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汽车构造论文

航空航天工程学院
04040202
孙成龙
2010040402065

新型发动机
一、三角活塞旋转式发动机
三角活塞旋转式发动机，又称为米勒循环发动机。它采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放，与传统的活塞往复式发动机的直线运动迥然不同。一般发动机是往复运动式发动机，工作时活塞在气缸里做往复直线运动，为把活塞的直线运动转化为旋转运动，必须使用曲柄连杆机构。转子发动机则不同，它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比，转子发动机取消了无用的直线运动，因而比同样功率的转子发动机尺寸较小，重量较轻，而且振动和噪声较低，具有较大优势。
转子发动机的运动特点是：三角转子的中心绕输出轴中心公转的同时，三角转子本身又绕其中心自转。
三角活塞旋转式发动机的结构：
现代的转子发动机由茧形壳体（一个三角形转子被安置在其中）组成。缸体内部空间总是被分成三个工作室，转子转动，这些工作室也在转动。依次在摆线形缸体内的不同位置完成进气、压缩、做功（燃烧）和排气四个过程。
汪克而型转子发动机的特点
优点：
（1）体积小重量轻。
（2）结构精简。
（3）均匀的扭矩特征。
（4）运行更安静，噪声更小。
（5）可靠性和耐久性。
不足：
（1）耗油量比较大。
（2）功率输出轴位置比较高，令整车布置安排不便。
（3）转子发动机的加工制造技术高，成本比较贵，推广困难。
二、直接喷射式发动机
汽油直接喷射式发动机是利用燃料喷射装置，将汽油以雾状高速直接喷射到气缸或进气管中，与吸入气缸的空气混合后，再由电火花点燃膨胀，推动活塞下行做功。
缸内直喷通过均匀燃烧和分层燃烧实现高负荷，尤其是低负荷下的燃油消耗降低，动力还有很大提升。
1、奥迪车的FSI技术
FSI是英文Fuel Stratified Injection的缩写形式。它的字面含义是汽油分层喷射技术。
FSI技术采用了稀薄燃烧技术，不必达到最佳空燃比，也会有良好的经济性和动力性。同等条件下，FSI技术的发动机会更省油。
要获得过稀混合气的良好燃烧，需要把汽油直接喷入气缸，一是利用气缸的高温使汽油更好地雾化、汽化，二是把燃烧室设计成特殊的形状，使进入的空气形成涡流，并且使火花塞周围混合气浓一些，离火花塞较远的地方则要稀一些，利用在火花塞周围混合气迅速燃烧，并且带动较远处较稀混合气的燃烧，这种燃烧叫做“分层燃烧”。
FSI技术与普通发动机供油最大的不同是：一个做功循环内，两次供油。第一次是在吸气冲程时喷入部分汽油，让汽油跟空气充分混合；另一次是在压缩冲程的末尾活塞接近上止点时再喷入部分汽油，让火花塞周围形成较浓混合气，利于点火。
2、直接喷射式发动机的主要结构
进气涡流形成机构：
进气涡流形成机构包括直立式进气道和带涡流室的活塞。
电磁式高压涡流喷射器：
（1）喷油器性能要求。GDI系统需要形成高质量的混合气，除了形成进气涡流之外，对喷油器的喷雾质量提出三个要求：喷雾分散化、限制直线运动和喷雾微粒化。
（2）喷油压力。为实现燃油喷射微粒化，必须有高的喷射压力；随着油压升高，喷雾粒径会减小，但为了限制喷雾的穿透力，喷射压力又不能太高。
（3）喷雾运动。为了使微粒化的燃油颗粒加速汽化，促进燃油气体与周围空气的混合，喷雾运动是重要因素。
3.高压供油系统
高压燃油供给系统（图9-16）由电动燃油泵、低压调节器、高压泵、高压调节器和燃油切换电磁阀组成，其核心部件是高压泵，它与燃油切换电磁阀、高压调节器、旁通阀、单向阀等集成在一起，统称为高压燃油泵。高压泵为柱塞式，由发动机凸轮轴驱动。
4.燃烧过程控制
（1）启动控制。
（2）扭矩控制。
（3）爆震控制。
（4）燃烧过程中的排放控制。
（5）输出功率的性能。
5.排放净化装置
（1）新型的废气再循环系统（EGR）（图9-18）。
（2）新型催化反应器。
6.GDI发动机中采用的其他先进技术
（1）改进的高能量点火系统。
（2）GDI汽油油耗显示灯。
（3）燃油压力传感器。
7汽油直接喷射式发电机的特点
（1）能提高发动机的最大功率
（2）耗油量低，经济性好
（3）减少排气污染
（4）工作可靠，适应性好
（5）低温启动容易，加速性能好，工况过渡圆滑。
三、电动发动机及电动汽车
1.电动汽车的优点
（1）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”。
（2）能源有效利用率高。
（3）振动及噪声小，车厢内外十分安静。
（4）结构简单，维修使用方便。
2.电动汽车目前尚存的缺点
