【正文】 第三章 汽車發(fā)動機(jī)節(jié)能技術(shù) ? 概 述 ? 影響汽車發(fā)動機(jī)節(jié)能的因素 ? 提高充量系數(shù)的技術(shù) ? 汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù) ? 廢氣渦輪增壓發(fā)動機(jī) ? 汽油機(jī)燃油噴射與點火系統(tǒng)電子控制 ? 柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)電子控制 ? 發(fā)動機(jī)其他節(jié)能技術(shù) 第一節(jié) 概述 能源壓力 根據(jù)世界石化巨頭 BP集團(tuán)在 《 2022 BP世界能源統(tǒng)計年鑒 》 中提供的數(shù)字表明，世界目前探明的石油總儲量為 萬億桶 ，以目前的開采速度計算，可供全球石油生產(chǎn) 41年 。 環(huán)保壓力 據(jù)研究，目前 大氣中 %的 HC、 %的 CO、 %的 NOx、 %的 CO %的 SO2和 32%的微粒來自汽車，而在 城市大氣中 ，這一比例更高，大概 87%的 HC、 61%的CO和 55%的 NOx來自于汽車。 發(fā)動機(jī)節(jié)能技術(shù)發(fā)展 在汽油機(jī)方面主要應(yīng)用電子控制燃油噴射系統(tǒng)（ EFI）；為了提高發(fā)動機(jī)充氣效率，增加氣門數(shù)量，并應(yīng)用可變配氣相位裝置 , VVTi發(fā)動機(jī)、同時采用渦輪增壓系統(tǒng)、進(jìn)氣諧波增壓系統(tǒng)；稀薄混合氣燃燒，缸內(nèi)直噴 。靈活燃料發(fā)動機(jī)等。此外還有發(fā)動機(jī)柴油機(jī)化。 思考：如何看待節(jié)能與排放之間的關(guān)系。 第二節(jié) 影響汽車發(fā)動機(jī)節(jié)能的因素 一、影響汽車發(fā)動機(jī)熱效率的因素 汽油機(jī)定容加熱循環(huán)的熱效率： 111??? ktv ??低速柴油機(jī)定壓加熱循環(huán)的熱效率： )1(1111 ????? ???? kkktp高速柴油機(jī)混合加熱循環(huán)的熱效率： )1()1(1111 ??????? ??????? kkktm式中： ε——壓縮比； k——絕熱指數(shù)； λ——壓力升高比； ρ——預(yù)脹比。 提高發(fā)動機(jī)熱效率的主要措施有： 提高壓縮比，稀燃技術(shù)，直噴技術(shù)，增壓、中冷技術(shù)，可變進(jìn)氣技術(shù)，改善進(jìn)排氣過程，改善混合氣在氣缸中的流動方式，改進(jìn)點火配置提高點火能量，優(yōu)化燃燒過程，電控噴射技術(shù)，高壓共軌技術(shù)，絕熱發(fā)動機(jī)技術(shù)等。 二、影響發(fā)動機(jī)輕量化的因素 影響發(fā)動機(jī)產(chǎn)品制造過程中材料消耗多少的指標(biāo)是比質(zhì)量 me （發(fā)動機(jī)質(zhì)量功率比），而影響比質(zhì)量大小的主要因素又是升功率 PL 。 PL 越高，表面發(fā)動機(jī)工作容積利用率越高；發(fā)出一定數(shù)量的有效功率的發(fā)動機(jī)尺寸就越小。 scamitoL nlHP ??????? ??????? 1式中： Hμ——燃料低熱值； lo——化學(xué)計量空燃比，即燃燒 1kg燃料所需的理論空氣質(zhì)量； ηit——指示熱效率； ηm——機(jī)械效率； Фa——過量空氣系數(shù)； τ——行程數(shù)； Фc——充量系數(shù)； n——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)； ρs——發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管的空氣密度。 提高升功率 主要的措施有 ： ? 通過合理組織燃燒過程，以降低過量空氣系數(shù) Фa ； ? 改善發(fā)動機(jī)換氣過程，提高充量系數(shù) Фc ； ? 提高轉(zhuǎn)速 n ，以增加發(fā)動機(jī)單位時間內(nèi)發(fā)動機(jī)每個氣缸作功的次數(shù)； ? 采用增壓技術(shù)，以增加進(jìn)氣密度 ρs 。 第三節(jié) 提高充量系數(shù)的技術(shù) 充氣效率的含義： 充氣效率是指在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣行程進(jìn)，實際進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮氣體（空氣或可燃混合氣）的質(zhì)量與在進(jìn)氣行程進(jìn)口狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的氣體質(zhì)量的比值。 一、采用多氣門機(jī)構(gòu) 優(yōu)點：增加進(jìn)排氣門流通面積，從而減小了進(jìn)排氣阻力 ，提高了充氣效率；可以使火花塞中央布置，以縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，提高發(fā)動機(jī)的抗爆性，因而可以采用更高的壓縮比，提高汽油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。 