29907 汽车节能技术与原理 汽车维修学习课件第1章　概　　述

10CQ1,主编,第1章概述第2章发动机的节能原理与技术,第1章概述,1.1汽车节能的重要意义1.2国内外汽车节能概况1.3汽车节油效果的评价指标1.4影响汽车实际油耗的因素,1.1汽车节能的重要意义,1.2国内外汽车节能概况,表1-1美国汽车油耗标准,1.2国内外汽车节能概况,表1-2日本汽车燃料经济性改善目标(单位：L/100km),1.3汽车节油效果的评价指标,1.4影响汽车实际油耗的因素,1.使用条件2.驾驶员驾驶习惯3.车辆保养4.燃油差异5.车辆本身的差异6.车辆磨合,1.使用条件,2.驾驶员驾驶习惯,3.车辆保养,4.燃油差异,5.车辆本身的差异,6.车辆磨合,第2章发动机的节能原理与技术,2.1发动机的工作性能及评价指标2.2发动机的节能原理与途径2.3发动机节能技术2.4发动机的节能装置,2.1发动机的工作性能及评价指标,2.1.1发动机的工作性能2.1.2发动机的性能指标2.1.3发动机特性,2.1.1发动机的工作性能,2.1.2发动机的性能指标,1.指示性能指标2.有效性能指标3.运转性能指标,1.指示性能指标,2.有效性能指标,(1)有效功率发动机通过飞轮对外输出的功率，称为发动机的有效功率，用Pe表示，单位为千瓦(kW)。(2)有效转矩发动机通过飞轮对外输出的转矩称为发动机的有效转矩，以Te表示，单位为牛顿米(Nm)。(3)燃油消耗率发动机每发出1kW的有效功率，在1h内所消耗的燃油的质量(g)，称为燃油消耗率(g/kWh)，用ge表示。,(1)有效功率发动机通过飞轮对外输出的功率，称为发动机的有效功率，用Pe表示，单位为千瓦(kW)。,(2)有效转矩发动机通过飞轮对外输出的转矩称为发动机的有效转矩，以Te表示，单位为牛顿米(Nm)。,(3)燃油消耗率发动机每发出1kW的有效功率，在1h内所消耗的燃油的质量(g)，称为燃油消耗率(g/kWh)，用ge表示。,3.运转性能指标,(1)排气品质发动机的排气中含有对人体有害的物质，它们已经对大气造成污染，形成公害，因此各国对此都采取了相应的措施，制订了严格的控制法规。(2)噪声汽车噪声是城市的主要噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪声源，所以我们必须严格控制发动机噪声。(3)起动性能发动机起动性能的好坏除与发动机的结构有关外，还与发动机工作过程相联系，它直接影响汽车的机动性能、操作者的安全和劳动强度。,(1)排气品质发动机的排气中含有对人体有害的物质，它们已经对大气造成污染，形成公害，因此各国对此都采取了相应的措施，制订了严格的控制法规。,表2-1美国联邦汽车排放法规(FTP),(2)噪声汽车噪声是城市的主要噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪声源，所以我们必须严格控制发动机噪声。,(3)起动性能发动机起动性能的好坏除与发动机的结构有关外，还与发动机工作过程相联系，它直接影响汽车的机动性能、操作者的安全和劳动强度。,2.1.3发动机特性,1.发动机的速度特性2.发动机的负荷特性3.发动机的万有特性,1.发动机的速度特性,(1)汽油机的速度特性测定汽油机速度特性曲线时，除了保持节气门开度不变以外，各工况均需调整到最佳点火提前角，而过量空气系数则要按理想值来制备。(2)柴油机的速度特性测定柴油机速度特性时，除保持油量调节拉杆位置不变外，各工况均须调整到各自的最佳供油提前角。,1.发动机的速度特性,图2-1汽油机不同节气门开度(全、中、小负荷)时的速度特性曲线,(1)汽油机的速度特性测定汽油机速度特性曲线时，除了保持节气门开度不变以外，各工况均需调整到最佳点火提前角，而过量空气系数则要按理想值来制备。,(2)柴油机的速度特性测定柴油机速度特性时，除保持油量调节拉杆位置不变外，各工况均须调整到各自的最佳供油提前角。,图2-2柴油机在全、中、小三种油量调节拉杆位置(负荷)时的速度特性曲线,2.发动机的负荷特性,图2-36135Q柴油机负荷特性曲线,2.发动机的负荷特性,图2-4汽油机的一条负荷特性曲线,3.发动机的万有特性,(1)汽油机的万有特性(2)柴油机的万有特图2-6所示，与汽油机相比，柴油机万有特性具有以下特点：最低耗油率低，经济区域较宽；等耗油率曲线在高、低速均不收敛，变化比较平坦。,(1)汽油机的万有特性,图2-5汽油机万有特性曲线,(1)汽油机的万有特性,图2-66105QD柴油机万有特性曲线,(2)柴油机的万有特图2-6所示，与汽油机相比，柴油机万有特性具有以下特点：最低耗油率低，经济区域较宽；等耗油率曲线在高、低速均不收敛，变化比较平坦。,2.2发动机的节能原理与途径,2.2.1提高充气效率2.2.2提高发动机的机械效率2.2.3可燃混合气含量与发动机工况的合理匹配2.2.4提高循环热效率2.2.5提高发动机的压缩比,2.2.1提高充气效率,1.减小进气系统的流动损失2.减少对新鲜充气量的加热3.减少排气系统的阻力4.合理地选择配气相位,1.减小进气系统的流动损失,(1)减小进气门座处的流动损失(2)减小整个进气管道的流动阻力为了提高充气效率v，还应减小进气管、进气道、中冷器(增压发动机)、空气滤清器的阻力。