【正文】 開關(guān)控制的要求，混合動力汽車還需要裝備高功率密度、低損耗的開關(guān)、電容和電感等。②減小封裝體積和質(zhì)量 。用于混合動力汽車的電機(jī)類型有交流感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)。在研究和開發(fā)混合動力汽車的部件和選擇最佳結(jié)構(gòu)時(shí)，需要設(shè)計(jì)者和制造者能夠很快縮小研究范圍，找到技術(shù)的突破口。經(jīng)過 10 多年的努力，世界各大汽車產(chǎn)業(yè)集團(tuán)已投入 上百億美元的資金開發(fā)電動汽車，目前均已從實(shí)驗(yàn)室開發(fā)試驗(yàn)階段過渡到商品性試生產(chǎn)階段，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)階段。在這種環(huán)境下，融合內(nèi)燃機(jī)汽車和電動汽 車優(yōu)點(diǎn)的混合動力電動汽車 (HEV)異軍突起，在世界范圍內(nèi)成為新型汽車開發(fā)的熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車相比，它能充分發(fā)揮電動機(jī)低速大扭矩的特點(diǎn)，可使原動機(jī)避開在起動、加速和爬坡時(shí)燃料損耗大和廢氣排放多的不利工況，而在最佳的工況 區(qū)域穩(wěn)定運(yùn)行，使得發(fā)動機(jī)的排放和油耗大為降低，推進(jìn)了節(jié)能減排技術(shù)的新革命，同時(shí)還能回收汽車減速和制動時(shí)的能量，進(jìn)一步降低了汽車的能量消耗。因此，電動汽車技術(shù)的長期探索研究主要集中在電池材料與系統(tǒng)控制 2 個方面。進(jìn)行鋰離子電池研發(fā)的汽車企業(yè)主要有富士重工、東芝、 NEC（ Nippon ElectronicCompany，日本電氣株式會社）、 Sanyo 電機(jī)等，它們對鋰離子電池的充電特性（如溫升）和能量、環(huán)境效應(yīng)都做了大量研究。世界各國研究的電動汽車蓄電池技術(shù)，包括鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳鐵蓄電池、鋅空蓄電池、鎳氫蓄電池、燃料電池等的充放電特性和不同材質(zhì)電池的特點(diǎn)，得出了針對電動汽車電池工作電壓、能量密度、溫升等工作特性及性價(jià)比、環(huán)境污染問題的解決方案。尤其是關(guān)于電動汽車動力系統(tǒng)的研究，在近年來取得了很大突破：哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 23 如電動汽車永磁同步電機(jī)功率驅(qū)動單元和保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵動力零部件性能要求和動力傳動系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化等。其中，快充效率高，多則半小時(shí)，短則幾分鐘，便可補(bǔ)足大部分電量，但對動力電池的壽命損耗太大。其中，電池組更換方式不需消費(fèi)者自帶充電電池組，只需購買電動汽車本體和從電動汽車能源公司處租得電池組，有充電需求時(shí)，直接到電動汽車能源公司的服務(wù)區(qū)或標(biāo)準(zhǔn)充電站更換電池組即可。集中快速充電方式是將快速充電機(jī)安裝于充電站、加油站和高速公路服務(wù)區(qū)內(nèi)，供電動車輛及時(shí)充電需要。 充電運(yùn)營管理模式：目前，世界范圍內(nèi)的電動汽車充電運(yùn)營管理模式一般分為 2 類：集中充電管理模式和分散充電管理模 式。電動汽車充電站的主要功能區(qū)包括配電區(qū)、充電區(qū)、監(jiān)控區(qū)、電池更換區(qū)及電池維護(hù)區(qū)等。