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1、 1.3 1.3 缸内汽油直喷发动机缸内汽油直喷发动机v重点掌握：v缸内汽油直喷发动机的结构；v缸内汽油直喷发动机的工作原理；v缸内汽油直喷发动机的应用 1 1、缸内汽油直喷系统概述缸内汽油直喷系统概述v传统汽油发动机供给燃料方式通过化油器供油，或传统汽油发动机供给燃料方式通过化油器供油，或者通过机械或电控喷射阀将燃油喷射入进气道中，者通过机械或电控喷射阀将燃油喷射入进气道中，之后进入汽缸。直喷发动机，顾名思义，就是把汽之后进入汽缸。直喷发动机，顾名思义，就是把汽油直接喷射到汽缸内，当然，这样做的好处，就是油直接喷射到汽缸内，当然，这样做的好处，就是可以精确控制喷油量，使得发动机在性能、油耗、
2、可以精确控制喷油量，使得发动机在性能、油耗、排放等各方面都最佳化。排放等各方面都最佳化。v缸内汽油直喷发动机的概念最早有三菱公司提出，即有名的GDI，也称为Wall-guided（壁面引导）汽油直喷发动机。v目前，缸内汽油直喷发动机一般简称FSI（字面意思是燃油分层喷射），世界各生产厂都逐渐的采用缸内汽油直喷发动机。优点：动力性显著提高并可减低燃油消耗15%左右。燃油缸内喷射示意图燃油缸内喷射示意图2 2、缸内汽油直喷系统的构造和工作原理、缸内汽油直喷系统的构造和工作原理v构造：v 设计上，FSI发动机配备有按需分配的燃油控制系统，每缸4气门，可变进气歧管（可变进气道系统）及进排气凸轮轴连续可
3、调装置（可变气门正时系统）。v工作原理：v 理论上，FSI发动机有至少两种燃烧模式：分层发动机有至少两种燃烧模式：分层燃烧和均质燃烧燃烧和均质燃烧，有人还把均质燃烧模式细分为均质稀燃模式和均质燃烧模式。v 分层燃烧模式：v 当FSI发动机采用分层燃烧模式时，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油压，将燃油输送到位于汽缸内的电磁喷油器。喷油器将喷油时间控制在1ms内，将燃油在最合适的时刻喷入汽缸，通过燃烧室的特殊形状，使气体产生较强的涡流，在火花塞周围的混合气较浓，其他区域混合气相对较稀，保证了可靠点火情况下实现混合气的稀薄燃烧。v 分层燃烧的好处在于热效率高、节流损失
4、少、有限的燃料尽可能多地转化成工作能量。 分层燃烧模式下节气门不完全打开，保证进气管内有一定真空 v度（可以控制废气再循环）。这时，发动机的扭矩发动机的扭矩大小取决于喷油量，与进气量和点火提前角关系不大小取决于喷油量，与进气量和点火提前角关系不大。（经济性好）大。（经济性好）v 均质燃烧模式：v 均质稀燃与分层燃烧的进气过程相同，但其油气混合时间加长，形成均质混合气。燃烧发生在整个燃烧室内，对点火时间的要求没分层燃烧那么严格。均质燃烧则能充分发挥动态响应好，扭矩和功率高的特点。均质燃烧进气过程中节气门位置由油门踏板决定，进气歧管中的翻版位置视不同情况而定。当中等负荷时，翻版依然是关闭的，有利于
5、形成强烈的进气旋流，利于混合气的形成与雾化。v当高速大负荷时，翻版打开，增大进气量，让更多的空气参与燃烧。（提供较大的动力）。3.3.缸内汽油直喷系统的应用缸内汽油直喷系统的应用v v 奥迪A6L 3.2FSI 和4.2FSI发动机，凯迪拉克CTS3.6L V6 FSI发动机，大众高尔夫Variant 1.6FSI发动机等4、TSI与与FSI的的比较比较v TSI发动机和FSI都是属于缸内汽油直喷发动机，其工作原理也相同，只是结构上TSI比FSI多了一个涡轮增加器。采用了涡轮增加技术，所以TSI比FSI更为先进，属于大功率、低转速、大转矩发动机。v TSI发动机在结构上同FSI一样配备了按需分
6、配的燃油控制系统，每缸4气门，可变进气歧管及进排气凸轮轴连续可调装置。v 直喷发动机的一个好处在于隔绝了已燃混合气向气缸壁和气缸盖的散热，从而降低了发动机的热损耗。从表面来看，TSI发动机与FSI相比减少了一个字母“F”，但名字的改变没有令其本质发生变化，加入增压器后与普通直喷技术相比，TSI发动机拥有更小的体积和更出色的动力表现和节油优势。 vTSI燃油直喷技术是当今汽车工业发动机技术中最为成熟、最先进的燃油直喷技术，并引领了汽油发动机的发展趋势。 5 5、双喷射系统发动机、双喷射系统发动机v 丰田雷克萨LS460 4.6L V8发动机的双喷射系统分为汽缸内直接燃油喷射和进气口的燃油喷射系统
7、。在普通低负荷运行状态，发动机直喷系统和进气口喷油系统同时工作，实现最佳的油气混合比，这样可以达到最佳的燃油经济性。在高速或重载运行状态下，则完全使用直喷技术，将动力输出发挥至最大化。一、概念一、概念v首先我们来弄明白什么是涡轮增压。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。小知识：涡轮增压小知识：涡轮增压 二、增压目的二、增压目的v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
8、动机装上涡轮增压器后，其最大功率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。 v三、负面影响三、负面影响v不过在经过了增压之后，发动机在工作时候的压力和温度都大大升高，因此发动机寿命会比同样排量没有经过增压的发动机要短，而且机械性能、润滑性能都会受到影响，这样也在一定程度上限制了涡轮增压技术在发动机上的应用。 v四、增压原理四、增压原理v 涡轮增压