,(1)减小进气门座处的流动损失,1)增大进气门直径，选择合适的排气门直径。,图2-7充气效率与平均进气马赫数M的关系a)发动机DS=83mm86mm、4缸、/n=70kW/(6400r/min)b)发动机DS=42mm35mm、1缸、/n=4.4kW/(10500r/min)注：、为不同的进气门开启角度下，测得的M曲线；、为不同的进气门直径情况下测得的M曲线,(1)减小进气门座处的流动损失,2)增加气门的数目，采用小气门。,图2-8气门数对发动机平均有效压力的影响,(1)减小进气门座处的流动损失,表2-2轿车汽油机用多气门与两气门机型驱动力性能对比情况,(1)减小进气门座处的流动损失,3)改善进气门处流体动力学性能，减小气门处流动损失。4)采取较小的S/D值(短行程)。,图2-9S/D对的影响,(2)减小整个进气管道的流动阻力为了提高充气效率v，还应减小进气管、进气道、中冷器(增压发动机)、空气滤清器的阻力。,1)进气道。2)进气管。3)空气滤清器。,2.减少对新鲜充气量的加热,3.减少排气系统的阻力,4.合理地选择配气相位,(1)进气门迟闭角进气门迟闭角是利用气流的惯性来增加每一循环气缸的充气量。(2)进、排气门重叠角的影响高速非增压柴油机进、排气门重叠角一般在2060。(3)排气提前角合理的排气提前角，应当在保证排气损失最小的前提下，尽量晚开排气门，以加大膨胀比，提高热效率。(4)配气相位的选择,4.合理地选择配气相位,图2-10进气门迟闭角对和的影响,(1)进气门迟闭角进气门迟闭角是利用气流的惯性来增加每一循环气缸的充气量。,(2)进、排气门重叠角的影响高速非增压柴油机进、排气门重叠角一般在2060。,(3)排气提前角合理的排气提前角，应当在保证排气损失最小的前提下，尽量晚开排气门，以加大膨胀比，提高热效率。,(4)配气相位的选择,1)充气效率高，以保证发动机的动力性能。2)必要的燃烧室扫气，以保证降低高温零件的热负荷，使发动机运行可靠。3)合适的排气温度。4)较小的换气损失，以保证发动机的经济性。,2.2.2提高发动机的机械效率,1.机械损失的组成2.影响机械效率的主要因素3.减小机械摩擦损失的途径,1.机械损失的组成,(1)机械摩擦损失指主机运动件的机械摩擦、搅油及空气动力损失。(2)辅助装置(附件)驱动功率消耗主要指发动机运转时必不可少的辅助机构，如水泵(风冷机则为风扇)、机油泵、高压喷油泵、调速器、点火装置等所需的驱动功率，对二冲程和机械增压式内燃机，还有扫气泵和机械增压器的驱动功率。(3)泵气损失指进、排气两个冲程中，由于工质流动时节流和摩擦等因素造成的能量损失。,(1)机械摩擦损失指主机运动件的机械摩擦、搅油及空气动力损失。,1)活塞组件的摩擦。2)轴承摩擦。3)配气机构摩擦。4)其他损失。,(2)辅助装置(附件)驱动功率消耗主要指发动机运转时必不可少的辅助机构，如水泵(风冷机则为风扇)、机油泵、高压喷油泵、调速器、点火装置等所需的驱动功率，对二冲程和机械增压式内燃机，还有扫气泵和机械增压器的驱动功率。,(3)泵气损失指进、排气两个冲程中，由于工质流动时节流和摩擦等因素造成的能量损失。,2.影响机械效率的主要因素,(1)转速(活塞平均速度)的影响所有机型的机械效率m都随转速n或活塞平均速度vpm的上升而下降。(2)负荷的影响根据机械效率的定义m1，必然是负荷Pe愈小，m愈低，见图2-12。(3)润滑条件的影响机件相对运动的摩擦损失占机械损失的大部分，因此，改善机械相对运动面上的润滑条件对m值影响很大。,(1)转速(活塞平均速度)的影响所有机型的机械效率m都随转速n或活塞平均速度vpm的上升而下降。,1)各摩擦副相对速度增加，摩擦阻力加大。2)曲柄、连杆、活塞等运动件的惯性力加大，活塞侧压力及轴承负荷上升，摩擦阻力加大。3)泵气损失增大。4)辅助装置的摩擦阻力和所需功率增加。,(2)负荷的影响根据机械效率的定义m1，必然是负荷Pe愈小，m愈低，见图2-12。,图2-11发动机转速对机械效率的影响,(2)负荷的影响根据机械效率的定义m1，必然是负荷Pe愈小，m愈低，见图2-12。,图2-12发动机机械效率随负荷的变化曲线,(3)润滑条件的影响机件相对运动的摩擦损失占机械损失的大部分，因此，改善机械相对运动面上的润滑条件对m值影响很大。,3.减小机械摩擦损失的途径,1)降低活塞、活塞环、连杆等往复运动机件的摩擦和质量。2)降低滑动部件的滑动速度及高面压比，如减小曲轴轴径尺寸，缩短轴承宽度等。3)减少润滑油的搅拌阻力。4)润滑油的改良低粘度化等。5)合理选择摩擦零件的材料，优化材料配对，提高摩擦表面加工精度。,1)降低活塞、活塞环、连杆等往复运动机件的摩擦和质量。,2)降低滑动部件的滑动速度及高面压比，如减小曲轴轴径尺寸，缩短轴承宽度等。,3)减少润滑油的搅拌阻力。,4)润滑油的改良低粘度化等。,5)合理选择摩擦零件的材料，优化材料配对，提高摩擦表面加工精度。,2.2.3可燃混合气含量与发动机工况的合理匹配,1.可燃混合气成分及对发动机性能的影响2.发动机各种工况对可燃混合气含量的要求3.燃油供给装置对混合气含量的校正,1.