國務(wù)院辦公廳于 2020 年 2 月公布的 《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃》 指示，建立電動汽車快速充電網(wǎng)絡(luò)，加快停車場等公共場所公用充電設(shè)施建設(shè)。 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 25 針對不同的電動汽車充電模式，充電站的建設(shè)方式和規(guī)模也有所不同，主要是根據(jù)電動汽車同時(shí)來車充電數(shù)量和電池的充電特性來決定。 針對不同的電動汽車運(yùn)營模式，充電站應(yīng)作好相應(yīng)布局?；诋?dāng)前建設(shè)的典型模式，已有學(xué)者對電動汽車充電站通信網(wǎng)絡(luò)的功能和整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析 [15] 。分散充電管理模式以美國紐約“清潔通勤” (Clean Commute)項(xiàng)目為代表，特點(diǎn)是在停車場、家庭或小區(qū)建立分散的充電設(shè)備以確保使用者能夠隨時(shí)隨地充電，并建有統(tǒng)一的維修服務(wù)公司，極大地提高了車輛的利用率、便利了用戶，但該模式也存在維修概率和運(yùn)行成本都很高的 不足。其優(yōu)點(diǎn)是省時(shí)快捷，可依托加油站建設(shè)快充網(wǎng)絡(luò)以減少投資；缺點(diǎn)是大電流快充極易縮短電池壽命，單獨(dú)建設(shè)快充網(wǎng)絡(luò)投資較大。停車場或居家充電方式適用于自帶內(nèi)置充電機(jī)的電動汽車，使用者充電時(shí)只需將充電插線接入停車位充電插座即可。中充介于 2 者之間，沒有定時(shí)界限標(biāo)準(zhǔn) [14]。目前，長安汽車公司已掌握了弱混和中混的核心技術(shù)并注冊了相關(guān)專利。燃料電池的市場化條件尚未成熟，在近期大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的可能性不大 [13]。 GM(General Motors)主持的“ Well ToWheel”課題組 [20]從經(jīng)濟(jì)性角度對車用氫源燃料的選擇進(jìn)行了包括 75 種燃料路徑及 15 種動力系統(tǒng)的全生命周期研究 ，被認(rèn)為是用 LCA (Life CycleAssessment)方法進(jìn)行燃料評估的一個典范。電動汽車動力電池的續(xù)航里程較以往已有了很大提升，主要難在 “低成本”、“高容量”、“高安全” 3 個要求上。 HEV 也不需要另外建立燃料的儲存、運(yùn)輸、添加等裝置，可充分利用現(xiàn)成的加油站。 混合動力汽車對環(huán)境的污染的治理與空氣凈化起到了良好的作用，混合動力汽車既延續(xù)了以往汽車的動力性，又與時(shí)代相結(jié)合，發(fā)展了新技術(shù)，減少了污染物的排放。但是，由于現(xiàn)階段作為純電動汽車和燃料電池汽車的關(guān)鍵部件之一的電池存在能量密度低、壽命較短、價(jià)格較高等問題，使得電動汽車的性價(jià)比無法與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車相抗衡。計(jì)算機(jī)模型為每個候選子系統(tǒng)提供了詳細(xì)規(guī)格和設(shè)計(jì)參數(shù)，從而提高了設(shè)計(jì)者的工作效率，而且還有助于為設(shè)計(jì)和制造樣車制定工程目標(biāo)和計(jì)劃 。同時(shí)對電機(jī)的控制方法哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 21 和冷卻系統(tǒng)的研究也應(yīng)繼續(xù)深入。 4)加快電力驅(qū)動系統(tǒng)研究。在混合動力汽車進(jìn)入實(shí)用化的過程中，一個關(guān)鍵性的部件是汽車集成電力電子模塊。同時(shí)，電池還要 有較高的比能量、較長的使用壽命和低廉的制造成本 。 2)能量存儲裝置 (電池 )要具有較高的比功率，以滿足汽車加速和爬坡時(shí)對大功率的需要。