汽车发动机节能技术

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1、 本文由大唐监理贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。第三章 汽车发动机节能技术? ? ? ? ? ? ? 概述 影响汽车发动机节能的因素 提高充量系数的技术 汽油机稀薄燃 烧技术 废气涡轮增压发动机 汽油机燃油喷射与点火系统电子控制 柴油机燃油喷射系统电 子控制 发动机其他节能技术第一节 概述1、能源压力 根据世界石化巨头 BP 集团在2004 BP 世界能源统计年 世界能源统计年 鉴中提供的数字表明，世界目前探明的石油总储量为 1.15 万亿桶，以目前的开采速度计 算，可供全球石油生产 41 年。 万亿桶 年2、环保压力据研究，目前

2、大气中 大气中 21.7%的 HC、38.5%的 CO、87.6% 大气中 的 NOx、11.7% 的 CO2、6.2%的 SO2 和 32%的微粒来自汽车， 而在城市大气中 城市大气中，这一比例更高， 大概 87%的 HC、61%的 城市大气中 CO 和 55%的 NOx 来自于汽车。3、发动机节能技术发展在汽油机方面主要应用电子控制燃油喷射系 统（EFI） ；为了提高发动机充气效率，增 加气门 数量，并应用可变配气相位装置, VVT-i 发动机、 同时采用涡轮增压系统、进气谐 波增压系统；稀 薄混合气燃烧，缸内直喷;灵活燃料发动机等。此 外还有发动机柴油机化。思考：如何看待节能与排放之间的

3、关系。 思考：如何看待节能与排放之间的关系。第二节 影响汽车发动机节能的因素 k ? 1 1 一、影响汽车发动机热效率的因素 tm = 1 ? k ?1 ( ? 1) + k ( ? 1)汽油机定容加热循环的热效率：tv = 1 ? 低速柴油机定压加热循环的热效率： tp = 1 ?1 k ?1 k ?1 k ( ? 1)1 k ?1高速柴油机混合加热循环的热效率：式中：压缩比；k绝热指数； 压力升高比；预胀比。提高发动机热效率的主要措施有：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

4、，电控 喷 射技术，高压共轨技术，绝热发动机技术等。二、影响发动机轻量化的因素影响发动机产品制造过程中材料消耗多少的指标是比质 量 me （发动机质量功率比） ， 而影响比质量大小的主要因 素又是升功率 PL 。PL 越高，表面发动机工作容积利用率越 高；发出一定数量的有效功率的发动机尺寸就越小。H it ?m 1 PL ? ? ? c ? n ? s lo a 式中：H燃料低热值；lo化学计量空燃比，即燃烧 1kg 燃料所需 的理论空气 质量；it指示热效率；m机械效率；a过量空气 系数；行程数； c充量系数；n发动机转数；s发动机 进气管的空气密度。提高升功率 主要的措施有 ：通过合理组织

5、燃烧过程，以降低过量空 气系数 a ； ? 改善发动机换气过程，提高 充量系数 c ； ? 提高转速 n ，以增加发动机单位时间内 发动机每个气缸作功的次数； ? 采用增压技术，以增加进气密度 s 。第三节 提高充量系数的技术充气效率的含义： 充气效率是指在发动机进气行程进，实际进 入气缸内的新鲜气体 （空气或可燃混合气）的质 量与在进气行程进口状态下充满气缸工作容积的 气体质量的比 值。一、采用多气门机构优点：增加进排气门流通面积，从而减小了进排 气阻力 ，提高了充气效率；可以使火 花塞中央布 置，以缩短火焰传播距离，提高发动机的抗爆性， 因而可以采用更高的压缩比， 提高汽油机的燃油 经济性

6、。图 33 四气门与二气门发动机 的性能比较图 34 五气门发动机与四气门 发动机性能比较烟 度pme （0. 1M Pa ）bebe /g （ k Wh ）1/g 微 粒 （ kW /g （ kW h）1 h）1转速/rmin1NOx 排放量?g（kWh）1图 35 二气门及四气门柴油机 性能指标比较图 四气门； 二气门图 36 二气门及四气门柴油机油耗及 有害排放物对比图 二气门； 四气门二、采用可变配气系统技术控制发动机充量交换过程的特性参数主要是三个：气门 开启相位，气门开启持续角度 和气门升程。 进气门开启相位提前，一方面为进气过程提供了较多的 时间，特别有利于解 决高转速时进气时间