可燃混合气成分及对发动机性能的影响,图2-13可燃混合气成分对发动机性能的影响(发动机转速不变，节气门全开)燃油消耗率功率,1.可燃混合气成分及对发动机性能的影响,图2-14发动机转速一定时，发动机负荷对可燃混合气含量的要求1相应于最大功率的值2相应于最小燃油消耗率的值3理想化油器特性,2.发动机各种工况对可燃混合气含量的要求,(1)冷起动工况冷起动工况时，发动机的转速极低，空气在化油器空气管中的流速也非常低，不能使汽油得到良好的雾化，大部分汽油呈较大的油粒状态，附着在进气管壁上，不能随气流进入气缸，从而使气缸内可燃混合气过稀，以至无法燃烧，因此要求化油器供给极浓的混合气，0.20.6。(2)暖机工况冷机起动后，发动机各气缸开始依次点火而自动继续运转，发动机温度逐渐上升(暖机)，直到接近正常值，发动机能稳定地进行怠速运转为止。,2.发动机各种工况对可燃混合气含量的要求,(3)怠速和小负荷工况怠速一般是指发动机在对外无功率输出的情况下以最低稳定转速运转，此时混合气燃烧后所做的功，只是用以克服发动机内部的阻力，使发动机保持最低转速稳定运转。(4)中等负荷工况车用发动机在大部分时间内处于中等负荷状态。(5)大负荷和全负荷工况当汽车需要克服较大的阻力(例如上坡或在艰难的道路上行驶时)要求发动机能发出尽可能大的功率时，驾驶员往往将加速踏板踩到底，使节气门全开，发动机在全负荷下工作。(6)加速工况发动机的加速是指负荷突然迅速增加的过程。,(1)冷起动工况冷起动工况时，发动机的转速极低，空气在化油器空气管中的流速也非常低，不能使汽油得到良好的雾化，大部分汽油呈较大的油粒状态，附着在进气管壁上，不能随气流进入气缸，从而使气缸内可燃混合气过稀，以至无法燃烧，因此要求化油器供给极浓的混合气，0.20.6。,(2)暖机工况冷机起动后，发动机各气缸开始依次点火而自动继续运转，发动机温度逐渐上升(暖机)，直到接近正常值，发动机能稳定地进行怠速运转为止。,(3)怠速和小负荷工况怠速一般是指发动机在对外无功率输出的情况下以最低稳定转速运转，此时混合气燃烧后所做的功，只是用以克服发动机内部的阻力，使发动机保持最低转速稳定运转。,(4)中等负荷工况车用发动机在大部分时间内处于中等负荷状态。,(5)大负荷和全负荷工况当汽车需要克服较大的阻力(例如上坡或在艰难的道路上行驶时)要求发动机能发出尽可能大的功率时，驾驶员往往将加速踏板踩到底，使节气门全开，发动机在全负荷下工作。,(6)加速工况发动机的加速是指负荷突然迅速增加的过程。,3.燃油供给装置对混合气含量的校正,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。(2)柴油机对可燃混合气含量的校正柴油机可燃混合气是在气缸内形成的。,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,1)发动机起动后运行过程中燃油喷射时间的控制。与发动机温度相关的燃油修正系数,图2-15起动后燃油增量系数的初始值和衰减系数a)初始值b)衰减系数,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,图2-16暖机燃油增量修正系数,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,图2-17高温时燃油增量修正系数,加、减速时的燃油修正系数CAD。,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,在汽车进行加、减速等过渡工况时，仅仅使用燃油基本喷射量，则混合气的空燃比相对于目标值会产生一定偏差。一般情况下，加速时混合气变稀，减速时混合气变浓。因此，当汽车进行加、减速时，应分别进行燃油增、减量的修正。否则，发动机会产生“喘振”、排气中有害成分增加、车辆产生前后方向振动等现象。,图2-18负荷变化量修正系数(加速时),(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,图2-19冷却液温度变化修正系数(加速时),(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,图2-20急加速时燃油的异步喷射量,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,图2-21负荷变化量修正系数(减速时),(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,图2-22冷却液温度变化修正系数(减速时),理论空燃比的反馈修正。,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,为了满足排放法规的要求，许多汽车上都装有三元催化转化器。三元催化转化器要求可燃混合气含量必须在理论空燃比附近，这样才能使CO、HC的氧化作用与NOx的还原作用同时进行，从而使排气中的有害成分转化为CO2、H2O、O2、N2等无害成分。为了有效地利用三元催化转化器，充分净化排气，就要提高空燃比的配制精度，使其尽可能地维持在理论空燃比为中心的狭窄的范围内。