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1、现代汽车技术,学习目标 1.了解汽车发动机方面的现代技术 2.了解汽车安全方面的现代技术 3.了解汽车智能方面的现代技术 4.熟悉新能源汽车的类型及其特点,现代汽车技术主要以电子控制为基础，目前向着安全、环保、节能、轻松舒适、防盗、智能的方向发展，尤其以轿车最为突出。其中有些技术已经普及，成为了汽车的标准配置；有些只应用方与少数高级轿车；有些还处于试验阶段。各汽车厂家为了强调汽车技术的先进性或高配置性，往往把该技术的英文缩写字母标在汽车上，如ESP、ASR、VVT、VTEC等。,项目一 汽车发动机技术的发展,一、缸内直喷技术 二、涡轮增压技术 三、共轨燃油喷射系统 四、可变气门正时技术,缸内直
2、喷技术,1.概念简述,缸内直喷又称FSI(Fuel Stratified Injection)，即燃料分层喷射技术，代表着传统汽油引擎的一个发展方向。传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮位置以及发动机各相关工况从而控制喷油嘴将汽油喷入进气歧管。但由于喷油嘴离燃烧室有一定的距离，汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大，并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上，所以希望喷油嘴能够直接将燃油喷入汽缸。在2000年到2013年各汽车厂商采用的发动机科技中，最炙手可热的技术非缸内直喷莫属。这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已经大量使用在包含大众（含奥迪）、宝马、梅赛德斯-奔驰、通用以及丰田车系上。 各
3、厂商缸内直喷技术英文缩写：大众：TSI（其中T代表涡轮增压）、奥迪：FSI、梅赛德斯-奔驰：CGI、宝马：GDI、通用：SIDI、福特：GDI、比亚迪：TI。,2.工作原理,图1,直喷原理示意图,这一技术是用来改善传统汽油发动机供油方式的不足而研制的缸内直极为环保的大众1.4TSI发动机接喷射技术，先进的直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个活塞泵提供所需的100bar以上的压力，将汽油提供给位于汽缸内的电磁喷射器。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，其控制的精确度接近毫秒，其关键是考虑喷射器的安装，必须在汽缸上部留给其一定的空间。由于汽缸顶部已经布置了
4、火花塞和多个气门，已经相当紧凑，所以将其布置在靠近进气门侧。由于喷射器的加入导致了对设计和制造的要求都相当的高，如果布置不合理、制造精度达不到要求导致刚度不足甚至漏气只能得不偿失。另外FSI引擎对燃油品质的要求也比较高，目前国内的油品状况可能很难达到FSI引擎的要求，所以部分装配了FSI的进口高尔夫出现了发动机的水土不服。,此外，FSI技术采用了两种不同的注油模式，即分层注油和均匀注油模式。 发动机低速或中速运转时采用分层注油模式。此时节气门为半开状态，空气由进气管进入汽缸撞在活塞顶部，由于活塞顶部制作成特殊的形状从而在火花塞附近形成期望中的涡流。当压缩过程接近尾声时，少量的燃油由喷射器喷出，
5、形成可燃气体。这种分层注油方式可充分提高发动机的经济性，因为在转速较低、负荷较小时，除了火花塞周围需要形成浓度较高的油气混合物外，燃烧室的其它地方只需空气含量较高的混合气即可，而FSI使其与理想状态非常接近。当节气门完全开启，发动机高速运转时，大量空气高速进入汽缸形成较强涡流并与汽油均匀混合。从而促进燃油充分燃烧，提高发动机的动力输出。电脑不断的根据发动机的工作状况改变注油模式，始终保持最适宜的供油方式。燃油的充分利用不仅提高了燃油的利用效率和发动机的输出而且改善了排放。,3.实际应用,缸内直喷技术在VAG集团中被广泛运用，由Audi RS4和R8共享的4.2升FSI发动机即是其中性能强悍的代