7、不足的问题；另一 方面，气门叠开角增大，有更多的废气进入进气管， 随后又 同新鲜充量一起返回气缸，造成了较高的内部排气再循环率， 可降低油耗和 NOx 排放，但同时也导致起动困难、怠速不稳 定和低速工作粗暴。 进气门关闭相位推迟，一方 面在高转速时有利于利用高速 气流的惯性提高体积效率；另一方面在低转速时又会将已经 吸入气缸的新鲜充量重又推回到进气管中。 气门升程增大，一方面在高负荷时有利于提高 体积效率； 另一方面在低负荷时又不得不将节气门关得更小，造成更大 的泵气损失和节流 损失。思考：为了提高标定功率、低速转矩、 改善起动性能和提高怠速稳定性，应 如何调整进气门 特性参数？可变配气系统的

8、效果 ：? ? ? ? ? 提高标定功率。 提高低速转矩。 改善起动性能。 提高怠速稳定性。 提高 燃油经济性达 15。 降低排放。1. 可变气门正时凸轮轴的相位借助一个螺旋花键 的移动来改变。 套 1 的移动来改变。花键套内孔 的直齿花键与凸轮轴 3 端头的花 键啮合， 键啮合，它的外螺旋花键与驱动 的螺旋花键孔啮 合。 链轮 4 的螺旋花键孔啮合。当 花键套 1 在油压作用下克服回位 的弹力轴向移动时，弹簧 2 的弹力轴向移动时，3 与 4 相对角位移c1020。 相对角位移 油压用电磁阀控制， 油压用电磁阀控制，机油通过中 空的凸轮轴供给。 空的凸轮 轴供给。图 37 相位可变的凸轮轴构

9、造示意l螺旋花键套；2回位弹簧；3凸轮 轴；4驱动链轮图 38 VVT 对发动机性能的影响2. 气门升程可变可变凸轮机构一般都是通过两套凸轮或摇臂 来实现气门升程与持续角的变化，即在高 速时采 用高速凸轮，气门升程与持续角都较大，而在低 速时切换到低速凸轮，升程与持续 角均较小。图 39 MIVEC 的凸轮及摇臂机构a）高速凸轮模式；b）低速凸轮模式；c）气门不工作模式发动机在高速工况，压力高的液压油进入摇臂轴的右端油道（ 发动机在高速工况，压 力高的液压油进入摇臂轴的右端油道（图 3 9a） ） ，将其中活塞 ） ） ，将其中活塞 向上推， 使高速摇臂杆与摇臂轴卡紧在一起， ） ） ，将其中

10、活塞H 向上推，使高速摇臂杆与摇臂轴 卡紧在一起，于是 形杆，控制气门的开关。 高速凸轮通过高速摇臂杆及 T 形杆，控制气 门的开关。此时摇臂轴左端并 无压力高的液压油进入，其中液压小活塞L 并未被压上去 并未被压上去， 无压力高的液压油进入，其中液压小活塞 并未被压上去，于是左端低速 摇臂杆并未起作用。发动机低速工况，液压油则进入摇臂轴左端油孔， 摇臂杆并未起作用。 发动机低速工况，液压油则进入摇臂轴左端油孔，将其 中小活塞向上压，使低速凸轮能带 动左端低速摇臂杆工作。 中小活塞向上压，使低速凸轮能带动左端低速摇臂杆工作。此时 右端高速摇 臂杆中小活塞并无液压油将其压上去，因此不工作（ ）

11、） 。当摇臂轴 臂杆中小 活塞并无液压油将其压上去，因此不工作（图 39b） ） 。当摇臂轴 ） ） 。 两端都无高压液压 油输入时，于是两个气门都不工作（ 两端都无高压液压油输入时，于是两个气门都不工作 （图 39c） ） 。 ） ） 。图 311 进气门升程和曲线连续可变的凸轮机构l偏心轴；2杠杆；3凸轮轴；4杠杆的滚轮；5回位扭簧；6气门摆臂一个特殊形状的杠杆 2 插在凸轮轴 3 与气门摆臂 6 之 插在凸轮轴 杠杆受偏心轴 1 控制 控制。 间。杠杆受偏心轴 控制。通过偏心轴移动杠杆 2 的位置 即可改变气门升程 曲线和开启持续角， 即可改变气门升程曲线和开启持续角，从而改变发动机进