圖 3–5 二氣門及四氣門柴油機(jī) 性能指標(biāo)比較圖 —— 四氣門； – – – 二氣門 圖 3–6 二氣門及四氣門柴油機(jī)油耗及 有害排放物對比圖 —— 二氣門； – – – 四氣門 轉(zhuǎn)速 /rmin–1 NOx 排放量 ∕g（ kWh） –1 pme（ 0.1MPa ） be /g（ kWh） –1 be /g（ kWh）–1 微粒 /g（ kWh） –1 煙度 圖 3–3 四氣門與二氣門發(fā)動機(jī) 的性能比較 圖 3–4 五氣門發(fā)動機(jī)與四氣門 發(fā)動機(jī)性能比較 二、采用可變配氣系統(tǒng)技術(shù) 控制發(fā)動機(jī)充量交換過程的特性參數(shù)主要是三個：氣門開啟相位，氣門開啟持續(xù)角度和氣門升程。 進(jìn)氣門開啟相位提前，一方面為進(jìn)氣過程提供了較多的時間，特別有利于解決高轉(zhuǎn)速時進(jìn)氣時間不足的問題；另一方面，氣門疊開角增大，有更多的廢氣進(jìn)入進(jìn)氣管，隨后又同新鮮充量一起返回氣缸，造成了較高的內(nèi)部排氣再循環(huán)率，可降低油耗和 NOx 排放，但同時也導(dǎo)致起動困難、怠速不穩(wěn)定和低速工作粗暴。 進(jìn)氣門關(guān)閉相位推遲，一方面在高轉(zhuǎn)速時有利于利用高速氣流的慣性提高體積效率；另一方面在低轉(zhuǎn)速時又會將已經(jīng)吸入氣缸的新鮮充量重又推回到進(jìn)氣管中。 氣門升程增大，一方面在高負(fù)荷時有利于提高體積效率；另一方面在低負(fù)荷時又不得不將節(jié)氣門關(guān)得更小，造成更大的泵氣損失和節(jié)流損失。 思考： 為了提高標(biāo)定功率、低速轉(zhuǎn)矩、改善起動性能和提高怠速穩(wěn)定性，應(yīng)如何調(diào)整進(jìn)氣門特性參數(shù)？ 可變配氣系統(tǒng)的效果 ： ? 提高標(biāo)定功率。 ? 提高低速轉(zhuǎn)矩。 ? 改善起動性能。 ? 提高怠速穩(wěn)定性。 ? 提高燃油經(jīng)濟(jì)性達(dá) 15％。 ? 降低排放。 1. 可變氣門正時 圖 3–7 相位可變的凸輪軸構(gòu)造示意 l—螺旋花鍵套； 2—回位彈簧； 3—凸輪軸； 4—驅(qū)動鏈輪 凸輪軸的相位借助一個螺旋花鍵套 1 的移動來改變。花鍵套內(nèi)孔的直齒花鍵與凸輪軸 3 端頭的花鍵嚙合，它的外螺旋花鍵與驅(qū)動鏈輪 4 的螺旋花鍵孔嚙合。當(dāng)花鍵套 1 在油壓作用下克服回位彈簧 2 的彈力軸向移動時， 3 與 4 相對角位移△ φc＝ 10176。 ～ 20176。 。油壓用電磁閥控制，機(jī)油通過中空的凸輪軸供給。 圖 3–8 VVT 對發(fā)動機(jī)性能的影響 2. 氣門升程可變 可變凸輪機(jī)構(gòu)一般都是通過兩套凸輪或搖臂來實現(xiàn)氣門升程與持續(xù)角的變化，即在高速時采用高速凸輪，氣門升程與持續(xù)角都較大，而在低速時切換到低速凸輪，升程與持續(xù)角均較小。 圖 3–9 MIVEC的凸輪及搖臂機(jī)構(gòu) a）高速凸輪模式； b）低速凸輪模式； c）氣門不工作模式 發(fā)動機(jī)在高速工況，壓力高的液壓油進(jìn)入搖臂軸的右端油道（圖 3–9a）），將其中活塞 –H 向上推，使高速搖臂桿與搖臂軸卡緊在一起，于是高速凸輪通過高速搖臂桿及 T 形桿，控制氣門的開關(guān)。此時搖臂軸左端并無壓力高的液壓油進(jìn)入，其中液壓小活塞 –L并未被壓上去，于是左端低速搖臂桿并未起作用。發(fā)動機(jī)低速工況，液壓油則進(jìn)入搖臂軸左端油孔，將其中小活塞向上壓，使低速凸輪能帶動左端低速搖臂桿工作。此時右端高速搖臂桿中小活塞并無液壓油將其壓上去，因此不工作（圖 3–9b））。當(dāng)搖臂軸兩端都無高壓液壓油輸入時，于是兩個氣門都不工作（圖 3–9c））。 圖 3–11 進(jìn)氣門升程和曲線連續(xù)可變的凸輪機(jī)構(gòu) l—偏心軸； 2—杠桿； 3—凸輪軸； 4—杠桿的滾輪； 5—回位扭簧； 6—氣門擺臂 一個特殊形狀的杠桿 2插在凸輪軸 3 與氣門擺臂 6 之間。杠桿受偏心軸 1控制。通過偏心軸移動杠桿 2 的位置即可改變氣門升程曲線和開啟持續(xù)角，從而改變發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量和負(fù)荷高低，因而不必用節(jié)氣門控制負(fù)荷。 3. 電磁氣門機(jī)構(gòu) 電磁氣門驅(qū)動（ electromagic valve actuation）是利用電磁鐵產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動氣門。 圖 3–12 電磁式氣門驅(qū)動原理 a）未通電； b）氣門全閉； c）氣門全開 1—氣門； 5—線圈； 3—電磁鐵； 4—街鐵； 6—彈簧； 7—氣門導(dǎo)管 電磁氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要由兩個相同的電磁鐵（共用一個銜鐵）。兩個相同的彈簧和氣門組成（圖 3–12）。發(fā)動機(jī)不工作時，激磁線圈 2 和 5 均不通電，氣門 1 半開半閉；發(fā)動機(jī)啟動時，氣門驅(qū)動裝置初始化，控制系統(tǒng)根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角，判定氣門在這一時刻應(yīng)有的開、關(guān)狀態(tài)，使兩線圈中的一個通電。電磁力克服彈簧力，將氣門 1 關(guān)閉或開啟。氣門處于開啟狀態(tài)時，線圈 5 斷電，線圈 2 通電，使電磁力等于或大于彈簧力，以保持氣門開