汽车发动机节能技术-ok

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1、车辆新科技主讲人：韩广伟2011.03汽车发动机节能新技术 第一节 发动机节能技术的动力来源 第二节 影响汽车发动机性能的因素 第三节 提高充量系数的技术 第四节 汽油机稀薄燃烧技术 第五节 废气涡轮增压发动机 第六节 汽油机燃油喷射与点火系统电子控制 第七节 柴油机燃油喷射系统电子控制 第八节 发动机其他节能技术 第一节 发动机节能技术的动力来源1、能源压力 根据世界石化巨头BP集团在2010 BP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1.33万亿桶，以目 前的开采速度计算可供 全球石油生产40年。 2、环保压力 据研究，目前大气中21.7%的HC、38.5%的CO

2、、87.6%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，这一比例更 高.3、燃油经济性压力目前内燃机效率非常低，只有25%的能量转化 成动力，其余75%的能量以热能的方式散失掉 。燃油经济性低。 提高发动机效率的主要技术有：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，电控喷射技术，高压共 轨技术，绝热发动机技术等。 其他发动机节能技术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

3、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、。 第二节 影响发动机性能的因素体现发动机品质高低主要是看动力性和经济性 ，也就是说发动机要具有较好的功率、良好的加速 性和较低的燃料消耗量。影响发动机功率和燃料消耗量的因素有很多， 其中影响最大的因素有排量、压缩比、配气机构。 但这只是泛指而言。具体到发动机的比较，由于用 途、设计、材料及制造工艺的差别，往往造成显著 差别。真正能够反映发动机动力的指标是每升气缸 工作容积所发出的功率，即“升功率”。【升功率】式中：H燃料低热值；lo化学计量空燃比，即燃

4、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。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。 【提高升功率 主要的措施】 通过合理组织燃烧过程，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 。 一、采用多气门技术。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

5、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。 二、可变进气技术。其功能是提高自然吸气的发动机的低、中、高转速时的转矩。在低 中转速时，空气必须经过细长的进气歧管，或仅使用一个进气道进 气；高转速时空气经过较短进气道或使用两个进气道；用以提高各 转速下的转矩。 三、可变气门正时技术。 其功能主要是改变发动机气门开启和闭合的时间，以达到更合理 的控制相应发动机转速所需的空气量。可变正时只能改变气门打开 的时机，却并不能显著改变进气量，因此对于动力方面的提升作用 并不显著 。 四、可变气门升程技术 。其功能主要是改变发动机气门开启的深度，以达到更合理的控制 相应发动机转速所需

6、的空气量。改变进气量，从而使燃烧更充分且 效率更高。 （发动机配气技术）第三节 提高充量系数的技术 【多气门技术】 多气门技术，是为了适应高转速发动机进排气的 需求而产生的。比如，一般发动机的最高转速达 到5000甚至6000时，单缸完成“进压爆排”循环的 时间不会多于0.005秒，在这样短的时间里，两气 门发动机的进排气速度会跟不上，不能够充分地 吸入更多的混合气做功，所以功率受限。 多气门技术就是为了解决这个问题，用更多的气 门实现更大的进排气面积，用空间换取时间，让 发动机在高转速下有更充分的进排气，所以多气 门发动机的高速性能较两气门的要好。不同数量气门发动机的性能比较图33 四气门与

7、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； 四气门转速/rmin1NOx 排放量g（kWh）1pme（0.1MPa）be/g（kWh）1be /g （ kW h）1微粒 /g（kWh）1 烟 度【可变进气技术】最先进的BMW745i的N62发动机的连续可变长度进气管 【可变配气相位技术 】控制发动机充量交换过程的特性参数主要是三个：1、气门开启相位；2、气门开启持续角度3、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

8、于解决高转速时进气时间不足的问题；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。配气相位、升程对发动机的影响 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 充气效率；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。使用可变配气系统的效果 ： 提高标定功率。 提高低速转矩。 改善

9、起动性能。 提高怠速稳定性。 提高燃油经济性达 15。 降低排放。 VVTi. 丰田公司的智能可变气门正时系统。 VTC:日产公司可变气门正时系统的技术。 VANOS 宝马公司可变凸轮轴控制技术。 VTEC 本田公司电子控制可变气门正时与举升 系统。【可变气门正时系统】 最新款的丰田轿车的发动机已普遍安装了VVT i系统。丰田的VVTi系统可连续调节气门 正时，但不能调节气门升程。 它的工作原理是：当发动机由低速向高速转换 时，电子计算机就自动地将机油压向进气凸轮 轴驱动齿轮内的螺旋花键套，这样，在压力的 作用下，小齿轮就相对于齿轮壳旋转一定的角 度，从而使凸轮轴向前或向后旋转，从而改变 进气

10、门开启的时刻，达到连续调节气门正时的 目的。 丰田VVT-i发动机图37 相位可变的凸轮轴构造示意 l螺旋花键套；2回位弹簧；3凸轮轴；4驱动链轮【螺旋槽式VVT-i控制器】 调节范围当花键套 1 在油压 作用下克服回位弹簧 2 的弹力轴向移动时，3 与 4 相对角位移c 1020。油压用电磁 阀控制，机油通过中空 的凸轮轴供给。 【叶片式VVT-i控制器】 图38 VVT 对发动机性能的影响 宝马VANOS系统是由车辆液压和机械相结合的 凸轮轴控制设备，该系统是调整进气凸轮轴与 曲轴相对位置的调整机构。 当发动机转速较低时，系统将进气门正常开启 以提高发动机怠速的平稳性；发动机处于中等 转速