9、都是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，使之增压进入汽缸。当发动机转速增快，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汽缸，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，就可以增加发动机的输出功率了。 6 6、奔驰压电直喷发动机、奔驰压电直喷发动机CGIv FSI发动机，它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态，然后进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，令浓混合气体集中在燃烧室中央的火花塞周围。实现稀薄燃烧。v CGI不再利用进气流作为混合气分层填充的动
10、力，而是通过喷嘴来实现这一效果。CGI上使用的高压压电喷嘴，是整个系统的精髓，压电阀喷嘴末端的喷孔，是一个几微米宽锥状环形喷孔，在施加脉冲电流后，其喷油形状会在1秒内发生变化，这种结构可以塑造一个稳定的、非常理想的从浓到稀的喷雾效果。 v和喷射阀不至于长时间在过高的温度下工作v 与进气口燃油喷射相比，CGI发动机的压缩比从10.7提高到了12.2。燃油消耗在混合模式下达到了11km/L，最大输出转矩为365N.m与老款进气口喷射SLS350发动机相比，每升汽油多行驶1.6km,从静止到加速100km/h的时间缩短到6.7s1.4 1.4 复合火花点火发动机复合火花点火发动机v重点掌握：v 复合
11、火花点火发动机的概念；v 复合火花点火发动机的应用 1、复合火花点火发动机概念v概念：v 复合火花点火发动机一般指发动机每个汽复合火花点火发动机一般指发动机每个汽缸采用缸采用2个或个或2个以上火花塞，一般常见的是个以上火花塞，一般常见的是每缸采用两个火花塞。每缸采用两个火花塞。v 双火花塞一般采用对角布置，以实现顺序相位点火控制。采用双火花塞的设计使点火的效率更高，同时提高了发动机的压缩比，使燃料效率得到了提升，加快缸内混合气的燃烧速率，以改善发动机的性能。v 目前采用双火花塞技术的车型有本田飞度 1.3L、克莱斯勒300C、奔驰AMG G500等。v2、本田飞度1.3L I-DSI发动机v
12、本田飞度发动机是i-dsi直列四缸8气门型式发动机，由于采用了顶置凸轮轴设计，致使气门摇臂处于汽缸正上方，因此决定了火花塞的位置不能放在汽缸的正中央，为防止降低点火效率，所以采用了i-dsi智能双火花塞顺序点火系统，每汽缸设有两个火花塞并成对角布置。采用了双火花塞设计，在提采用了双火花塞设计，在提升点火效率的同时、使燃烧更充分，理论油耗为升点火效率的同时、使燃烧更充分，理论油耗为4.4升升/百公里，最大功率百公里，最大功率73千瓦，最大扭矩千瓦，最大扭矩127牛牛.米。米。 v 本田飞度1.3L I-DSI双火花塞发动机v I-DSI发动机双火花塞点火控制系统v 在低转速下：两个火花塞的点火时
13、间存在一定的在低转速下：两个火花塞的点火时间存在一定的间隔，（进气侧火花塞先点火，排气侧火花塞后点间隔，（进气侧火花塞先点火，排气侧火花塞后点火）保证燃烧充分，实现了低速时就具备充分转矩火）保证燃烧充分，实现了低速时就具备充分转矩的特性。的特性。v 在高转速下：在高转速下：两个火花塞两个火花塞点火时间趋于一致，更点火时间趋于一致，更加有利于实现充分燃烧，提高燃油经济性。加有利于实现充分燃烧，提高燃油经济性。v工作动画：vhttp:/ 3、克莱斯勒、克莱斯勒300C 5.7L HEMI发动机发动机v 克莱斯勒300C 5.7L HEMI发动机 采用双火花塞点火系统主要是因为，发动机采用了独特的H
14、EML半球汽缸盖结构，两个大尺寸的进、排气门布置在汽缸盖两端，中间位置放置两个火花塞。两个火花塞可以根据发动机的不同工况，采取分别点火或同时点火。采用双火花塞的克莱斯勒300C 5.7L HEMI发动机使汽缸内的燃烧距离变短，燃烧速度加快，因此热效率提升，因此使发动机的动力和燃油经济性都会得到相应的改善。4、奔驰AMG G500 5.0L V8发动机v奔驰AMG G500 5.0L V8发动机，在传统的3气门汽缸上采用了双火花塞点火系统，从而使发动机最大功率达到了296kW，最大转矩达到456N.m。 1.5 稀燃发动机v重点掌握：v发动机稀燃系统的特点；v发动机稀燃系统的控制特点；v汽油机实
15、现稀燃的关键技术 1、稀燃的概念v概念：v 当发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之汽油与空气之比可达比可达1：25以上称之为稀燃。以上称之为稀燃。v 要了解稀薄燃烧，就先要了解发动机的空燃比。所谓空燃比空燃比是指在发动机进气冲程中吸入气缸的空气与燃油（汽油）重量之比，也就是说，混合气中的空气与燃油的比例称为空燃比。汽油与空气混合燃烧时，空气量过多或者过少都不能有效进行燃烧。汽油完全燃烧所必需的空气比例，可以根据理论计算得到，并称之为理论空燃比。具体地讲， v经过试验汽油的理论空燃比为14.7。而现实当中的空燃比是跟随发动机的工况改变而变动。发动机调整到理论空燃比的难度较大。一般发动机以较稀