这就要求必须十分精确地控制,图2-23氧传感器反馈控制示意图,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,图2-24空燃比反馈修正控制过程a)发动机空燃比b)氧传感器电压信号c)ECU判定d)反馈修正系数,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,空燃比学习控制修正。空燃比学习控制简称为学习控制。即微机学习(检知)了一定时间的反馈修正量后，及时在发动机工作过程中进行转换，以此修正量对基本喷射时间进行修正。学习控制的功能是为了进一步提高空燃比的控制精度。,图2-25空燃比学习控制的原理框图,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,图2-26转矩、排气温度与空燃比的关系,大负荷、高转速运转时燃油增量的修正。,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,一般发动机在部分负荷下工作时，空燃比的调整是在考虑保持一定排放性能的前提下，尽量提供经济混合气成分，以得到最低油耗。相对于部分负荷，当汽车在节气门全开情况下大负荷行驶时，要求发动机输出更大的转矩。大负荷行驶时，根据转矩随空燃比的变化规律，应将空燃比设定在与转矩峰值相对应的12.5附近，如图2-26所示。节气门位置传感器可把全负荷信号输入ECU。实现大负荷控制时为开环控制，氧传感器的反馈控制停止起作用。,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,无效喷射时间。当ECU输出信号驱动喷油器工作时，喷油器动作的滞后期中，开阀时间T0比关阀时间Tc长。我们把T0-Tc的时间，即喷油器不喷射的时间称为无效喷射时间。在实际工作中，开阀时间受蓄电池电压的影响较大，而关阀时间受蓄电池电压的影响较小。当蓄电池电压降低时，无效喷射时间增长；当蓄电池电压升高时，无效喷射时间变短。,图2-27无效喷射时间特性,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,2)发动机起动时的燃油喷射时间的计算。通过冷起动喷油器获得喷油增量。该控制回路主要由冷起动喷油器与温度时间开关组成，如所示。该装置的冷起动喷油器可在起动很短时间内，向进气总管喷入所需的附加燃油。,图2-28起动时喷射时间特性,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,图2-29冷起动喷油器控制回路1冷起动喷油器2起动开关3热金属丝4双金属片5热金属丝6温度时间开关,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,图2-30发动机冷起动喷油器的工作特性,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,图2-31有微机控制的冷起动喷油器回路,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,图2-32有微机控制的冷起动喷油器工作特性A温度时间开关控制范围BECU控制范围,(1)电喷汽油机对可燃混合气含量的校正对电喷发动机，当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜空气被吸入发动机气缸内。,微机直接控制喷油器获得喷油增量。在部分汽油喷射发动机上，并未安装冷起动喷油器，而是通过直接控制喷油器的喷油时间来实现起动时的燃油增量。这样会使结构简化，但同时，在起动工况时，必须对喷油持续时间进行精确修正，同时为了在进气管道与气缸内形成一种均匀的可燃混合气，要尽可能地避免燃油对火花塞的润湿，要求喷油器在发动机每转一转进行多次喷射(异步喷射)，无疑这样必然增加了控制系统的复杂性。,(2)柴油机对可燃混合气含量的校正柴油机可燃混合气是在气缸内形成的。,1)两速调速器。,图2-33RAD型两速调速器a)结构图b)结构原理图1滑套2丁字块3凸轮轴4滚轮5飞锤6调速弹簧7油量调节齿杆8起动弹簧9连杆10支撑杆销轴11支撑杆12导动杆13弹簧摇臂14上拨杆15下拨杆16控制杆17怠速顶杆18拨叉19校正弹簧20校正顶杆21怠速弹簧22齿杆行程调整螺栓,(2)柴油机对可燃混合气含量的校正柴油机可燃混合气是在气缸内形成的。,图2-34起动工况,起动加浓。,(2)柴油机对可燃混合气含量的校正柴油机可燃混合气是在气缸内形成的。,发动机静止时，飞锤在起动弹簧的作用下向内收缩至极限位置。受调速弹簧的拉动及齿杆行程调整螺栓的限制，支撑杆的位置保持不动。起动前，将控制杆16推至全负荷供油位置(图2-34)。此时，拨叉绕D点逆时针方向转动，带动上、下拨杆绕B点作逆时针方向转动，上拨杆的上端通过连杆推动供油调节齿杆向供油量增加的方向移动。同时，起动弹簧也对上拨杆作用一个向左的拉力，使其绕C点作逆时针方向偏转，带动B点和A点进一步向左移动，结果滑套推动滚轮并带动飞锤转动直至飞锤处于向心极限位置为止，从而保证供油调节齿杆进入起动最大供油量位置，即起动加浓位置。