它充分發(fā)揮了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，能夠使發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)等部件進(jìn)行更多的優(yōu)化匹配，從而在結(jié)構(gòu)上保證了在更復(fù)雜的工況下仍能使系統(tǒng)在最優(yōu)狀態(tài)下工作，所以更容易達(dá)到控制排放和油 耗的目的，因此是最具影響力的 HEV。發(fā)動機(jī)發(fā)出的一部分功率通過機(jī)械傳動輸送給驅(qū)動橋，而另一部分則驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。由于發(fā)動機(jī)的機(jī)械能可直接輸出到汽車驅(qū)動橋，中間沒有能量的轉(zhuǎn)換，所以系統(tǒng)效率較高，燃油消耗也較少。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)適用于市內(nèi)常見的頻繁起步、加速和低速運(yùn)行工況，可以使原動機(jī)在最佳工況點(diǎn)附近穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，雖然串聯(lián)式結(jié)構(gòu)使整個驅(qū)動系統(tǒng)排放較低，但是燃油經(jīng)濟(jì)性還有待提高，這主要是因?yàn)樵陔娔芘c機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過程中存在效率 損失?；旌蟿恿﹄妱悠噷⒃瓌訖C(jī)、電動機(jī)、能量儲存裝置 (蓄電池 )組合在一起，以實(shí)現(xiàn)它們之間的良好匹配和優(yōu)化控制，這樣可充分發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)汽車和電動汽車的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的不足，達(dá)到低排放和低油耗的目的。當(dāng) 02濃度較高時(shí) (即貧油燃燒 a1)， 46反應(yīng)不能充分進(jìn)行。在汽油機(jī)化學(xué)當(dāng)量燃燒 (即 a=l)時(shí)， CO 約為%%， H2約為 %%， O:約為 %%， NOx約為 %， HC 約為%， CO2約為 12%， H2O約為 13%， SO2:約為 %。 汽車中三元催化轉(zhuǎn)化的凈化作用：三元催化轉(zhuǎn)化器是一種發(fā)動機(jī)在理論空燃比附近運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以同時(shí)凈化處理尾氣中的 CO、 HC、和 NOx的裝置，即在加速 CO、 HC氧化反應(yīng)的同時(shí)也能加速 NOx的還原反應(yīng) (圖 38 所示 )，該裝置對空燃比有一定的要求，因此需要發(fā)動機(jī)應(yīng)具有電子控制燃油噴射系統(tǒng)或能夠自動調(diào)節(jié)空燃比的其他系統(tǒng)。最近，國外有采用一種新型襯墊，即云母膨脹墊片。 3）襯墊 : 襯墊是將殼體和陶瓷按一種特殊的方式連接在一起，以保證載體的使用安全，并在催化轉(zhuǎn)化器的整個使用周期內(nèi)保持 可靠的絕熱性能。過熱老化是指由于使溫度過高，造成三元催化轉(zhuǎn)化器表面燒結(jié)而導(dǎo)致催化轉(zhuǎn)化器活性表面的損失，因此使用溫度不宜超過 900 度。 Pt 主要催化 HC 和 CO的氧化反應(yīng)， Rh 催化 NOx的還原反應(yīng)，它們的比例為 5:l。載體的大小由發(fā)動機(jī)的排量來確定，蜂窩狀的陶瓷載體比較脆，易損壞，國外汽車廠家正嘗試用金屬材料作載體，這 樣一來可以提高其機(jī)械強(qiáng)度，但金屬載體質(zhì)量大，價(jià)格較貴，目前應(yīng)用仍不廣泛。 