6、表作。其中大众集团可以算是导入缸内直喷科技最具代表性的例子，目前包含Audi和VW都已将名为FSI（奥迪品牌）或TSI（大众、斯柯达品牌）的缸内直喷发动机列为旗下车款的高阶动力来源，而且在Audi和VW车系的顶级车上，甚至更以FSI结合上涡轮增压以增大动力。,供油系统采用缸内直喷设计的最大优势，就在于燃油是以极高压力直接注入于燃烧室中，因此除了喷油嘴的构造和位置都异于传统供油系统，在油气的雾化和混合效率上也更为优异。加上近来车上各项电子系统的控制技术大幅进步，计算机对于进气量与喷油时机的判读与控制也愈加精准，因此在搭配上缸内直喷技术以使得发动机的燃烧效率大幅提升下，除了发动机得以产生更大动力，
7、对于环保和节能也都有正面的帮助。采用缸内直喷的发动机除了材质上的讲究，就连活塞、燃烧室也都经过特别设计。但是缸内直喷科技也并非无敌，因为从经济层面来看，采用缸内直喷的供油系统除了在研发过程必须花费更大成本，在部品构成复杂且精密的情况下，零组件的价格也比起传统供油系统来得昂贵，因此这些也都是未来缸内直喷发动机尚待克服的要素。,4.技术特性,现代汽车所使用的引擎，都属于内燃机引擎一类，将燃料与新鲜空气CGI发动机已经被应用于新款奔驰E200导入引擎的汽缸后压缩，再以火星压跳火引爆压缩的油气，以利爆炸的力量推动活塞，透过曲轴产生旋转的机械能，藉以推动车辆。在这样的过程之中，如何能让燃油与空气之间获得
8、最佳的混合效果与燃烧效果，将决定引擎输出效能的高低。,现行被称为喷射引擎，是由（Fuel Injection）直译而来，正确的说法应是燃料喷射引擎。而燃料喷射的位置在进气歧管当中。 而现行车辆所使用的歧管喷射系统，则是在1980年代所开始导入的主动式供油技术，以取代了原本机械式的化油器被动供油系统。歧管喷射系统的供油喷嘴安装在进气歧管，在引擎的进气行程时喷射注入燃油，利用喷嘴产生雾化的油气，与进气系统的新鲜空气进行均匀的混合后导入引擎，做为引擎运作的燃料。,5.技术发展,在电子控制技术不断的演进之下，引擎控制系统得以透过绵密的感知器网路，随时监控引擎运作的状况，即时调整供油量，使得新鲜空气与燃
9、料的比例，能保持在最佳的14.7:1之下，让所提供的燃油都能达成最佳的燃烧效果。 一如我们之间所提到的，空气与燃油的比例若能够保持在14.6:1的比例之下，将能获得理论上最为完美的燃烧效果，自然亦能输出最大的动力。但这样的设定，亦代表著，燃油的使用有著一定的物理极限，将无法进一步降低。面对著人口越来越多、石油越来越少的状况，歧管喷射系统遇到了瓶颈，即便电脑控制的精度越来越高、喷油嘴的雾化效果越来越好、甚至将每一汽缸的喷油独立。但种种更为精密的控制，仍无法满足新时代的要求。 全球的科学家与工程师无不绞尽脑汁，希望能想出更为节省能源的方式，希望能让同样的燃油，可以输出更大的动力、行驶更远的里程。而
10、稀薄燃烧以及缸内燃油直喷的技术就在这样的情形之下被提了出来。,返回,涡轮增压技术,涡轮增压的英文名字为Turbo，一般来说，如果我们在轿车尾部看到Turbo或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。相信大家都在路上看过不少这样的车型，譬如奥迪A6的1.8T，帕萨特1.8T，宝来1.8T等等。 应用涡轮增压技术来提升发动机的功率，已经有30多年的历史了，1998年以后，国内的汽车制造厂也开始使用Turbo技术。尤其是南、北大众出的汽车，比如AudiA6/1.8t, Bora1.8T,PasstB5/1.8T逐渐多了起来，而且也比较好卖。加速性能确实很爽，比如PassatB5/1.8T，只
11、有10秒多指针就到100公里了。,工作原理,图2.涡轮增压工作原理图,1、一般我们叫通俗了，都说涡轮增压，实际上它的实现是通过涡轮增压器来达到的。涡轮增压器通俗地理解就是空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。 2、涡轮增压器利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。,3、当发动机转速增快(当加速的时候)，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，这样就可以增加发动机的输出功率了。 4、在现有的技术条件下，涡轮增压