此时的供油量约为全负荷额定供油量的150左右。,(2)柴油机对可燃混合气含量的校正柴油机可燃混合气是在气缸内形成的。,稳定怠速。发动机起动后，将控制杆拉到怠速位置(图2-35)，发动机便进入怠速工况。此时，作用在丁字块上有三个力：飞锤的离心力、怠速弹簧的作用力及,图2-35怠速工况,(2)柴油机对可燃混合气含量的校正柴油机可燃混合气是在气缸内形成的。,中等转速。中等转速是指发动机转速在怠速和额定转速之间，供油调节齿杆处于部分负荷供油位置。此时，由于发动机转速较高，飞锤离心力增加，丁字块推动怠速顶杆克服怠速弹簧和起动弹簧张力而移动，直到怠速顶杆与校正顶杆接触为止，并停留在该位置(图2-36)。柴油机在中等转速运转时，飞锤的离心力不足以克服调速弹簧拉力的作用，飞锤、滑套及丁字块将保持在该位置不动，即发动机在中等转速范围内工作时，调速器不起调节供油量的作用。而此时根据负荷的变化需改变供油量时，驾驶员可改变控制杆的位置，通过拨叉让下拨杆及连杆带动油量调节齿杆向供油量减少或增加的方向移动，以改变供油量。,(2)柴油机对可燃混合气含量的校正柴油机可燃混合气是在气缸内形成的。,限制超速。当发动机转速超过额定转速时，飞锤离心力就能克服调速弹簧的拉力，丁字块推动支撑杆并带动导动杆绕其上支点向右偏转，同时也使B点右移。由于控制杆的位置不变，所以C点的位置也不动。这样上下拨杆就绕C点向右偏摆，通过连杆拉动油量调节齿杆向减油方向移动，从而限制发动机转速不超过额定的工作转速。,图2-36中等转速工况,(2)柴油机对可燃混合气含量的校正柴油机可燃混合气是在气缸内形成的。,图2-37校正工况,校正工况。RAD型调速器装有转矩校正装置。,(2)柴油机对可燃混合气含量的校正柴油机可燃混合气是在气缸内形成的。,它由校正弹簧和校正顶杆组成，装在怠速装置的后方。转矩校正装置的功用是校正喷油泵供油量随转速变化的特性，也就是校正柴油机转矩随转速变化的特性。2)全速调速器。,图2-38全速调速器结构示意图1油量控制滑套2起动杠杆3起动簧片4调速滑套5离心飞块6离心飞块罩7控制杆8操纵轴9调速弹簧10张紧杠杆11怠速弹簧12最大供油量调节螺钉13预调杠杆14电磁阀15回位弹簧16压缩室,(2)柴油机对可燃混合气含量的校正柴油机可燃混合气是在气缸内形成的。,起动加浓。起动前，将控制杆推至全负荷供油量位置(图2-38)。在调速弹簧的作用下，张紧杠杆绕销轴逆时针转动，通过起动簧片和起动杠杆使油量控制滑套向右移动至极限位置，即起动加浓位置。同时，由于发动机处于静止状态，起动簧片推动起动杠杆进而推动调速滑套向左移动至极限位置，使离心飞块处于向心极限位置。稳定怠速。发动机起动后，将控制杆扳到怠速位置，即操纵轴下端的偏心销位于右侧,图2-39稳定怠速工况,(2)柴油机对可燃混合气含量的校正柴油机可燃混合气是在气缸内形成的。,中间转速和最高转速的调节。当把控制杆由怠速位置向最大供油量方向推至某一位置时，操纵轴下端的偏心销由右向左摆动至某一相应位置，如图。此时，发动机转速已,图2-40中间转速的调节,(2)柴油机对可燃混合气含量的校正柴油机可燃混合气是在气缸内形成的。,图2-41限制最高转速,2.2.4提高循环热效率,(1)理论循环最简化而又最能突出发动机工作过程本质特征的物理模型，就是将工质理想化、把循环过程也理想化的模型。(2)循环参数及热效率、平均压力的表达式图2-43是自然吸气发动机三种理论循环的p-V示功图和T-S示热图。(3)循环参数对循环热效率的影响(4)真实工质的真实循环从理想循环到真实工质的真实循环，循环热效率t值又要进一步下降。,2.2.4提高循环热效率,图2-42发动机动力循环的p-V图和T-S图a)p-V图b)T-S图,(1)理论循环最简化而又最能突出发动机工作过程本质特征的物理模型，就是将工质理想化、把循环过程也理想化的模型。,1)实际动力过程简化为封闭热力循环，燃烧放热看做外界向系统加热；而膨胀之后，当做系统向外界放热，并回到压缩始点。2)上述循环由特殊热力过程所组成：压缩及膨胀为绝热等熵过程；加热及放热过程按等容、等压组合的不同模式进行简化，常规放热过程一般都当做等容放热来处理。3)换气过程简化为气门在上、下止点瞬间开和关，无节流损失，缸内压力不变的流入、流出过程。,1)实际动力过程简化为封闭热力循环，燃烧放热看做外界向系统加热；而膨胀之后，当做系统向外界放热，并回到压缩始点。,2)上述循环由特殊热力过程所组成：压缩及膨胀为绝热等熵过程；加热及放热过程按等容、等压组合的不同模式进行简化，常规放热过程一般都当做等容放热来处理。,3)换气过程简化为气门在上、下止点瞬间开和关，无节流损失，缸内压力不变的流入、流出过程。,(2)循环参数及热效率、平均压力的表达式图2-43是自然吸气发动机三种理论循环的p-V示功图和T-S示热图。,1)理论循环参数。2)循环热效率t与平均压力pt。,(2)循环参数及热效率、平均压力的表达式图2-43是自然吸气发动机三种理论循环的p-V示功图和T-S示热图。,图2-43自然吸气发动机三种理论循环的p-V示功图和-S示热图,1)理论循环参数。,2)循环热效率t与平均压力pt。