汽车新技术概论-2

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1、汽 车 新 技 术 概 论,廖 青 2010年,课 程 介 绍,当前，汽车技术的迅猛发展，大量的新技术、新材料、新工艺在汽车上得到广泛应用，汽车的动力性、经济性、安全性、排放性及舒适性都有了极大的提高。在我国，汽车正日益走进人们生活之中，但是我们有的学生对汽车最新最前沿的一些知识技术还比较陌生，为此我们开设汽车新技术概论这门课程，对现代汽车广泛采用的主要新技术特点原理向同学们做一个概约性的介绍，以促进同学们对现代汽车新技术知识的了解，同时也为同学们进一步深入学习汽车技术知识起到一个穿针引线的作用。 祝同学们学习进步，顺利完成本课程学习。,概 述,汽车新技术最重要的是电子控制技术的广泛应用，使汽

2、车的总体结 构、工作原理、使用性能以及维修方式等都发生了根本性的变化，从发 动机燃料供给、点火控制到底盘的传动系统、转向与制动系统以及车身 与辅助装置等都普片采用了电子控制技术。所以，现代汽车新技术主要 是以汽车电子控制技术为基础，把汽车新结构、新工艺、新材料、汽车 安全、节能环保、舒适性能等方面内容结合起来的新型应用技术。 本课程分三个方面对汽车新技术进行介绍： 发动机部分； 底盘和车身部分； 安全、环保、节能、新材料技术等。,第一部分,发 动 机,1 发动机工况简述,1.1 现代发动机技术总体要求 在石油短缺和严重大气污染的今天，节能和环保无疑是现代发动技术最基本的要求，现代发动机技术都是

3、围绕着这个基本要求并结合市场效应，使发动机最具稳定可靠的质量保障而不断发展和进步。 1.2 发动机基本工况及对燃料的要求 术语： 空燃比：每个工作循环充入汽缸内的空气量与燃油量的质量比 （=A/F）； 理论空燃比：理想状态下，燃油完全燃烧的空燃比=14.7 过量空气系数：汽缸内的实际空气量与理论空气量之比= / 理论混合气 =1 、 稀混合气 1 、 浓混合气 1 发动机基本工况： 1.稳定工况：（发动机经预热，转入正常运转，并且 在一定时间,内没有突然变化的工况） 2.过渡工况：（冷起动、暖机和加速工况）。 通常称为“四稳、三过渡。 1.3 稳定工况对混和气浓度的要求 1.怠速工况 （发动机

4、不对外做功，转速一般为700900r/min） 进入缸内混合气量少，要求供给= 0.60.8的浓混合气。 2.小负荷工况 （发动机负荷25%） 进入缸内混合气数量有所提高，混和气浓度可以略为减小，一般 =0.750.9。 3.中等负荷工况 （发动机负荷在25%85%） 进入气缸内混合气数量增多，燃烧条件好，同时为提高经济性， 应供给较稀混合气，一般= 1.01.15。 4.大、全负荷工况：（发动机负荷85%为大负荷，=100%为全负荷） 此时为克服较大外部阻力，要求发动机发出尽可能大的功率，应供给较浓量多大功率混合气，一般为= 0.850.95。,1.4 过渡工况对混和气浓度的要求 1.冷起动

5、工况 （发动机温度为环境温度时的起动过程） 发动机温度低汽油蒸发困难，需供给极浓混合气，一般要求达到 = 0.20.6。 2. 暖机工况 （发动机冷机起动后，逐渐升高到正常温度的过程） 混合气浓度应随发动机温度升高而减小，从起动时的极浓减小到稳定 怠速运转浓度。 3.加速工况 （发动机负荷迅速增加的运转过程） 急加速时，由于汽油的比重比空气大，汽油流量增加比空气慢得多，使混合气过稀，反而使发动机动力下降甚至熄火，因此需用专门装置额外供油来加浓混合气，以满足发动机急加速的要求。 1.5 汽油机燃料燃烧过程 1.燃料正常燃烧的三个阶段 1）着火延迟期：从点火开始到火焰核心的形成的这一时期；,2）速