圖 36 三元催化轉(zhuǎn)化器示意圖 1）載體 :載體是由承載催化助劑和催化劑的一種支撐體，又稱擔(dān)體，汽車尾氣就是通過與 附著在這種擔(dān)體表面上的活性催化劑相互作用而加速尾氣中污染物的氧化和還原反應(yīng)，從而起到凈化作用。對于 HCCI 燃燒速率的控制策略，由于 HCCI 燃燒反應(yīng)較快，因此一般采用較大的空燃比或較高的 EGR 率來減緩燃燒速率，以防爆燃的發(fā)生，但哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 14 同時(shí)使得發(fā)動機(jī)缸內(nèi)的平均指示壓力難以達(dá)到較高的水平，這就使 HCCI 發(fā)動機(jī)容易受到失火、爆燃、功率等的限制，可操作范圍不寬。 HCCI發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于對 HCCI 燃燒速率和著火時(shí)刻的控制。如 1998 年 Magns 做的異辛烷（代替汽油）、乙醇和天然氣三種燃料在自然吸氣、進(jìn)氣增壓下的 50%燃燒模式的研究表明， HCCI 燃燒的指示效率可以超過 50%， NOx 在所研究的條件下均達(dá)到了較低的水平（降低 9098%），甚至低于進(jìn)氣道噴射汽油機(jī)三元催化器轉(zhuǎn)化后的水平。 HCCI 發(fā)動機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn) HCCI 燃燒方式有較高的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。HCCI 發(fā)動機(jī)利用的是均質(zhì)混合氣，但它不同于常規(guī)汽油機(jī)的單點(diǎn)點(diǎn)火方式。 發(fā)動機(jī)超稀薄空燃比的利用和工作方式的改變有不少優(yōu)點(diǎn)，如絕熱指數(shù)增加和傳熱損失較少，取消節(jié)流降低了泵吸損失，燃油蒸發(fā)引起缸內(nèi)溫度降 低，提高了汽油機(jī)可工作的壓縮比，燃油在進(jìn)氣沖程中對進(jìn)氣的冷卻提高了充氣效率，使得它的燃油經(jīng)濟(jì)性一般可以提高 25%左右，動力輸出也比進(jìn)氣道噴射的汽油機(jī)增加了將近10%。它利用缸內(nèi)渦流實(shí)現(xiàn)稀燃，進(jìn)氣道由一個單邊螺旋氣道和一個具有渦流控制閥（ SCV）的直氣道組成。噴油器布置在進(jìn)氣道一 側(cè)，火花塞布置在中間，活塞頂面形狀與噴油時(shí)刻配合，可以形成兩種不同的稀燃模式。與缸外進(jìn)氣道噴射稀燃汽油機(jī)相比，缸內(nèi)噴射稀燃汽油機(jī)具有泵氣損失小、傳熱損失小、充氣效率高、抗爆性好及動態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)。滾流的生命周期短，點(diǎn)火后將很快在燃燒過程中消失。在進(jìn)氣行程下止點(diǎn)附近滾流達(dá)到最強(qiáng)，此為滾流發(fā)展期。當(dāng)進(jìn)氣門升程較小時(shí)，進(jìn)氣流在缸內(nèi)的流動紊亂，有規(guī)律的流動不明顯。稀燃極限與噴油定時(shí)關(guān)系很大，只有在進(jìn)氣行程的某一區(qū)間內(nèi)結(jié)束噴油，才能得到理想的混合氣分層。這樣形成的渦流在壓縮后期雖然隨著活塞的上行逐漸衰減，但渦流的分層效果仍可大體一直保持到壓縮上止點(diǎn)，有利于點(diǎn)火燃燒。 渦流分層稀燃系統(tǒng)這種燃燒方式一般是通過對進(jìn)氣系統(tǒng)的合理配置，使缸內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流運(yùn)動。這就要求混合氣在氣缸內(nèi)非均質(zhì)分布。 汽油機(jī)稀薄燃燒包括進(jìn)氣道噴射稀燃系統(tǒng)（ PFI）、直接噴射稀燃系統(tǒng)（ GDI）和均質(zhì)混合氣壓燃系統(tǒng)（ HCCI）。 盡管提高廢氣再循環(huán)率對減少氮氧化物（ NOx）的排放有積極的影響，但同時(shí)這也會對顆粒物和其他污染成份的減少產(chǎn)生消極的影響。