,(3)循环参数对循环热效率的影响,1)压缩比。2)压力升高比和预膨胀比。预膨胀比1的等容加热循环条件下，循环热效率t为常数，不随压力升高比值而变，即负荷变化时，压力升高比虽改变，但对循环热效率t无影响；压力升高比1的等压加热循环条件下，循环热效率t随预膨胀比值增大而明显下降。表明负荷上升，预膨胀比增大而循环热效率t下降；,(3)循环参数对循环热效率的影响,预膨胀比1和压力升高比1的混合加热循环条件下，总体上在预膨胀比不变时，随压力升高比上升而循环热效率t略有增加，但影响不大，压力升高比上升到一定数值后，循环热效率t已不再受影响；而压力升高比不变时，预膨胀比的影响却十分显著，这表明混合循环中，预膨胀比的影响是关键。3)工质的等熵指数。,(3)循环参数对循环热效率的影响,表2-3三种理论循环的热效率和循环功表达式,1)压缩比。,图2-44等容加热理论循环的热效率随压缩比的变化曲线,2)压力升高比和预膨胀比。,图2-45混合加热循环在不同、条件下的热效率曲线族,预膨胀比1的等容加热循环条件下，循环热效率t为常数，不随压力升高比值而变，即负荷变化时，压力升高比虽改变，但对循环热效率t无影响；,压力升高比1的等压加热循环条件下，循环热效率t随预膨胀比值增大而明显下降。表明负荷上升，预膨胀比增大而循环热效率t下降；,预膨胀比1和压力升高比1的混合加热循环条件下，总体上在预膨胀比不变时，随压力升高比上升而循环热效率t略有增加，但影响不大，压力升高比上升到一定数值后，循环热效率t已不再受影响；而压力升高比不变时，预膨胀比的影响却十分显著，这表明混合循环中，预膨胀比的影响是关键。,3)工质的等熵指数。,(4)真实工质的真实循环从理想循环到真实工质的真实循环，循环热效率t值又要进一步下降。,1)工质向外传热的损失。压缩过程的传热。压缩过程初期，因工质温度低于周边，出现周边壁面向工质传热；中、后期，工质温度因压缩上升后，改为工质向外传热。从图2-47的热交换曲线即可看到这一点。燃烧及膨胀过程传热。这是传热量最集中的阶段。由于传出热量多，引起缸内压力不如理想循环绝热过程时高，图2-46上面积zdzdbdbzz所示的损失功，有相当一部分就是传热造成的损失。2)早燃损失及后燃损失。3)换气损失。4)不完全燃烧损失。,(4)真实工质的真实循环从理想循环到真实工质的真实循环，循环热效率t值又要进一步下降。,5)缸内流动损失。6)工质泄漏的损失。提高压缩比可提高内燃机的热效率。当然实际压缩比的提高还需考虑到机械负荷、热负荷及所用燃料的限制。当燃料在上止点燃烧时其热功转换效率最高。燃烧时间的延长会使热效率下降。但实际内燃机中要使燃料全部在上止点燃烧是不可能的，应尽量使燃料在上止点附近燃烧完毕。稀混合气的采用有利于提高热效率。这是由于等熵指数值增大的缘故。当汽油机燃用稀混合气时，压缩比还可进一步提高。,(4)真实工质的真实循环从理想循环到真实工质的真实循环，循环热效率t值又要进一步下降。,图2-46三种不同自然吸气发动机混合循环示功图比较理论循环理想循环真实循环,1)工质向外传热的损失。,图2-47缸内工质在一循环中向活塞顶、气缸盖及缸套壁面的传热曲线(增压柴油机：D=400mm,S=540mm,=12.2,n=400r/min,=0.27MPa,=0.228MPa,=314K,=2.13),压缩过程的传热。压缩过程初期，因工质温度低于周边，出现周边壁面向工质传热；中、后期，工质温度因压缩上升后，改为工质向外传热。从图2-47的热交换曲线即可看到这一点。,燃烧及膨胀过程传热。这是传热量最集中的阶段。由于传出热量多，引起缸内压力不如理想循环绝热过程时高，图2-46上面积zdzdbdbzz所示的损失功，有相当一部分就是传热造成的损失。,2)早燃损失及后燃损失。,3)换气损失。,4)不完全燃烧损失。,5)缸内流动损失。,6)工质泄漏的损失。,提高压缩比可提高内燃机的热效率。当然实际压缩比的提高还需考虑到机械负荷、热负荷及所用燃料的限制。,当燃料在上止点燃烧时其热功转换效率最高。燃烧时间的延长会使热效率下降。但实际内燃机中要使燃料全部在上止点燃烧是不可能的，应尽量使燃料在上止点附近燃烧完毕。,稀混合气的采用有利于提高热效率。这是由于等熵指数值增大的缘故。当汽油机燃用稀混合气时，压缩比还可进一步提高。,2.2.5提高发动机的压缩比,图2-48p-示功图(辛烷值对燃烧过程的影响)发动机的点火提前角1使用规定辛烷值汽油的发动机2使用过低辛烷值汽油的发动机3使用过高辛烷值汽油的发动机,2.3发动机节能技术,2.3.1发动机稀燃技术2.3.2发动机的增压技术2.3.3燃油掺水节油技术2.3.4发动机可变气缸排量技术2.3.5发动机可变配气正时技术2.3.6可变进气歧管技术2.3.7可变压缩比技术2.3.8汽油机燃油喷射与点火系统的电子控制技术2.3.9柴油机燃油喷射系统的电子控制技术2.3.10电子节气门技术2.3.11陶瓷发动机,2.3发动机节能技术,2.3.12EcoBoost发动机技术,2.3.1发动机稀燃技术,1.燃用稀混合气的技术途径2.分层燃烧系统,1.燃用稀混合气的技术途径,1)使汽油充分雾化，对均质燃烧要保证混合气混合均匀及各缸混合气分配均匀。2)采用结构紧凑的燃烧室。