11、时，进气门提前开启以增大扭矩并允许废 气在燃烧室中进行再循环，从而减少耗油量和 废气排放；发动机转速很高时，进气门将延迟 开启，使发动机发挥出最大功率。宝马VANOS可变凸轮轴控制系统 宝马VANOS可变凸轮轴控制系统 转子与凸轮轴通过螺栓固定，正时链条将曲轴与VANOS单元的壳体连接在一起。转子上装有弹簧，弹簧把叶片压 到壳体上。该转子上有个凹口，锁止销以无压力方式嵌入此凹口中，当电磁阀把机油压力连通到VANOS单元，锁 止销将被压回，从而对凸轮轴进行调节。压力通道A中的发动机机油压力压向叶片，并将转子压到另一个位置。由 于凸轮轴是固定在转子上的，因此对转子调节时也就对配气相位进行了调节。如

12、果VANOS电磁阀换向，转子通过 压力通道B中的机油压力调节回初始状态。大众气门正时技术 可变气门正时系统主要由ECU（电子控制单 元）、叶片槽式调节器、凸轮轴调整电磁阀以 及传感器等部分组成。【可变气门升程技术 】 可变气门升程技术 其功能主要是改变发动机气门开启的深 度，以达到更合理的控制相应发动机转速所 需的空气量。改变进气量，从而使燃烧更充 分且效率更高。 【可变气门升程技术】可变气门升程技术本田VTEC 本田可变气门升程技术：VTEC、i-VTEC 【Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System 】 可变气门正时及升

13、程电子控制系统 应用车型：国内所有在售本田及讴歌车型可变气门升程技术本田VTEC可变气门升程技术本田VTEC 本田是最早将可变气门升程技术应用到车载发动机上的厂 商，而且不同于其它厂商先使用可变气门正时，后追加可 变气门升程技术的做法，本田的工程师在研发项目之初就 将这两种技术同步进行。 一般汽车发动机每个缸的气门组只由一组凸轮驱动，而 VTEC系统的发动机却有中低速用和高速用两组不同的气 门驱动凸轮，并可通过电子控制系统的自动操纵，进行自 动转换。 采用VTEC系统，保证了发动机中低速与高速不 同的配气相位及进气量的要求，使发动机无论在何速率运 转都达到动力性、经济性与低排放的统一和极佳状态

14、。 可变气门升程技术本田VTEC思域搭载的R18A单顶置凸轮轴发动机 只在进气气门端应用可变气门升程技术可变气门升程技术本田VTEC单顶置凸轮轴发动机可变气门升程技术本田VTEC 原理可变气门升程技术本田VTEC 切换至高角度凸轮的时机，是在引擎达到4800转以上、水温 高于60度，并在进气歧管内的负压指数符合原厂设定值后， 便会开启VTEC电磁阀，将油压导入摇臂内以推动自由活塞， 使高角度凸轮开始介入，延长进气门关闭时间，提高引擎于 高转速时的进气量。 VTEC系统对于配气相位的改变仍然是阶段性的，也就是说其 改变配气相位只是在某一转速下的跳跃，而不是在一段转速 范围内连续可变。雅阁和思铂睿

15、搭载的2.4升DOHC双顶置凸轮轴发动机 进、排气端均进行气门升程的调节 可变气门升程技术本田i-VTEC i-VTEC系统是在VTEC系统的基础上，增加了一个称为VTC装 置。气门的正时与开启的重叠时间是可变的，由VTC控制，VTC 机构的导入使发动机在大范围转速内都能有合适的配气相位，这 在很大程度上提高了发动机的性能。 VTC机构的导入，使得气 门的配气相位能够“智能化地”适应发动机负荷的改变。 VTC在发动机运转过程中配合VTEC系统的作用主要运用在三个 方面。 1、最佳怠速/稀薄燃烧区域：在此区域内，VTC系统停止作用，此时气门重叠角最小，由于 VTEC的作用，产生强大的涡流，从而使

16、发动机怠速工作稳定。 2、最佳油耗、排气控制区域在此区域内，VTEC发挥作用，产生强大的涡流，从而使可燃混 合气混合更加均匀，同时VTC的作用使气门重叠角加大，将部分 废气重新吸入气缸，起到了EGR的作用，以此达到最佳油耗和排 气控制。 3、最佳扭矩控制区域在此区域内，通过VTC的控制，以最适当的气门重叠角，同时配 合VTEC系统的作用，使得发动机的输出扭矩最大限度地提高。【本田AVTEC连续可变气门升程】【本田AVTEC连续可变气门升程】可变气门升程技术日产VVEL 应用车型：英菲尼迪G37、英菲尼迪FX50 可变气门升程技术日产VVEL 2007年末，日产也终于发布了自己的可变气门 升程技术VVEL，这项技术最先就被装备在G37 的VQ37V