16、薄的混合气，即空燃比在15161范围内运转，但在稀薄燃烧发动机中，将以更为稀薄的混合气，即空燃比大于18。v 稀薄燃烧技术的最大特点就是燃烧效率高，经稀薄燃烧技术的最大特点就是燃烧效率高，经济、环保，同时还可以提升发动机的功率输出济、环保，同时还可以提升发动机的功率输出。因为在稀薄燃烧的条件下，由于混合气点火比理论空燃比条件下困难，暴燃也就更不容易发生，因此可以采用较高的压缩比设计提高热能转换效率，再加上汽油能在过量的空气里充分燃烧，所以在这些条件的支持下能榨取每滴汽油的所有能量。 2、发动机稀燃系统的特点v v发动机稀燃技术考虑的2个矛盾：v 汽车排放的HC、CO和NOX之间的矛盾；v 燃油
17、消耗和发动机动力性之间的矛盾v发动机稀燃系统的特点：v （1）合理匹配喷油正时v （2）合理匹配点火正时3、实现发动机稀燃的关键技术 （1）提高压缩比v （2）分层燃烧技术v （3）高能点火 4、发动机稀燃系统的控制 （1）空燃比的闭环控制（反馈控制） （2）喷油时刻的控制 （3）点火正时的控制1.6 可变压缩比技术v重点掌握：v 可变压缩比发动机的应用；v 可变压缩比发动机的优点1、压缩比概念v v 压缩比指汽缸总容积与燃烧室容积之比压压缩比指汽缸总容积与燃烧室容积之比压缩比一般用缩比一般用表示。表示。压缩比表示活塞从下止点运动到上至点时，气缸内气体被压缩的程度。轿车的汽油发动机压缩比是轿车
18、的汽油发动机压缩比是9-11，柴油发动，柴油发动机是机是18-23。 2、可变压缩比技术v 一般发动机的压缩比是不可变动的，因为燃烧室的容积及汽缸工作容积及汽缸工作容积都是固定参数，在设计都是已经定好了。如果发动机的压缩比能在不同的工况发生变化，例如在小负荷时可以采用高压缩比，可以节约燃油；在发动机大负荷时采用低压缩比，并辅助机械增压技术可以实现大功率，高转矩输出。这样能更好的发挥发动机的效率。3、设计可变压缩比技术的主要原因v 我们知道，由于汽油的燃烧特性导致了汽油发动机的混和气压力不能太高。如果气缸内的压力超过了临界值，汽油就会因为压缩而在点火之前被点燃，这种现象被称为爆震，会对发动机带来
19、很大的伤害。 这种问题在增压发动机的设计上显得尤为突出。固定的压缩比成为制约机械增压和涡轮增压发动机的一个很重要的因素。我们知道，当涡轮增压介入以后，燃烧室的温度和压力会大幅度升高，如果这个值过高，爆震就不可避免。所以，固定压缩比的涡轮增压和机械增压发动机只能把压缩比设计得比普 v通自然吸气发动机低很多。但是这种过低的压缩比设计，又会导致发动机在增压器（特别是涡轮增压）没有完全介入时（也就是说，发动机在低转速时），燃烧效率非常低，能产生的动力要比普通自然吸气发动机所产生的动力要少的多。这个矛盾是促使设计师开发可变压缩比发动机的重要原因。但是由于涉及到压缩比的变化必然要涉及到整个发动机结构的改变
20、，难度很大，所以在可变压缩比技术上长期没有进展，现在这一难题已被瑞典的萨博工程师攻克。4、萨博SVC发动机v 萨博SVC发动机核心技术：v SVC发动机的气缸盖和气缸体是动态连接在一起的，气缸盖与气缸体之间安装楔型滑块，摇臂能在ECU的控制下将缸体沿滑块斜面运动，使得燃烧室与活塞顶面相对位置发生变化。从而改变了燃烧室的体积，也就是说，压缩比也同样被改变了。v 萨博SVC发动机与传统发动机的区别v SVC发动机跟传统发动机的主要差别在于，它分发动机跟传统发动机的主要差别在于，它分割成了上、下两部分。可以通过液压调节装置使上割成了上、下两部分。可以通过液压调节装置使上部相对于下部转过一个角度，从而
21、调节压缩比。部相对于下部转过一个角度，从而调节压缩比。上部叫做整体气缸盖，包含着气缸盖和做成一体的气v缸筒，下部就是曲轴箱，由机体、曲轴、连杆和活塞组成。上、下两部分之间通过橡胶密封件跟曲轴箱隔开，所以不会有机油喷出。跟标准发动机相比，上、下两部分之间的分割面降低了大约20cm。 左边为高压缩比情况，右边为低压缩比情况v萨博SVC发动机基本数据：v 萨博SVC发动机采用1.6L 5缸发动机，每缸缸径68mm，活塞行程88mm，最大功率166kW，最大转矩305N.m,发动机压缩比范围可从8：1至14：1之间变化,在发动机小负荷时采用高压缩比以节约燃油；在发动机大负荷时采用低压缩比，并辅助以机械
22、增压器以实现大功率和高转矩输出。，与常规发动机相比综合燃油消耗降低了30%。满足欧排放标准。v萨博SVC发动机的优点：v SVC发动机最大的优点就是不必对已经经过实践考验的四气门技术的燃烧室进行改造，就能实现可变压缩比技术，在开发SVC发动机的过程中从传统的动力总成中继承了尽可能多的基本零部件，从而达到技术兼容，这一点对生产企业十分重要。5、可变压缩比带来的好处v（1）适合于多元燃料v（2）有利于降低排放v（3）提高运行稳定性1.7 转子发动机v重点掌握：v 转子发动机的结构和工作原理；v 转子发动机的优缺点1.7.1 转子发动机的发展历史及背景v 转子发动机（Wankel Engine、Ro
23、tary Engine）又称为米勒循环发动机（Miller Cycle Engine）。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。这种发动机由德国人菲加士汪克尔（Felix Wankel，1902-1988）发明的。v马自达RX-8双转子发动机v v 由于转子发动机是一项高新技术，从生产装配到维护修理，转子发动机与传统发动机都不太一样，开发成本大，并且燃油消耗大。再加上往复式活塞发动机在功率、重量、排放、能耗上都比以前有显著提高，而转子发动机又没有明显的优势，所以目前各大汽车公司都没有积极去开发，唯有马自达一家苦苦支撑。v 在世界环保意识日益强化，石油