12、器是唯一能使发动机在“工作效率不变”的情况下增加“输出功率”的机械装置。一般能使发动机增加输出功率在10%到40%左右。那么可以推断，如果使PassatB5/1.8的发动机，加了涡轮增压器以后的“输出功率”应该相当于2.3L排量发动机的输出功率了。可想而知，这东西使让发动机的工作效率不变，就那么大的机器，还让人家多干点活，加个涡轮增压器来压缩空气，扩大进气量，从而增大输出功率，真有点电脑上CPU超频的意思啊。想想还是人还是很聪明的，发动机体力不够，想办法硬让它够。,增压目的,涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率
13、与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。就拿我们最常见的1.8T涡轮增压发动机来说，经过增压之后，动力可以达到2.4L发动机的水平，但是耗油量却比1.8发动机并不高多少，在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。,涡轮增压的优缺点,1.优点 涡轮增压的最大优点是可提高发动机的功率和扭矩。 涡轮增压的优点是显而易见的，它可在不增加发动机排量的基础上，大幅度提高功率和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器的相比，可增加大约40%甚至更多。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的
14、功率，或者说，一台小排量的发动机经增压后，可以产生较大排量发动机相同的功率。另外，发动机在采用了增压技术后，还能提高燃油经济性和降低尾气排放。 汽油机采用涡轮增压技术有一定难度。,2.缺点,凡事有利就有弊，涡轮增压也不例外。 发动机在采用废气涡轮增压技术后，工作中产生的最高爆发压力和平均温度将大幅度提高，从而使发动机的机械性能、润滑性能都会受到影响。 为了保证增压发动机在较高的机械负荷和热负荷条件下，能可靠耐久地工作，必须在发动机主要热力参数的选取、结构设计、材料、工艺等方面作必要的改变，而不是简单地在发动机上装一个增压器就行了。由于这个改变过程在实行中难度颇大，而且还要考虑增压器与发动机的匹
15、配问题，因此在一定程度上也限制了废气涡轮增压技术在发动机上的应用。 相对来说，废气涡轮增压器与柴油机配合运行时，涡轮机允许工作的范围较广，高效率范围也较宽，在配合运行中产生的问题较少，所以废气涡轮增压技术在柴油机应用的比较多。而对于汽油机在增压后，提高了缸内混合气压缩和燃烧气体的温度和压力，提高了燃烧室受热零件的热负荷，很容易产生爆震。这也就是至今为止，增压技术在汽油机上得不到广泛应用的主要原因。,涡轮增压未来发展,未来全球涡轮增压前景是非常可观的,欧洲乘用车已经有了67%的渗透率，在欧洲我们有67%，在未来的2020年会实现85%的渗透率，美国在2009年渗透率是5%，但是通过和客户的交流，
16、了解到美国采用涡轮增压技术非常积极，到2020年会有82%的渗透率，中国的发展趋势也是类似。燃油经济性是未来非常重要的话题，涡轮增压是正确的方向，带来燃油清洁性以及效率。,涡轮增压技术支持中国未来的成长和发展,我们看到涡轮增压不是新的技术，过去是增加新能的，未来我们是为了减量化，是让引擎减量，但不会减少乘驾人的体验，我们想通过更小尺寸引擎保持它的性能，这样的话就可以使用更少的燃油，利用增压能够提高性能，减少排放，这就是目前汽车行业在做的事情。,涡轮增压技术中国的前景很好,小型或者微型增压器，并且推出了突破性的增压技术，在很多不同计划中，正如我前面提的，我们在中国看到很多计划，现在有很多方法可以提高内燃机的效率，通过使用涡轮增压技术提高内燃机的效率。,返回,共轨燃油喷射系统,共轨燃油喷射系统（Common Rail System,缩写为CRS）于20世纪90年代中后期才正式进入实用化阶段。这类电控系统可以分为：蓄压式电控燃油喷射系统、液力增压式电控燃油喷射系统和高压式吊孔燃油喷射系统。,共轨系统将燃油压力产生和燃油喷射分离开来，如果把单体泵柴油喷射技术比做柴油技术的革命的话，那共轨就可以