3)加快燃烧速度。4)提高点火能量，延长点火的持续时间。5)采用分层燃烧技术。,1)使汽油充分雾化，对均质燃烧要保证混合气混合均匀及各缸混合气分配均匀。,2)采用结构紧凑的燃烧室。,3)加快燃烧速度。,图2-49三菱公司的MCA-JET系统,3)加快燃烧速度。,图2-50第三气门与火花塞的相对位置,3)加快燃烧速度。,图2-51空燃比与压缩比的综合特性1节气门全开时的功率295%负荷的功率390%负荷的功率,4)提高点火能量，延长点火的持续时间。,图2-52丰田TTC-L发动机燃烧室剖面图1排气歧管2排气门3双电极火花塞4涡流发生罐5燃烧室6排气口衬套7绝热层8活塞,5)采用分层燃烧技术。,表2-4石油能量使用率对比,2.分层燃烧系统,(1)气道喷射稀燃系统气道喷射稀燃系统，简称为PFI(PortFuelInjection)稀燃系统。(2)直接喷射稀燃系统直接喷射稀燃系统简称为GDI(GasolineDirectInjection)稀燃系统。,(1)气道喷射稀燃系统气道喷射稀燃系统，简称为PFI(PortFuelInjection)稀燃系统。,1)轴向分层稀薄燃烧。,图2-53涡流轴向分层示意图a)进气行程初期b)进气行程后期c)压缩行程,2)纵向分层稀薄燃烧。,(1)气道喷射稀燃系统气道喷射稀燃系统，简称为PFI(PortFuelInjection)稀燃系统。,图2-54滚流运动的形成a)非滚流期b)滚动产生期c)滚动发展期d)破碎期,(1)气道喷射稀燃系统气道喷射稀燃系统，简称为PFI(PortFuelInjection)稀燃系统。,图2-55三菱三气门MVV汽油机,(1)气道喷射稀燃系统气道喷射稀燃系统，简称为PFI(PortFuelInjection)稀燃系统。,图2-56三菱四气门MVV汽油机,(1)气道喷射稀燃系统气道喷射稀燃系统，简称为PFI(PortFuelInjection)稀燃系统。,图2-57部分负荷、低EGR率、涡流、均值EGR,(1)气道喷射稀燃系统气道喷射稀燃系统，简称为PFI(PortFuelInjection)稀燃系统。,图2-58部分负荷、高EGR率、强滚流、分层EGR,(2)直接喷射稀燃系统直接喷射稀燃系统简称为GDI(GasolineDirectInjection)稀燃系统。,图2-59三菱GDI发动机的燃烧系统和控制图a)燃油喷射与气流的配合b)活塞形状c)控制策略,(2)直接喷射稀燃系统直接喷射稀燃系统简称为GDI(GasolineDirectInjection)稀燃系统。,图2-60丰田第一代D-4发动机的燃烧系统和控制图a)喷雾与气流的配合b)活塞形状c)控制逻辑,(2)直接喷射稀燃系统直接喷射稀燃系统简称为GDI(GasolineDirectInjection)稀燃系统。,图2-61第二代D-4发动机燃烧系统,(2)直接喷射稀燃系统直接喷射稀燃系统简称为GDI(GasolineDirectInjection)稀燃系统。,图2-62日产GDI发动机的燃烧系统a)燃烧系统b)气流组织,(2)直接喷射稀燃系统直接喷射稀燃系统简称为GDI(GasolineDirectInjection)稀燃系统。,图2-63ALV公司开发的GDI稀燃系统示意图,(2)直接喷射稀燃系统直接喷射稀燃系统简称为GDI(GasolineDirectInjection)稀燃系统。,图2-64奔驰GDI发动机的燃烧系统和控制图,2.3.2发动机的增压技术,1.概述2.机械增压技术3.涡轮增压技术,1.概述,1)加大气缸总排量iVh，即增加气缸数i，增大气缸直径D和行程S。2)提高发动机的转速n。3)提高平均有效压力pme。1)汽油机增压后爆燃倾向增加。2)由于汽油机混合气的过量空气系数小，燃烧温度高，因此增压之后汽油机和涡轮增压器的热负荷大。3)车用汽油机工况变化频繁，转速和功率范围宽广，致使涡轮增压器与汽油机的匹配相当困难。1)在电控汽油喷射式发动机上实行汽油机增压，成功地摆脱了化油器式发动机与涡轮增压器匹配的困难。,1.概述,2)应用点火提前角自适应控制，来克服由于增压而增加的爆燃倾向。3)对增压后的空气进行中间冷却。4)采用增压压力调节装置。,1)加大气缸总排量iVh，即增加气缸数i，增大气缸直径D和行程S。,2)提高发动机的转速n。,3)提高平均有效压力pme。,表2-56135G与6135ZG柴油机性能及结构比较,3)提高平均有效压力pme。,图2-656135G与6135ZG性能对比,1)汽油机增压后爆燃倾向增加。,2)由于汽油机混合气的过量空气系数小，燃烧温度高，因此增压之后汽油机和涡轮增压器的热负荷大。,3)车用汽油机工况变化频繁，转速和功率范围宽广，致使涡轮增压器与汽油机的匹配相当困难。,1)在电控汽油喷射式发动机上实行汽油机增压，成功地摆脱了化油器式发动机与涡轮增压器匹配的困难。,2)应用点火提前角自适应控制，来克服由于增压而增加的爆燃倾向。,3)对增压后的空气进行中间冷却。,4)采用增压压力调节装置。,2.机械增压技术,(1)机械增压系统图2-66所示为电控汽油喷射式发动机上所采用的一种机械增压系统示意图。(2)机械增压器依构造的不同，机械增压器有叶片式(Vane)、罗茨(Roots)式、汪克尔(Wankle)等型式，目前以罗茨增压器使用最广泛。