24、资源日渐沽竭的今天，以氢气做动力源的研究已成为一大课题。当年马自达坚持下来的转子发动机从结构上讲是最适合燃烧氢气，而且最“干净”，因为氢燃烧完后排出的是水蒸汽，对环境没有任何污染。马自达公司改制了RX-7型跑车的转子发动机，使它可以用氢做燃料。这种发动机装配在马自达 HR-X汽车上，1立方米的燃料箱吸储了相当43立方米的压缩氢气，以每小时60公里的车速可行驶230公里，引起了各界人士的关注。1.7.2 转子发动机的结构和工作原理 结构： 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，为了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
25、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。 往复式发动机和转子发动机都依靠空燃混合气燃烧产生的膨胀压力以获得转动力。两种发动机的机构差异在于使用膨胀压力的方式。在往复式发动机中，产生在活塞顶部表面的膨胀压力向下推动活塞，机械力被传给连杆，带动曲轴转动。 对于转子发动机，膨胀压力作用在转子的侧面。从而将三角形转子的三个面之一推向偏心轴的中心。 v转子发动机的运动特点：v 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。在三角转子转动时，以三角转子中心为中心的内齿圈与以
26、输出轴中心为中心的齿轮啮合，齿轮固定在缸体上不转动，内齿圈与齿轮的齿数之比为3: :2。上述运动关系使得三角转子顶点的运动轨迹（即汽缸壁的形状）似“8”字形。三角转子把汽缸分成三个独立空间，三个空三角转子把汽缸分成三个独立空间，三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和排气，三角转子自转一间各自先后完成进气、压缩、做功和排气，三角转子自转一周，发动机点火做功三次。周，发动机点火做功三次。v 由于以上运动关系，输出轴的转速是转子自转速度的3倍，这与往复运动式发动机的活塞与曲轴1: :1的运动关系完全不同。v v工作原理 ：v 1.7.3转子发动机与传统往复式发动机的比较v1、转子发动机的优缺点v 优
27、点：v 体积小重量轻v 结构简单v 理想的转矩输出特性v 运转平稳，噪音小v 可靠性和耐久性高v缺点：v （1） 燃油消耗大v （2） 制造工艺复杂v （3） 成本较高v2、转子发动机与往复活塞发动机的比较v （1）燃油燃烧产生的热能转化为机械能的途径不一样v （2）发动机的四个工作行程位置不同v （3）排量计算不同1.8 1.8 柴油机共轨直喷技术柴油机共轨直喷技术v重点掌握：v 柴油机电控燃油系统的发展历史；v 共轨系统的结构和工作原理1.8.1柴油机电控燃油系统概念v 研究背景： 传统柴油机由于挥发性差，不能通过进气负压被动吸人汽缸，因此柴油发动机必须靠油泵将燃油泵入汽缸内。在民用车柴油
28、发动机以前，几乎所有的柴油发动机都是采用机械泵喷射的，它分为总泵和分泵两部分，目的也是为了获得足够的泵油压力。这种活塞往复式的机械泵是靠凸轮来驱动的，凸轮的能量则源自曲轴。每个汽缸会有一个喷油器，每个喷油器又必须匹配一个油泵，这使得整台发动机的油泵数量很多。 机械油泵不仅供油压力有限，而且它们都是纯机械式的，在往复运动以及与凸轮发生作用的时候，会产生巨大的噪音，这是传统柴油发动机噪音大的原因之一。 对于柴油发动机而言，它的点火依靠爆震，但作为设计师而言则希望这个爆震控制在能够点火的临界点即可。多余的爆震会增加震动和噪音，乃至影响工作效率。传统柴油机纯机械式的泵油方式，很难做到精准控制，这使得爆
29、震也难以精准控制，所以这类发动机的震动和噪音都异常强烈。同时，难以精准控制的喷油量，使得空燃比实现精准控制也变得不可能，因此传统柴油发动机很难做到精确燃烧，排放加剧以及燃烧效率下降也就很自然了。v 前面说过，柴油发动机震动噪音大，主要是因为爆震和机械式油泵，前者与精准控制喷油量有关，后者则直接与油泵本身有关，于是用电子泵取代机械泵便成为一种必然。v 普通的柴油发动机每个喷油器要对应一个油泵，这也是产生噪音的根源之一。而采用共轨技术的发动机，达到只用采用共轨技术的发动机，达到只用一个油泵就可以实现整个发动机的供油一个油泵就可以实现整个发动机的供油。共轨技术与汽油发动机上的多点电喷类似，在一根“共
30、轨”上安装四个(对应四缸发动机)喷油器，然后有一个油泵向“共轨”中供油。而喷油器的开启和关闭，则是靠电脑来控制的，这个原理与电喷汽油发动机类似。这样一来，由于机械泵产生的噪音就杜绝掉了。 v 传统柴油发动机的喷油器是被动工作的，也就是油泵在有压力的时候，就会因压力而将柴油喷入汽缸。这种方式从某种程度上说，和采用化油器的汽油发动机类似，因为它们都无法实现对于喷油量的精确控制。v 共轨直喷技术采用的喷油器是靠电磁阀控制的，喷油正时和喷油量，都可以由电磁阀根据ECU发出的指令来精确控制，这就好比汽油发动机的电喷技术一般。氧传感器等传感部件将尾气情况反馈给ECU，从而可以根据尾气判断燃烧状况，进而进一
31、步调整供油浓度，实现混合气的充分燃烧。v 这种精准的供油控制，再加上电子泵产生高压下的喷油压力，使得发动机缸内产生的强大涡流可以使雾状柴油与空气充分混合，这样一来可以最大程度地减小爆燃的几率。这种综合技术的采用，从根本上大大降低了柴油发动机的震动和噪音。v 采用电子控制技术是当前柴油机技术发展的重要方向之一。柴油机电子控制技术的出现与发展是一个必然的趋势，原因有以下两点：v （1）石油能源危机及严重的环境污染，对柴油机的经济性和排放指标提出了苛刻的要求。（2）单片机的出现进一步促进柴油机电子控制技术代替机械控制系统v1、柴油机电控燃油系统的分类 （1）位置控制器 （2）时间控制器 （3）时间压