（1）一次充电所能行驶的里程短。
（2）成本高。
（3）充电时间长，一般需要6～10h。
3电动汽车的组成
电动汽车由电力驱动系统、电源系统和辅助系统等三部分组成。电力驱动系统包括电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮，其功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车辆的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入电池，后一种功能称为再生制动。电动汽车的电力驱动方式基本上可分为电动机中央驱动和电动轮驱动两种。
电源系统包括电源、能量管理系统和充电机，其功用主要是向电动机提供驱动电能、检测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。能量管理系统由电压、电流和温度等传感器以及控制单元及其输入/输出接口等组成。
辅助系统包括辅助动力源、动力转向系统、导航系统、空调器、照明及除霜装置、刮水器和收音机等，借助这些辅助设备来提高汽车的操纵性和乘员的舒适性。
四、混合动力汽车
混合动力是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。目前国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。
混合动力汽车的优点是：
1、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。
2、因为有了电池， 可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。
3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。
4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。
5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。
6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。 缺点:长距离高速行驶基本不能省油。
五、电动汽车
电动汽车顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车，大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子，其难点在于电力储存技术。本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少，由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易，也已有了相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心。电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量，正是这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。有专家认为，对于电动车而言，目前最大的障碍就是基础设施建设以及价格影响了产业化的进程，与混合动力相比，电动车更需要基础设施的配套，而这不是一家企业能解决的，需要各企业联合起来与当地政府部门一起建设，才会有大规模推广的机会。
优点：技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。
缺点：目前蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本，有些试用结果比汽车贵，有些结果仅为汽车的1／3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。
六、燃料电池汽车
燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能或的。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。 单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。