和 EGR 閥提升傳感器等組成（如圖 4所示）。 EGR 閥位置傳感器與節(jié)氣門位置傳感器類似。在 EGR 閥的上方安裝有 EGR 閥位置傳感器， EGR 真空控制閥、 EGR 電磁閥通過控制 EGR 閥的開度控制廢氣再循環(huán)量。這些氣體與混合氣混合使可燃成份下降，減少了發(fā)動機(jī)燃燒時(shí)的溫度，從而減少了 NOX 的生成量。 圖 31 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)示意圖 廢氣再循環(huán)裝置主 要用于減少 NOx 的生成量、減少廢氣污染。再循環(huán)廢氣由于具有惰性將會延緩燃燒過程，這就是氮氧化合物會減少的主要原因。 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 7 3 現(xiàn)代汽車污染控制技術(shù) 汽車尾氣的控制有機(jī)內(nèi)控制與機(jī)外凈化兩種形式。 其毒性比無機(jī)鉛化合物約大百倍，并且隨行車和風(fēng)力擴(kuò)散。直徑小于 10μm的顆粒，在空氣中可較長時(shí)間飄游，稱為飄塵。NO2的毒性高于 NO， NO2氣體呈紅棕色，有特殊刺激臭味。人體內(nèi)吸入較多的未燃烴，會破壞造成血機(jī)能，造成貧血，神經(jīng)衰弱，并會降低肺的抵抗力 。 CO 中毒的早期癥狀是流淚、咳嗽、頭暈、惡心、嘔吐、胸痛、呼吸困難， 嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生虛脫 。 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)論文 5 2 汽車尾氣污染物生成機(jī)理及對人類的危害 一氧化碳 CO 是汽油燃燒不完全的產(chǎn)物，其數(shù)量占尾氣成分的首位。歐Ⅳ與歐Ⅱ相比，歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)中最大的變化在于車輛出廠前必須裝配核心組件 OBD，即車載自診斷系統(tǒng)，在全國市場提供質(zhì)量穩(wěn)定的燃油產(chǎn)品是實(shí)施更高排放標(biāo)準(zhǔn)的先決條件，加裝 OBD 自動診斷系統(tǒng)才是當(dāng)務(wù)之急。新油品標(biāo)準(zhǔn)的制定體現(xiàn)了車廠和油廠的利益之爭。目前能夠達(dá)到歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機(jī)，只是排放方面相比歐Ⅱ有所改進(jìn)。為保證車輛使用過程中穩(wěn)定達(dá)到排放限值要求，根據(jù)中國車用燃料的特點(diǎn)，規(guī)定了適合國情的燃油規(guī)格，保證車輛排放控制性能的耐久性，增加了對車載診斷系統(tǒng) (簡稱 OBD)和在用車符合性的要求，這個 OBD 系統(tǒng)的實(shí)行體現(xiàn)出了很大的中國特色。目前在我國新車常用的歐Ⅰ和歐Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)等術(shù)語，是指當(dāng)年 EEC 頒發(fā)的排放指令。按照輕型汽車Ⅲ號標(biāo)準(zhǔn)，家庭轎車和輕型汽車的一氧化碳排放量將在原有基礎(chǔ)上減少 30％，碳?xì)浜偷趸衔飫t分別減少 40％。 與國外先進(jìn)國家相比，我國汽車尾氣排放法規(guī)起步較晚、水平較低，根據(jù)我國的實(shí)際情況，從八十年代初期開始采取了先易后難分階段實(shí)施的具體方案，其具體實(shí)施至今主要分為四個階段，也就是我們常說的國 I、國 II、國 III、國 IV 表 11 歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)與我國排放標(biāo)準(zhǔn)的對比 發(fā)展歷程 排放標(biāo)準(zhǔn) 中國實(shí)施日期 歐洲實(shí)施 時(shí)間 相差年份 國一（歐 I） 1992 9 國二（歐 II） 1996