,(1)机械增压系统图2-66所示为电控汽油喷射式发动机上所采用的一种机械增压系统示意图。,图2-66机械增压系统1空气滤清器2空气流量计3节气门及节气门位置传感器4怠速空气控制阀5进气旁通阀6机械增压器7中冷器8喷油器9爆燃传感器10冷却液温度传感器11电磁离合带轮12曲轴带轮13氧传感器14三效催化转换器15分电器16点火线圈17电控单元,(2)机械增压器依构造的不同，机械增压器有叶片式(Vane)、罗茨(Roots)式、汪克尔(Wankle)等型式，目前以罗茨增压器使用最广泛。,图2-67罗茨式机械增压器a)剖视图b)机械结构图1电磁离合器带轮2电磁离合器3转子4转子轴5后盖6放油螺栓7传动齿轮8齿轮室罩9壳体10滚子轴承,(2)机械增压器依构造的不同，机械增压器有叶片式(Vane)、罗茨(Roots)式、汪克尔(Wankle)等型式，目前以罗茨增压器使用最广泛。,图2-68两叶转子和三叶转子a)两叶转子b)三叶转子,(2)机械增压器依构造的不同，机械增压器有叶片式(Vane)、罗茨(Roots)式、汪克尔(Wankle)等型式，目前以罗茨增压器使用最广泛。,图2-69罗茨式增压器工作原理示意图,3.涡轮增压技术,(1)废气涡轮增压系统废气涡轮增压系统分为单涡轮增压系统和双涡轮增压系统。(2)废气涡轮增压器的基本结构和工作原理废气涡轮增压器按废气在涡轮机中的不同流动方向分为径流式、轴流式和混流式三种类型。(3)废气能量的利用以四冲程废气涡轮增压柴油机为例来说明废气能量的利用，如图2-76所示，柴油机的理论示功图面积为aczzba。(4)涡轮增压器与柴油机的匹配(5)增压发动机在结构上的调整增压度很高的发动机，其结构变动很大，甚至需要重新设计。,3.涡轮增压技术,(6)增压发动机性能增压发动机具有功率高，油耗低，排污较少等优点。,(1)废气涡轮增压系统废气涡轮增压系统分为单涡轮增压系统和双涡轮增压系统。,图2-70单涡轮增压系统示意图1进气旁通阀2节气门3进气管4空气滤清器5空气流量计6压气机7涡轮机8催化转化器9排气旁通阀10排气旁通阀控制装置11排气管,(1)废气涡轮增压系统废气涡轮增压系统分为单涡轮增压系统和双涡轮增压系统。,图2-71双涡轮增压系统1空气滤清器2进气旁通阀3中冷器4谐振室5增压压力传感器6进气管7喷油器8火花塞9涡轮增压器10排气旁通阀11排气旁通阀控制装置12排气管,(2)废气涡轮增压器的基本结构和工作原理废气涡轮增压器按废气在涡轮机中的不同流动方向分为径流式、轴流式和混流式三种类型。,图2-72径流式涡轮增压器结构图,1)离心式压气机。,(2)废气涡轮增压器的基本结构和工作原理废气涡轮增压器按废气在涡轮机中的不同流动方向分为径流式、轴流式和混流式三种类型。,图2-73离心式压气机简图a)结构图b)空气参数沿通道的变化1进气道2工作轮3扩压器4出气涡壳,(2)废气涡轮增压器的基本结构和工作原理废气涡轮增压器按废气在涡轮机中的不同流动方向分为径流式、轴流式和混流式三种类型。,图2-74径流式涡流机简图1进气涡壳2喷嘴环3工作轮4出气道,(2)废气涡轮增压器的基本结构和工作原理废气涡轮增压器按废气在涡轮机中的不同流动方向分为径流式、轴流式和混流式三种类型。,2)径流式涡轮机。喷嘴环。其上装有许多导向叶片，构成渐缩形通道。废气从这里被引入工作轮。喷嘴环可以有整体式和装配式两种结构形式。工作轮。把从喷嘴环出口喷出的高速废气的动能和压力能转变为机械能的装置。工作轮的叶片与轮盘做成一体，多采用精密铸造成型。叶片的叶形大都采用抛物线。其形式有半开式和星形两种。涡轮机进气涡壳。其作用是把发动机排气管与增压器连接起来，将排气管排出的废气引入喷嘴环，并按喷嘴环进口形状均匀地进入喷嘴环，以减少流动损失，充分利用废气能量。进气涡壳的流通截面按一定规律变化，表面要光洁。其结构可分为轴向、切向、径向三种进气形式，进口可为一个或多个。,(2)废气涡轮增压器的基本结构和工作原理废气涡轮增压器按废气在涡轮机中的不同流动方向分为径流式、轴流式和混流式三种类型。,涡轮机出气道。将做功完了的废气引出增压器，气道要求光洁、平滑，有的带有冷却水套。涡轮轴。将涡轮机工作轮和压气机工作轮连接起来，起传递转矩的作用，工作轮与轴的连接方式有整体式和装配式两种。,图2-75涡轮机中气流参数的变化,(2)废气涡轮增压器的基本结构和工作原理废气涡轮增压器按废气在涡轮机中的不同流动方向分为径流式、轴流式和混流式三种类型。,图2-76四冲程增压柴油机的理论示功图,(3)废气能量的利用以四冲程废气涡轮增压柴油机为例来说明废气能量的利用，如图2-76所示，柴油机的理论示功图面积为aczzba。,图2-77涡轮增压柴油机的排气压力曲线a)脉冲系统b)恒压系统,(4)涡轮增压器与柴油机的匹配,1)柴油机应能达到预定的功率和经济指标，涡轮增压器应能供给柴油机所需的增压压力和空气流量。2)涡轮增压器应能在柴油机的各种工况下稳定地工作，压气机不应出现喘振或涡轮机不出现堵塞现象。3)涡轮增压器在柴油机的各种工况下都能高效率地运行。4)涡轮增压柴油机在各种工况下都能可靠地工作。,(5)增压发动机在结构上的调整增