12、气量和负荷 高低，因而不必用节气门控制负荷。 气量和负荷高低，因而不必用节气门控制负荷。3. 电磁气门机构电磁气门驱动（electromagnetic valve actuation） 是利用电磁铁产生的电磁力驱动 气门。图 312 电磁式气门驱动原理a）未通电； b）气门全闭； c）气门全开 1气门；2、5线圈；3电磁铁；4街 铁；6弹簧；7气门导管电磁气门驱动机构主要由两个相同的电磁铁（共用一个 衔铁） 。两个相同的弹簧和气门 组成（图 312） 。发动机 不工作时，激磁线圈 2 和 5 均不通电，气门 1 半开半闭； 发 动机启动时，气门驱动装置初始化，控制系统根据曲轴 转角，判定气门在

13、这一时刻应有的 开、关状态，使两线圈 中的一个通电。电磁力克服弹簧力，将气门 1 关闭或开启。 气门 处于开启状态时，线圈 5 断电，线圈 2 通电，使电磁 力等于或大于弹簧力，以保持气门开启。要使气门关闭时， 线圈 2 断电，衔铁和气门在弹簧力的作用下向上运动；在 气门 接近关闭位置时，线圈 5 通电，电磁力帮助气门（衔 铁）快速运动至关闭位置。此后线圈 5 继续通电，使气门 保持在关闭状态。需要开启时，线圈 5 断电，衔铁和气门 在弹簧力 作用下向下运动。如此循环往复。 电磁气门驱动控制方便，结构较为简单，是比较容易 想 到的无凸轮轴气门驱动方式。它的主要问题是气门落座 冲击大，电磁响应速

14、度不够高，能 量消耗及尺寸过大。4. 电液气门驱动电液气门驱动（electrohydraulic valve actuation）的工作原理，是将气门与一个液 压 活塞相连接，通过电磁阀控制液压缸内高压和 低压液体的流入和流出，从而控制液压活 塞 气门的运动。 这种电液式无凸轮轴气门驱动系统，可使 发动机的气门的定时、升程 与速度连续变化。 它既不需要凸轮也不需要弹簧，而利用压缩油 液的弹性能，在气门的开 启与闭合期间，使气 门加速或减速，这就是液压摆或液压振动体的 原理。该系统有高压油源和低压油源。 该系统有高压油源和低压油源。一个 双作用、 双作 用、单活塞杆的液压缸的活塞与 发动机气门导

15、杆顶部相连。 发动机气门导杆顶部相连。活 塞上腔 既可以与高压油源相连， 既可以与高压油源相连，也可以与低 压油源相连， 压油 源相连，活塞下腔始终与高压油 源相通。活塞无杆腔的油压作用面积， 源相通。活塞无杆 腔的油压作用面积， 比有杆腔的油压作用面要大。 比有杆腔的油压作用面要大。发动机 气门开启由一个高压电磁阀控制， 气门开启由一个高压电磁阀控制，气 门加速时开启，减 速时关闭。 门加速时开启，减速时关闭。低压电 磁阀的开关控制气门的闭合。 磁阀的开 关控制气门的闭合。该系统图 313 Ford 公司的电液式气门驱动原理 还包括高压单向阀和低压单向阀。 还包括 高压单向阀和低压单向阀。1

16、高压电磁阀；2高压单向阀； 3低压单向阀；4低压电磁阀图 315 Ford 公司的电液式气门驱动系统的气门运动过程a）高压电磁阀开启，气门开启加速；b）低压单向阀开启，气门开启减速； c）高、低 压电磁阀和高、低压单向阀全关闭，气门全开；d）低压电磁阀开启，气门关闭加速； e） 高压单向阀开启，气门关闭减速； f）低压电磁阀再次开启，气门落座三、合理利用进气动态效应进气门的开启和活塞的运动是一种扰动，会在进气系统 产生膨胀波。这个膨胀波从进 气门出发，以当地声速传播到 管端。因为进气系统的管端是敞开的，膨胀波在此膨胀变成 压缩波并同样以当地声速反向传回进气门。如果这个压缩波 传到进气门时进气门开启着， 那么由于这个压缩波引起的质 点振动方向与进气气流方向一致，进气气流因此而得