32、力控制器（电控共轨喷油系统）v 共轨喷油系统分类：v 1）高压共轨喷油系统v 2）中压共轨喷油系统v 共轨喷油的优点：v 1）实现高压喷油；v 2）可使喷油压力独立于发动机转速；v 3）可实现预喷油，调节喷油速率形状；v 4）喷油定时和喷油量可以自由选定；v 5）具有良好的喷油特性，可优化燃烧过程；v 6）结构简单，可靠性好，适应性强。v2、目前开发的共轨喷油系统 美国BKM公司的Servojet系统；美国卡特彼勒公司的HEUI系统；日本电装公司的ECU-U2系统；德国博世公司的高压共轨式喷油系统。v3、柴油机电控燃油系统的特点 （1）柴油机的排放降低，经济性提高； （2）发动机的工作可靠性提
33、高； （3）相应快，控制精准； （4）控制策略灵活多样1.8.2 电控共轨系统的组成 高压共轨系统由五个部分组成：高压油泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器。 1.8.3 1.8.3 典型电控共轨系统的结构和工作原理典型电控共轨系统的结构和工作原理v1、供油泵的结构和工作原理 结构：驱动轴、柱塞、进油阀、出油阀、电磁断油阀、压力调节阀、机体 （1）压力调节阀 （2）电磁断油阀v2.喷油器结构与工作原理 结构：喷油器、顶针、电磁阀、控制活塞、球阀 工作原理：通过电磁阀控制两个油腔内的压力差，来控制喷油量。v3.共轨组件v 共轨组件是接受从供油泵送来的高压燃油，并按照 ECU
34、的指令向各个汽缸分配燃油，并同时根据压力限制器、流动缓冲器和压力传感器等来随时监测有无过剩燃油流出、喷射、监测压力是否正常并进行控制。v1.8.4 1.8.4 电控共轨系统应用举例电控共轨系统应用举例v 华泰现代2.9L特拉卡CRDI，采用高压共轨柴油直喷技术，降低了柴油发动机车型的震动和噪音，同时将油耗进一步降低，使排放更加清洁。v 哈弗TC柴油车。国内第一款拥有自主知识产权、采用国际最先进电控高压共轨技术的柴油发动机。 1.9 发动机增压技术重点掌握：v 发动机增压系统的种类v 机械增压器的结构和工作原理v 涡轮增压器的结构和工作原理1.9.1 发动机增压系统的特性和种类增压发动机的种类：
35、v 机械增压、涡轮增压、复合式增压、惯性增压、气波式增压、冲压式增压v （1）机械增压器v 机械增压器通过压气机转子由发动机曲轴通过齿轮、转动带或链条等传动装置来驱动旋转，从而将空气压缩并送入发动机汽缸，达到压缩目的。v 根据构造不同，机械增压曾经出现过许多种类，包括叶片式鲁兹式等。不过，现在较为常见的为前两种。 v 优点：v 低速时就有增压作用，加速性能优越。v 缺点：v 结构复杂、体积大、并消耗发动机的有效功率v（2）废气涡轮增压v 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。v 涡轮增压器与发动机无任何机械联
36、系，实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。v v 原理：它是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。当发动机转速增快，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，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大20%30%。 v 优点：结构简单；增压器转速较高；与发动机无任何机械传动连接v 缺点：动力输出反应滞后 ；在低速为增压前动力输出比同排量的自然吸气的发动机差v（3）复合式增压器v 把
37、机械增压器与废气涡轮增压器联合起来工作的增压装置，以保证发动机启动和低速小负荷时有必要的扫气压力。v 缺点：结构复杂、体积过大v（4）惯性增压器v 利用空气在进气歧管中的惯性效应、脉冲波动效应及其综合效应来提高发动机汽缸充气效率的方法。v （5）气波式增压器v 通过特殊的转子使废气与空气接触，利用高压废气对低压废气产生的压力波，迫使空气压缩。v（6）冲压式增压器v 利用储气筒内的高压诱导空气，通过喷管将周围的空气引射入喷射器中，并在喷射器内混合，然后通过扩压管，把空气压缩到所需的压力进入气管。1.9.3 机械增压器的结构和工作原理v 机械增压器是一种强制性容积置换泵，也称容积泵。其工作时，可以
38、增加进气管内的空气压力和密度，往发动机内压入更多的空气，使发动机每个循环可以燃烧更多的燃油，从而提高发动机的升功率和平均有效压力，使汽车动力性、燃油经济性和排放性都得到改善。v 工作过程中，机械增压器的转子由发动机曲轴通过传动带驱动，与废气系统不相干。机械增压器跟曲轴之间存在固定的传动比。这两个相向旋转的转子各有若干个突齿，在工作时相互啮合。扭曲的转子跟特殊设计的进口和出口几何形状相结合，有助减少压力波动，使空气流动平稳，工作时噪声较低。这种带有螺旋式转子和轴向进口的机械增压器可达到14000r/min的转速，从而缩小了体积。v（1）鲁兹式机械增压器 v 机械增压器常见的是鲁兹式，鲁兹增压器有
