm8mm，不产生涡流。，不产生涡流。双束喷油器双束喷油器往两个进气道等量喷油。往两个进气道等量喷油。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 该系统只有两种该系统只有两种涡流比：涡流比：2.52.5和和0 0。全。全负荷时在负荷时在n=2500r/minn=2500r/min切换，部分负荷时在切换，部分负荷时在n=3200r/minn=3200r/min切换，切换，见图见图2-92-9。.喷油正时对喷油正时对稀薄燃稀薄燃烧的燃烧速率和燃烧稳烧的燃烧速率和燃烧稳定性定性有一定的影响，如有一定的影响，如图图2-102-10所示，在进气冲所示，在进气冲程中，相对推迟喷油可程中，相对推迟喷油可提高燃烧稳定性，提高燃烧稳定性，喷油喷油过早会使浓混合气集中过早会使浓混合气集中在燃烧室的底部在燃烧室的底部，而在，而在顶部形成稀混合气区域，顶部形成稀混合气区域，使燃烧恶化，使燃烧恶化，NONOX X增大。增大。2 2）喷油正时控制）喷油正时控制N=2000r/minN=2000r/min；Pe=0.2MPa;Pe=0.2MPa;=1.3=1.3igig=15A;=15A;涡流控制阍开。涡流控制阍开。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术3 3）点火正时控制）点火正时控制 混合气变稀混合气变稀,则着火落后期和速燃期都长则着火落后期和速燃期都长,实现最佳转矩实现最佳转矩的最小点火提前角的最小点火提前角(MBT)(MBT)将增大将增大,随着缸内空气运动的增强随着缸内空气运动的增强,MBTMBT明显减小明显减小,燃烧速率将变得对点火正时十分敏感燃烧速率将变得对点火正时十分敏感.点火正时还要考虑点火正时还要考虑、空气运动状况和喷油正时等因、空气运动状况和喷油正时等因素。素。总之，总之，随着随着的增大，点火提前角应增大的增大，点火提前角应增大。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术4 4）闭环控制）闭环控制 稀薄燃烧发动机的过量空气系数稀薄燃烧发动机的过量空气系数超出常规，超出常规，的大小影响的大小影响着发动机的性能和排放，给发动机工作带来困难，所以要用着发动机的性能和排放，给发动机工作带来困难，所以要用闭闭环控制。环控制。（1 1）目标）目标 过稀造成燃烧不稳定，过稀造成燃烧不稳定，不能超越燃烧极限不能超越燃烧极限，为了提高发动，为了提高发动机的动力性，在高工况时不能实行稀薄燃烧。机的动力性，在高工况时不能实行稀薄燃烧。（2 2）实施）实施 采用片式宽带氧化传感器（线性氧传感器），采用片式宽带氧化传感器（线性氧传感器），从从0.80.82.52.5。（3 3）切换控制策略切换控制策略 ECUECU根据汽车工况切换发动机工作中的混合气浓稀，从加速到根据汽车工况切换发动机工作中的混合气浓稀，从加速到巡航切换回混合气浓度的过程中迅速跳过为控制巡航切换回混合气浓度的过程中迅速跳过为控制NONOX X所设的所设的禁区。禁区。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术图图2-11 2-11 两台稀薄燃烧发动机的两台稀薄燃烧发动机的A/FA/F特性场特性场.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术5 5）燃烧极限控制）燃烧极限控制 混合气浓度接近稀燃极限时，燃烧开始不稳定，平均指示混合气浓度接近稀燃极限时，燃烧开始不稳定，平均指示压力的波动压力的波动明显增大。可用两个步骤检测并控制稀燃极限：明显增大。可用两个步骤检测并控制稀燃极限：（1 1）利用脉冲盘感应传感器检测曲轴角速度）利用脉冲盘感应传感器检测曲轴角速度。调整各缸。调整各缸喷油量。喷油量。（2 2）在一个气缸内装有燃烧压力传感器）在一个气缸内装有燃烧压力传感器，以检测稀燃极，以检测稀燃极限。采集压力数据，如循环之间转矩波动过大，便可知该缸限。采集压力数据，如循环之间转矩波动过大，便可知该缸混合气已超过稀燃极限，必须增加喷油量，以免发生缺火；混合气已超过稀燃极限，必须增加喷油量，以免发生缺火；如果转矩波动过小，应当减少喷油量，使混合气变稀，以节如果转矩波动过小，应当减少喷油量，使混合气变稀，以节油和降低油和降低NONOX X排放。排放。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 6 6）NONOX X排放控制策略排放控制策略 稀薄燃烧时，稀薄燃烧时，HCHC、COCO均可在三元催化转化器中得到相当均可在三元催化转化器中得到相当彻底的转化，但彻底的转化，但NONOX X却几乎得不到转化。却几乎得不到转化。NO NOX X 达到欧达到欧法规法规采用采用EGREGR技术技术 达到欧达到欧法规法规采用采用NONOX X贮存贮存-还原催化还原催化 达到达到、法规法规.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 2.2.3 2.2.3 缸内直接喷射缸内直接喷射 汽油机供油方式的历史发展汽油机供油方式的历史发展 对于汽油机的供油方式，就时间而言，可分为三个阶段：对于汽油机的供油方式，就时间而言，可分为三个阶段：化油器式汽油机（化油器式汽油机（carburationcarburation）、进气道多点电喷式汽油机）、进气道多点电喷式汽油机（MPIMPI）以及下面将要详细介绍的）以及下面将要详细介绍的缸内直喷汽油机（缸内直喷汽油机（GDIGDI）。当进入当进入2020世纪世纪9090年代时，已经拥有年代时，已经拥有100100多年历史的化油器式多年历史的化油器式汽油机逐渐退出了汽车领域，取而代之的是进气道多点电喷汽汽油机逐渐退出了汽车领域，取而代之的是进气道多点电喷汽油机，而到了油机，而到了9090年代的中后期，又出现了以分层稀燃为主要特年代的中后期，又出现了以分层稀燃为主要特征的汽油机缸内直喷技术。下图中给出了该三种类型汽油机供征的汽油机缸内直喷技术。下图中给出了该三种类型汽油机供油方式的变迁。油方式的变迁。.第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 .第二节第二节 发动机节能技术发动机节能技术 这三种供油方式的主要差别在于燃料出口的位置：化油器这三种供油方式的主要差别在于燃料出口的位置：化油器式汽油机式汽油机是在进气管是在进气管道的化油器位置上吸出燃料，并与空气道的化油器位置上吸出燃料，并与空气混合，从而雾化形成可燃混合气，然后经过气门进入气缸进混合，从而雾化形成可燃混合气，然后经过气门进入气缸进行燃烧（如图行燃烧（如图1 1左图所示）；进气道多点电喷汽油机则是在进左图所示）；进气道多点电喷汽油机则是在进气歧管，即在气门之前的位置上喷射燃料，然后经气门进入气歧管，即在气门之前的位置上喷射燃料，然后经气门进入气缸（见图气缸（见图1 1中图）；而中图）；而缸内直喷汽油机，顾名思义，就是在缸内直喷汽油机，顾名思义，就是在气缸内直接喷射燃料（图气缸内直接喷射燃料（图1 1右图）右图）。抛去已经相对比较落后的化油器式汽油机（在经济性以及抛去已经相对比较落后的化油器式汽油机（在经济性以及环保性等方面，都与另两种方式没什么可比性了）不讲，我环保性等方面，都与另两种方式没什么可比性了）不