近几年来，燃料电池技术已经取得了重大的进展。世界著名汽车制造厂，如戴姆勒－克莱斯勒、福特、丰田和通用汽车公司已经宣布，计划在2004年以前将燃料电池汽车投向市场。目前，燃料电池轿车的样车正在进行试验，以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目。在开发燃料电池汽车中仍然存在着技术性挑战，如燃料电池组的一体化，提高商业化电动汽车燃料处理器和辅助部汽车制造厂都在朝着集成部件和减少部件成本的方向努力，并已取得了显著的进步。
与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点：
1、零排放或近似零排放。
2、减少了机油泄露带来的水污染。
3、降低了温室气体的排放。
4、提高了燃油经济性。
5、提高了发动机燃烧效率。
6、运行平稳、无噪声。
七、氢动力汽车
氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染，零排放，储量丰富等优势，因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。与传统动力汽车相比，氢动力汽车成本至少高出20%。中国长安汽车在2007年完成了中国第一台高效零排放氢内燃机点火，并在2008年北京车展上展出了自主研发的中国首款氢动力概念跑车“氢程”。
随着“汽车社会”的逐渐形成，汽车保有量在不断地呈现上升趋势，而石油等资源却捉襟见肘，另一方面，吞下大量汽油的车辆不断排放着有害气体和污染物质。最终的解决之道当然不是限制汽车工业发展，而是开放替代石油的新能源，燃料电池车的四轮快速又安静地滚过路面，辙印出新能源的名字——氢。
几乎所有的世界汽车巨头都在研制新能源汽车。电曾经被认为是汽车的未来动力，但蓄电池漫长的充电时间和重量使得人们渐渐对它兴味索然。而目前（指2009年）的电与汽油合用的混合动力车只能暂时性地缓解能源危机，只能减少但无法摆脱对石油的依赖。这个时候，氢动力燃料电池的出现，犹如再造了一艘诺亚方舟，让人们从危机中看到无限希望。
以氢气为汽车燃料这种说法刚出来时吓人一跳，但事实上是有根据的。氢具有很高的能量密度，释放的能量足以使汽车发动机运转，而且氢与氧气在燃料电池中发生化学反应只生成水，没有污染。因此，许多科学家预言，以氢为能源的燃料电池是21世纪汽车的核心技术，它对汽车工业的革命性意义，相当于微处理器对计算机业那样重要
优点：排放物是纯水，行驶时不产生任何污染物。
缺点：氢燃料电池成本过高，而且氢燃料的存储和运输按照目前的技术条件来说非常困难，因为氢分子非常小，极易透过储藏装置的外壳逃逸。另外最致命的问题，氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气，如此一来同样需要消耗大量能源，除非使用核电来提取，否则无法从根本上降低二氧化碳排放。
八、燃气汽车
燃气汽车是指用压缩天然气(CNG)、液化石油气(LPG)和液化天然气(LNG)作为燃料的汽车。近年来，世界上各国政府都积极寻求解决这一难题，开始纷纷调整汽车燃料结构。燃气汽车由于其排放性能好，可调正汽车燃料结构，运行成本低、技术成熟、安全可靠，所以被世界各国公认为当前最理想的替代燃料汽车。
燃气仍然是世界汽车代用燃料的主流，在我国代用燃料汽车中占到90%左右。美国的目标是，到2010年，公共汽车领域有7%的汽车使用天然气，50%的出租车和班车改为专用天然气的汽车；到2010年，德国天然气汽车数量将达到10万至40万辆，加气站将由目前的180座增加到至少300座。
业内专家指出，替代燃料的作用是减轻并最终消除由于石油供应紧张带来的各种压力以及对经济发展产生的负面影响。近期，中国仍将主要用压缩天然气、液化气、乙醇汽油作汽车的替代燃料。汽车代用燃料能否扩大应用，取决于中国替代燃料的资源、分布、可利用情况，替代燃料生产与应用技术的成熟程度以及减少对环境污染等；替代燃料的生产规模、投资、生产成本、价格决定着其与石油燃料的竞争力；汽车生产结构与设计改进必须与燃料相适应。
以燃气替代燃油将是中国乃至世界汽车发展的必然趋势。我国应尽快组织力量，制定出国家级燃气汽车政策。考虑到我国能源安全主要是石油的状况，发展包括燃气汽车在内的各种代用燃料汽车，已是刻不容缓的事，根据国情应该做到：
1是要限制燃气价格，使油、气价格之间保持合理的差价，如四川省、重庆市的油、气差价，即可保证燃气汽车适度发展；
2是鉴于加气站投资大，回收期长，政府适当给予一定补贴，在加气站售出的气价和汽车用户因用气节省的燃料费用之间，调节好利益分配；
3是对加气站的所得税，应参照高新技术产业开发区政策，采取免二减三的税收政策；
4是将加气站用电按照特殊工业用电对待，电价从优；另外，对加气站用地，能按重大项目和环保产业对待，特事特办，不要互相推诿、扯皮，积极采用国外先进建站标准，科学确定消防安全距离，节省土地资源。