6、燃期：从火焰核心形成开始到气缸能出现最高压力为止这段时间； 3）后燃期：从速燃期终了到燃料基本完成燃烧这一段时期。 2.燃料的非正常燃烧： 1）爆燃：火花塞点火后，正常火焰传播之前，末端混合气自燃并急速燃烧，产生爆炸性冲击波和尖锐的金属敲缸声的现象； 2）表面点火：有燃烧室内的炽热点（排气门盘、火花塞电极、金属突出点或积炭等）点燃混合气的现象称之为表面点火。 表面点火发生在火花塞点火前，称为早火；表面点火发生在火花塞点火之后，称为后火。 1.6影响发动机燃烧的因素 1.混合气的浓度 燃料的燃烧速度取决于火焰的传播速度，而影响火焰传播速度的主要 因素是混合气的浓度。 当=0.850.95时，火焰

7、传播速度最快，可在短时间内使气缸压力和 温度达到最大值，发动机发出最大功率，这种混合气成为功率混合气。,当=1.051.15时，火焰传播速度仍然较高，此时空气相对对足，燃 油能完全燃烧，热效率高，有效油耗率低，这种混合气称为经济混合气。 当=1.301.40时，燃料分子间距离将增大到火焰不能传播的程度致 使发动机不能稳定运转，此时值称为火焰的传播下限。 当=0.40.5左右时，燃烧过程严重缺氧，也将使火焰不能传播，此 时值称为火焰的传播上限。 2.点火提前角 点火提前角过大（点火时间过早）最高压力出现在压缩行程的上指点以 前，活塞上行消耗的压缩功增大，发动机容易过热，有效功率下降，工作粗 暴，

8、爆燃倾向增加。 点火提前角过小（点火时间过迟），燃料燃烧开始时活塞已经向下止点 运行一段距离，燃烧容积增大，气缸炽热表面积增加，热损失增多，发动机 容易过热，功率下降，耗油量增多，有时还会造成化油器回火或排气管放炮 现象。,3. 发动机转速 转速增加燃烧速度相对曲轴转角速度较慢，所以发动机转速提高后，应将点火提前角加大，以保证燃料燃烧过程在上止点附近完成。 反之曲轴转速降低，应相应减小点火提前角。 4.发动机负荷 发动机转速一定负荷减小时进入气缸的新鲜混合气量减少，而残余废气量不变，使残余废气量相应增加，导致燃烧速度减慢，所以应增大点火提前角。 负荷减小时，由于残余废气的稀释作用，汽缸内的温度

9、、压力相应下降，爆燃倾向减小，所以，当爆燃时，放松节气门踏板可以临时消除爆燃。 5.发动机压缩比 提高压缩比，可以提高压缩行程终了混合气的温度、压力，加快火焰传播速度，提高发动机做功热效能，使发动机功率、转矩增大，燃油消耗率降低。 但是，提高压缩比会增加混合气自燃倾向而产生爆燃，所以汽油机不能过高的提高压缩比。,2 发动机新技术,2.1电控燃油喷射系统（简称EFI或EGI系统） 简介： 电子控制燃油喷射系统是通过电脑中的控制程序，实现起动加浓、暖机加浓、加速加浓、全负荷加浓、减速调稀、强制断油、自动怠速控制等功能，以满足发动机特殊工况对混合气的要求，使发动机获得良好的燃料经济性和排放性，同时也

10、提高了汽车的使用性能。 原理特点： 电控燃油喷射系统以一个电子控制装置（又称电脑或ECU）为控制中心，利用安装在发动机不同部位上的各种传感器（节气门位置、水温、进气温度、曲轴转速和转角及车速传感器等），测得发动机的各种工作参数，按照在电脑中设定的控制程序，通过控制喷油器，精确地控制喷油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气。,2.2可变气门控制系统（简称VVA系统） 简介： VVA 是Variable Valve Actuation的缩写，它代表的含义就是可变气门操作系统。这一装置提高了进气效率，实现了低、中、高转速范围内扭矩的充分输出，保证了各个工况下都能得到足够的动力表现。 可变

11、气门配气技术，从大类上分，包括可变气门正时和可变气门行程两大类。有些发动机只匹配可变气门正时，如丰田的VVT-i发动机；有些发动机只匹配了可变气门行程，如本田的VTEC；有些发动机既匹配了可变气门正时又匹配了可变气门行程，如丰田的VVTL-i、本田的i-VTEC、宝马的Valvetronic 等。 原理特点： 可变配气控制机构的主要目的是，根据发动机不同工况的需求，可随时调整气门升程和正时来改进油耗、排放及扭矩。,大众可变气门正时系统,日产可变气门升程技术：VVEL,宝马可变气门升程技术,宝马可变气门升程技术,2.3 发动机增压技术 简介 ： 发动机增压技术基本上从航空工业沿袭而来，20世纪6