39、双叶、三叶转子两种型式，目前以双叶转子较普遍，其构造是在椭圆形的壳体中装两个茧形的转子，转子之间保有极小的间隙而不直接接触。两转子借由螺旋齿轮连动，其中一个转子的转轴与驱动的皮带轮连接，转子转轴的皮带轮上装有电磁离合器，在不需要增压时即放开离合器以停止增压。离合器的开合则由计算机控制以达到省油的目的。 v（2）双螺旋式机械增压器 v 双螺旋式机械增压器通过两根类似于一组涡轮传动的啮合凸缘吸入空气。 与鲁式机械增压器一样，双螺旋式增加器中的空气也是通过转子凸缘集中起来吸入的。 但双螺旋式机械增压器会压缩转子壳体内的空气。 其原因在于这些转子具有锥度，这意味着随着空气从进气口流向排气口，气穴会变小
40、。 随着气穴的收缩，空气便被压入到更小的空间。v 这使双螺旋式机械增压器的效率更高，但需要在制造过程中精密加工螺旋型转子，从而增加了成本。 有些双螺旋式机械增压器与鲁式机械增压器一样，也放在发动机的上方。它们也会发出很大的噪 v音。 从排气口排出的压缩空气会发出轰鸣声，因此必须使用降噪技术消除这些声音。 1.9.4 涡轮增压器的结构和工作原理v 涡轮增压装置主要是由涡轮室和增压器组成。涡轮增压装置主要是由涡轮室和增压器组成。首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上。然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内。这样一
41、个整体的涡轮增压装置就做好，你的发动机就好像电脑CPU一样被“超频”了。 v 当发动机工作时，只要符合增压的条件，发动机排出的废气驱动废气涡轮高速旋转，废气涡轮再带动进气涡轮以同样的速度旋转，进气涡轮将空气压缩到汽缸内燃烧。这种情况下产生的进气压力，要远高于大气压力；因此，通过涡轮增压器产生的进气量，远远超过了自然吸气产生的进气量。1.9.5 发动机双增压技术概念： 一台发动机采用了两个涡轮增压器，或同时采一台发动机采用了两个涡轮增压器，或同时采用涡轮增压器和机械增压器。用涡轮增压器和机械增压器。v（1）双涡轮增压器v 双涡轮增压器通常是将一个较大的涡轮增压器被两个小的涡轮增压器所取代，双涡轮
42、增压有效的减少了进气管的数量，同时由于小直径的涡轮增压器拥有更轻的重量和更小的惯性，因此能有效的减少涡轮增压迟滞。 v双涡轮增压器的种类：双涡轮增压器的种类：v 1 1）并联式双涡轮）并联式双涡轮v 2 2）串联式双涡轮）串联式双涡轮（2）综合运用机械增压和废气涡轮增压 由于机械增压器有助于低转速时扭力输出，但是高转速时功率输出有限，而废气涡轮增压在高转速时拥有强大的功率输出，但是在低转速时则力不从心。因此同时采用涡轮增压器和机械增压器，将其结合一起，来解决两种技术各自的不足，同时解决了低速转矩输出的问题和高速功率输出的问题。v工作原理：v 低转速时：机械增压器提供大部分增压压力，这些压力并同
43、时用来驱动涡轮增压器，使涡轮增压器运行的更平顺，响应速度更快。v 1500r/min时：两个增压器同时工作，其总增压值达到0.25Mpav 大于1500r/min，小于3500r/min时：涡轮增压器的增压压力进一步提高，同时机械增压器压力逐步减小。v 超过3500r/min时：涡轮增压器提供所有增压压力，机械增压器完全与发动机分离，停止供压。1.9.6 增压中冷技术v 增压中冷技术就是当涡轮增压器将新鲜空气压缩经中段增压中冷技术就是当涡轮增压器将新鲜空气压缩经中段冷却器冷却，然后经进气歧管、进气门流至汽缸燃烧室。中冷却器冷却，然后经进气歧管、进气门流至汽缸燃烧室。中冷技术可使增压空气温度下降
44、到冷技术可使增压空气温度下降到5050以下，来提高空气密度。以下，来提高空气密度。有助于减少废气的排放和提高发动机功率。有助于减少废气的排放和提高发动机功率。v 试验表明，依靠中冷器，在压力保持不变的情况下，增压空气温度每下降10度，它的密度就增大3%，发动机功率能提高3%，并大幅度的降低废气中的氮氧化物含量。而且还可降低发动机在相同额定功率下的热负荷和排气温度并提高发动机功率。v 发动机的中冷器采用水冷和风冷的工作方式，水冷的工作效果不佳，若采用一个独立循环水的辅助系统才可能达到较好的冷却效果，这种方式成本较高而且机构复杂。因此，汽车发动机大都采用空气冷却式中冷器。依靠风冷方式，可以有效地把
45、发动机进气温度降至60度左右。1.9.7 TDI与SDI技术v概念：v TDITDI：涡轮增压直接喷射柴油发动机：涡轮增压直接喷射柴油发动机v SDISDI：自然吸气直接喷射柴油发动机：自然吸气直接喷射柴油发动机v 在汽车工业界汽车进气类型大致分为两类，即NA车和Turbo车。NA车即是 Natural Aspirator 自然进气汽车，Turbo车是使用涡轮增压进气的车型。v SDI是自然吸气直接喷射（柴油发动机），与汽油发动机相比 柴油机的热损耗和废气损耗都大大降低，热转化效率高出汽油发动机15%，百公里油耗比汽油机低30%以上，并且使用寿命上比汽油机高20%左右，同时NOX也比汽油机低5
46、%-32%。vTDI是英文Turbo Direct Injection的缩写，意为涡轮增压直接喷射（柴油发动机）。 为了解决SDI的先天不足，人们在柴油机上加装了涡轮增压装置，使得进气压力大大增加，压缩比一般都到10以上，这样就可以在转速很低的情况下达到很大的扭矩，而且由于燃烧更加充分，排放物中的有害颗粒含量也大大降低。v 宝来TDI直喷式涡轮增压发动机采用了泵喷油系统和可调叶片式涡轮增压器。v 宝来泵喷油系统的喷射压力高达192Mpa，宝来TDI发动机每缸一个泵喷嘴。每个气缸做功行程所需的柴油量被分成预喷油和主喷油两部分，主喷油在预喷油开始之后曲轴转过几度之后才进行，它们之间的间隔由一个液压
47、机构控制。喷油时刻、喷油量以及停喷时刻都由一个电磁阀控制。从而使柴油发动机达到平稳、高效燃烧的理想状态，并且降低了燃烧的噪音、降低了尾气的NOX含量。v1.9.8 发动机增压技术在车上的应用v涡轮增压器的应用：v 奥迪1.9TDI L4、2.5TDI V6；宝马2.0 L4、3.0 L6；奔驰2.2CDI L4v 机械增压器的应用：v 通用3.8 V6发动机；捷豹4.0 V8发动机；马自达v Miller ycle V6发动机v机械增压+涡轮增压的应用：v 大众高尔夫GT1.4TSI发动机1.10 对置式发动机v重点掌握：v 发动机的结构形式；v 对置式发动机的结构和工作原理1.10.1 发动
48、机结构形式概述v1、直列发动机v2、V型发动机v3、W型发动机v4、水平对置发动机v5、转子发动机1.10.2 典型对置式发动机结构和工作原理v 水平对置发动机通常被称为BOXER，是因为BOXER原意是拳击手，这种引擎汽缸分成左右两边，每边2或3个汽缸，左右两边的活塞作180度的对向运动，犹如拳击手出拳对打，因而得此称呼。 发动机活塞平均分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动。使发动机的整体高度降低、长度缩短、使发动机的整体高度降低、长度缩短、整车的重心降低，车辆行驶更加平稳整车的重心降低，车辆行驶更加平稳, ,发动机安装在发动机安装在整车的中心线上，两侧活塞产生的力矩相互抵消，整车的中心线上
49、，两侧活塞产生的力矩相互抵消，大大降低车辆在行驶中的振动，便发动机转速得到大大降低车辆在行驶中的振动，便发动机转速得到很大提升，减少噪音。很大提升，减少噪音。 v 低重心：产生的横向震动容易被支架吸收、有效将全车较重的发动机重心降低，更容易达到整体平衡。v低振动：活塞运动的平衡良好（180度左右抵消）。 相比直列式，在曲轴方面所需的平衡配重因素减少，有助转速提升。它能保持650转的低转速，并保证发动机平稳的工作。同样相比其它发动机行式油耗最低。 对置式发动机应用举例：v （1）保时捷Cayman Sv （2）斯巴鲁2.5 L 水平对置双顶置凸轮轴涡轮增压发动机1.11 W12发动机v重点掌握：
50、v W12发动机的控制；v W12发动机的特点1、W12 发动机与传统V型发动机对比v W12发动机采用独特的“W”排列，而非传统“V”形,其最大马力达到450匹，相当于3.5个宝来1.8升发动机的功率之和。但W12与V12相比，瞬间兴奋程度不够，W12发动机强在它的绵力,但弱在爆发力。换句话说，W12在公路上的长处不是短距离发力超车，而是在超车以后绝尘而去。它是一个长跑选手,胜在肺活量上，但在极限的情况下V12发动机的噪音要小于W12。 2、发动机控制系统v 大众辉腾W12型发动机采用Motronic ME7.1.1管理系统，该系统能让发动机适应所有工况，从而用较低的燃油消耗获得较高的功率输
51、出。与W8型发动机不同的是，W12型发动机中采用了完全相同的双控制单元设计。v 由于采用了双控制单元设计，W12型发动机增加了用于发动机管理系统的内部CAN总线。内部CAN总线只用于交换这两个发动机控制单元之间的信息，数据在动力传动系统CAN总线上进行交换。各个单独的控制单元通过总线 连接成一个整体系统。 3、W12发动机的特点v v（1）结构紧凑，重量轻v（2）发动机的高度显著降低v（3）采用干式润滑系统59.80万-252.98万 行情价：行情价：55.88万万-280.00万万 排量：排量：3.0L3.6L4.2L6.0L 1.13 发动机管理系统v重点掌握：v国内外发动机管理系统 生产
52、情况v 雪铁龙C3无空转系统的工作原理1.13.1 发动机管理系统概述v 概念： v 汽车发动机管理系统，简称汽车发动机管理系统，简称EMS，是保证电喷，是保证电喷汽车的动力性、经济性、排放指标、驾驶性的关键汽车的动力性、经济性、排放指标、驾驶性的关键部件，它由汽车发动机燃油喷射电子控制单元部件，它由汽车发动机燃油喷射电子控制单元（ECU）、传感器和执行器组成。）、传感器和执行器组成。v 该系统用来调节影响发动机性能的各种参数，如控制不同载荷、不同转速下的进气量、进气涡流、燃油喷射量和喷油时间喷油压力已获得最佳空燃比调节点火时刻和适量的废气再循环量、抑制NOX的生产量，在满足使用条件下，获得最
53、佳动力性、燃油经济性、排放性。发动机管理系统能够实现对v发动机各系统的精确控制和灵活控制是改善发动机各项性能指标和排放的主要手段。v1.国外发动机管理管理系统制造商v （1）德国博世有限公司v （2）西门子威迪欧公司v （3）德尔福公司v （4）摩托罗拉公司v （5）日本电装株式会社v 2.国内发动机管理系统制造商v 上海联合汽车电子有限公司；北京德尔福万源发动机管理有限公司；西门子威迪欧汽车电子有限公司等。v1.13.2 常见发动机集中控制系统v 早些时候在汽车上应用的电子系统，包括电子控制汽油喷射、电子点火等都是单项系统，即该系统只能执行或实现一种控制环境，而目前应用较多目前应用较多的还是
54、把发动机汽油喷射，点火，怠速以及排气等的还是把发动机汽油喷射，点火，怠速以及排气等具有多种控制功能的电路集中在一个具有多种控制功能的电路集中在一个ECU上，即把上，即把执行各种单项功能的系统集中起来合并为一个系统，执行各种单项功能的系统集中起来合并为一个系统，从而构成集中控制的电子系统，称为发动机集中电从而构成集中控制的电子系统，称为发动机集中电子控制系统。子控制系统。v 1、通用汽车公司发动机控制系统v 2、丰田电控系统TCCSv1.13.3 雪铁龙C3的无空转系统v无空转系统：v所谓的无空转系统，就是在汽车驻车等待时自动关无空转系统，就是在汽车驻车等待时自动关闭发动机，从而达到节省燃油和降