12、0年代见于车用发动机，经过数十年发展，发动机增压技术中增压器结构和安装方式各有不同，但工作机理已经基本趋于一致，不过从市场占有率来说，涡轮增压和机械增压是最主流的结构。 涡轮增压器(Turbo charger) 涡轮增压器的全称应该是废气涡轮增压器，顾名思义，它是利用发动机排出的废气能量来驱动涡轮，并带动同轴上的压气机叶轮旋转，将空气压缩并送入发动机汽缸。由于废气涡轮增压器与发动机之间没有任何机械传动连接，机械损耗更小。理论上只要汽缸壁足够坚固，只需通过增加涡轮的尺寸和激量，就能将动力提升到十分惊人的程度 机械增压器(Super charger) 所谓机械式增压只是一种称谓，有人也将其直译为超

13、级增压。增压器的压气机转子通过发动机曲轴获取工作动力，驱动其旋转，压缩,气体并送入发动机汽缸。当然，压气机转子和曲轴无法直接连在一起，而是通过各种齿轮、皮带或链条等传动装置。由于结构相对复杂，汽车厂家通常不太愿意使用该项技术，而后期自行加装机械增压器的难度很大，极少有人尝试。 此外还有复合式增压器、惯性增压器、气波式增压器、冲压式增压器等。 原理特点： 发动机的燃料是靠活塞向下止点运行所产生的真空将燃料吸入汽缸内的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，如果通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，就会提高燃烧作功能力。因此利用增压的方式将外界空气压入气

14、缸，能够使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率。,废气涡轮增压器,电动助力涡轮增压器,机械式增压器,2.4 汽油缸内直喷技术（GDI） 简介： 缸内直喷汽油机(Gasoline Direct Injection）简称GDI。 汽油发动机的燃油供给从化油器、单点电喷、多点电喷，直到今天的汽油缸内直喷技术，每一次进化，都使得今天的汽车变得更加清洁和更加高效。 缸内直喷技术的革命性在于，燃油以极高压力直接注入于燃烧室中，在油气雾化和混合效率上几乎达到完美程度，再加上各项电子控制技术大幅进步，计算机对于进气量与喷油量时机的判读与控制也更加精准，因此，缸内直喷技术使得发动机的燃烧效率大幅提升，除了产

15、生更大动力之外，环保和节能效果也得以空前提高。 汽油缸内直喷技术可以说是世界汽车发展史上的一个里程碑，其无以伦比的燃油经济性、具有可持续发展潜力的低排放，使它正在逐渐取代其他汽油发动机的“模拟”技术，成为汽车发动机未来的“数字”技术发展方向。 原理特点： 直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个高压油泵提供所需的100bar以上的压力，将汽油提供给位于汽缸内的电磁燃油喷嘴，然后通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室，通过对燃烧室内部形状的设计，让混合气能产生较强的涡流使空气和汽油充分混合。然后使火花塞周围区域能有较浓的混合气，其他周边区域有较稀的混合气，保证了在顺

16、利点火的情况下尽可能的实现稀薄燃烧。,GDI发动机控制系统原理图,奔驰汽油直喷技术,小结 作为汽车的心脏部分的发动机，无疑对汽车技术进步有着举足轻重的影响，而在能源短缺和环境严重污染的今天，由此应运而生的发动机新技术无不围绕这一主题发展，前面所介绍的内容，只是发动机新技术中的一些典型事例。现代发动机技术日新月异，包括电子控制及节能增效技术：VCM汽缸管理技术、可变进气管道、可变压缩比、可变增压技术 、车载自动诊断系统、高压共轨技术等；新材料技术：如陶瓷材料、铝合金、镁合金、碳纤维等的应用；以及汽车环保新技术：三元催化转换装置、新能源技术、燃料电池，混合动力，纯电动，生物燃料技术等也已经有普及的趋向。,第二部分,底 盘 和 车 身,3 底盘和车身技术,汽车底盘新技术不胜枚举，特别是越来越多的电子控制技术的应用，使汽车底盘技术不断向更高层次发展。根据课程设置，在此仅对一些已经广泛应用的、比较典型的汽车底盘新技术进行介绍。 3.1