55、低排放的目的。闭发动机，从而达到节省燃油和降低排放的目的。v 关键技术：v 1）一套能够自动控制发动机的关闭和启动的软件程序。v 2）一套能够极短时间迅速和平稳启动的硬件装置v 雪铁龙C3停车起步装置：v 雪铁龙C3停车起步装置；其实就是一款非全时的无空转系统，它依靠仪表盘上的一个ECO键来启动或关闭系统，当系统工作时，当汽车处于停车等待时刻，踩下制动踏板时间超过3s后，发动机就会自动熄火；当汽车需要启动时，抬起制动踏板，发动机便会迅速自动启动。v 雪铁龙C3停车起步装置，可以将市区油耗和综合油耗分别降低10%和6%，堵车可以降低15%。同时也可以使CO2降低4%。1.14 柴汽混燃发动机技术
56、v1.14.1 奔驰均质混合气压燃发动机 汽车常用的往复式内燃机，主要燃料有汽油和柴油两种(生物燃料和氢气暂不讨论)，汽油采用的是火花塞点燃的方式，柴油用的是活塞压燃的方式，所以柴油机的压缩比比汽油机要高出不少，柴油机压缩比高，扭矩大，燃油效率高，汽油机压缩比低，工作震动和噪音小，那有没有一种点火方式能将它们的优点结合起来呢？HCCI就是目前的一种新方向。 HCCI发动机和传统的汽油发动机一样，都是向汽缸里面注入比例非常均匀的空气和燃料混合气。传统的汽油发动机通过火花塞打火，点燃空气和燃料混合气产生能量。但HCCI发动机则不同，它的点火过程同柴油发动机相类似，通过活塞压缩混合气使之温度升高至一
57、定程度时自行燃烧。v 装备HCCI技术的发动机的技术结构比一般发动机要复杂，当汽油机的压缩冲程快结束时，汽油通过进气道进入汽缸，由于HCCI发动机压缩比比普通的汽油机高，所以喷入的混合气在压缩冲程完成时有时间在汽缸内形成均匀的分布，这时汽缸的压力足够使均匀分布的油滴自动压燃，所有的燃料都在同一时间点燃，所以提高了燃油的使用效率(传统的v汽油和柴油机都是非均匀的扩散式燃烧，在扩散的同时浪费了部分的能量）而且由于它采用压缩点燃的缘故，可以采用相当稀薄的混合气，因此可以按照变质调节的方式，直接通过调节喷油量来调节扭矩，不需要节气门。v HCCI发动机的燃烧温度低，对燃烧室壁的传热很低，能够减少辐射热
58、的传递，还能大幅降低氮氧化合物的形成。另一个特点是燃烧周期很短。因为燃烧过程主要是受化学反应而不是受混合过程的支配，能够使得燃烧周期比传统的柴油机短。而且它采用的燃油辛烷值允许在一个广阔的范围内变动。可以采用汽油、天然气、二甲醚等辛烷值较高的燃油作为主要燃料，也可以采用多种燃料混合燃烧。还可以将对高辛烷值燃料和低辛烷v值燃料配比的调整，用作在HCCI燃烧中控制燃烧起点和负荷范围的方法。v HCCI发动机的优劣：v 优点：1)较高热效率;2)低NOx和PM排放;3)良好的燃油适应性。可以采用柴油、汽油、天然气和醇类等燃料4)燃烧系统结构简单,成本低。v 缺点：1）短的燃烧周期和迅速的放热，有时候
59、会使得类似“爆震”的燃烧噪声增加。2）HCCI燃烧需要高稀释度的空气/燃油混合气以限制燃烧强度，这会使得功率密度变差。3）高稀释度的混合气带来了低的排气温度，使得发动机难以采用涡轮增压v4）低的排气温度很难立刻使三元催化器工作。v 奔驰F700混合概念车采用了HCCI均质混合气压燃烧技术。奔驰将其技术成为DiesOtto驱动技术。他出色的结合了汽油发动机第排放和柴油发动机的经济性。奔驰F700 4缸发动机油耗仅5.3L/100Kmv，二氧化碳排量也只有127g/Km。v 奔驰DiesOtto工作情况：v 1)当汽车处于加速时， DiesOtto依靠传统火花塞点燃混合气体，依靠高温高压的火焰传播
60、到整个燃烧室，为了获得最大能量并同时使用进气涡轮和缸内燃油喷射。v 2） 当DiesOtto 驱动系统处于不需要完全输出动力场合时，使用HCCI燃烧模式，此时依靠节气门v开度大，可以使发动机利用更少的燃料和更多的空气进行工作。1.14.2 大众复合燃烧式发动机v 大众公司利用先进的发动机技术CCS（复合燃烧系统），把柴油机和汽油机的优点很好的融合在了一起。v 工作原理：v 其主要工作原理是通过复合燃烧系统将均匀的混合过程与无火花塞自燃相结合，在活塞压缩行程时，柴油机通过共轨喷油技术能够精确地把燃料喷入燃烧室，从而使形成混合气的时间较长，混合质量更好，能更快的使压力和温度上升。最终实现自燃。为了
61、保证燃烧过程在不同的条件下能够顺利进行，就需要加入特殊的高效燃料。以便精确计算点燃v和燃烧延迟的时机，一般需要添加一些化学添加剂v如碳氢化合物等人工合成燃料来实现，或从生物质和纤维素中提取的SunFuel的第二代生物燃料。在现有的柴油发动机中使用这种品质极高的SunFuel燃油，可以进一步降低约30%的颗粒和氮氧化物排放。SunFuel这种代用燃料的CO2循环回收率达到90%以上，进一步降低排放污染本章重点小结v1、可变进气系统的作用及分类。v2、各主要汽车公司的可变气门正时和升程系统的工况v3、电子节气门的组成及工作原理v4、FSI发动机的工作原理及分层进气原理v5、TSI与FSI的比较v6、复合火花点火发动机的概念及应用v7、稀燃发动机的关键技术及发动机稀燃系统的控制v8、转子发动机的工作原理；转子发动机与传动往复式发动机的优缺点比较v9、柴油机共轨直喷系统的组成及工作原理v10、发动机增压技术的种类；机械增压器、涡轮增压器、双增压技术的工作原理v11、发动机结构形式的分类v12、HEMI发动机MDS系统工作原理v13、发动机管理系统的概念
