NO9单元九发动机新技术与新能源汽车汽车构造教案

1、j知识目标:了解汽油机缸内直喷技术；了解涡轮增压缸内直喷技术；了解混合动力汽车技术；了解纯电教学|动汽车技术；了解燃料电池电动汽车技术；了解代用燃料汽车技术；了解太阳能汽车技术。目标|能力目标：展望发动机新技术与新能源汽车的发展：素质目标：重点新能源汽车的优缺点教学难点新能源汽车的优缺点教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时教学内容与教学过程设计注释单元九发动机新技术与新能源汽车R理论知识一、发动机新技术1 .汽油缸内直喷缸内直喷就是将燃油喷嘴安装于气缸内，直接将燃油喷入气缸内与进气混合。喷射压力也进一步提高，使燃油雾化更加细致、精准地按比例控制喷油并与进气混合。同时，喷嘴位置、喷雾形

2、状、进气气流控制以及活塞顶形状等特别的设计，使油气能够在整个气缸内充分、均匀混合,从而使燃油充分燃烧,能量转化效率更高。1) GDI(gasolinedirectinjection)GDI是汽油直接喷射，采用了立式吸气口、弯曲顶面活塞、高压旋转喷射器三种技术手段。2) FSI(FuelStratifiedInjection)FSI是大众/奥迪的汽油缸内直喷技术,在低负荷时为分层稀薄燃烧，在高负荷时则为均质理论空燃比(14.614.7)燃烧。(1)分层稀薄燃烧模式。(2)均质理论空燃比燃烧模式。(3)尾气排放净化。3) TFSI(TurboFuelStratifiedInjection)对于带涡

3、轮增压(T)技术的FSI发动机，奥迪系列称为TFSI,大众系列简称为TSI。具有涡轮增压和机械增压两套系统的发动机，涡轮增压克服了机械增压的高速消耗功率的问题，而机械增压解决了涡轮增压的低速迟滞性，有高功率、低排放和低油耗等诸多优点，但制造成本高。4) SIDI(SparkIgnitionDirectInjection)SIDI是通用燃油直喷技术。缸内直喷技术代替了传统MPFI(多点燃油喷射)技术之后，发动机在低转速卜燃烧效率被进一步提升。2 .TSI发动机简介3 )进气系统带进气温度传感器的增压压力传感器集成在节气门模块的压力管上部，测量涡轮增压器下部的空气压力和温度。该传感器信号用于计算增

4、压压力的修正值，考虑温度对增压气体密度的影响。同时还用于保护零部件，如果增压空气温度超过了某一特定值，降低增压压力。带进气温度传感器的进气歧管压力传感器集成在增压空气冷却器的进气歧管下部，测量了解汽油缸内直了解TSI发动机概况。同学分组讨论混合动力汽车的特点，教师总结。结合实际情况总结混合动力汽车的优缺点。结合实际情况总结纯电动汽车的优缺点。结合实际情况总结燃料汽车的优缺点。涡轮增压器下部的空气压力和温度。该传感器的信号用于计算空气流量，以确定发动机转速。两个进气温度传感器的共同的重要作用就是控制冷却液循环泵，当两个温度传感器的温差小于8 C的时候，冷却液循环泵被激活。当二者温差小于 2 C的

5、时候，OBD报警灯会点亮; 而当二者同时失效的时候，会用默认值替代，此时增压压力和动力性都会下降。2)增压系统冷却液循环泵把冷却液从汽车前端的辅助冷却器中输送至增压空气冷却器和废气涡轮增压器中。该泵在下列条件下开始工作。(1)发动机每次起动后的短时间内，发动机转矩达到约100 N m以上。(2)进气歧管的增压空气温度达到50 c以上。(3)增压空气冷却器前部和后部的增压空气温度差小于8 Co(4)当发动机运行时每 120 s ,工作10 s,以避免燃烧积炭。(5)根据发动机综合特性曲线而定，在发动机关13!后工作0480 s,以避免过热而使废气涡轮增压器形成气孔。3)冷却系统大众1.4TSI发

6、动机的冷却系统如图9-7所示，和增压系统的冷却几乎是隔离的。发动机冷却系统的防冻液初装量是4.3 L,缸盖中的防冻液容量大概可以占到总量的2/3。图9-7 大众1.4TSI发动机的冷却系统4)燃油系统大众1.4TSI发动机燃油系统的组成如图 在任何工况下都仅仅按发动机实际需要供给燃油图9-9 大众 动机燃油系统的组 二、新能源汽 1.混合动力电 (HEV混合电动动力HEV ( hybrid vehicle ),是指那些 料的同时配以电动 来改善低速动力输 耗的车型。按照燃料 同，主要又可以分为 力和柴油混合动力9-9所示，燃油箱里的电动燃油泵和高压燃油泵,减少了供油系统的功率消耗。1.4TSI

7、 发成车动汽车汽车，简称 electric 采用传统燃 机/发动机 出和燃油消 种类的不 汽油混合动 两种。国内,而国际市场上柴油混合动力车型发展也,分为串联式、并联式和分路式等类市场上混合动力车辆的主流都是汽油混合动力车型很快。1)混合动力电动汽车的类型混合动力电动汽车根据电动机和发动机的驱动方式不同型。2)混合动力汽车的特点(1)混合动力电动汽车的优点。续驶里程较长。混合动力电动汽车将燃油发动机、电动机、储能器件(蓄电池、超级电容)组合在一起，它们之间的良好匹配和优化控制大大提升了续驶里程，可达到燃油汽车水平。能量利用率较高。混合动力电动汽车通过控制策略使燃油发动机以低油耗、少污染的最优工

8、况工作。当车辆需要大功率，而燃油发动机输出功率不足时，由储能器件来进行补充；当车辆负荷减少时，富余的功率又可转换为电能给储能器件充电，方便地回收汽车减速和制动时的剩余能量，提高了能量的利用效率。文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持彳反乖放二田子用来用电动机歪动车辆二一荏天仃密集的商亚区一居良区等地1OT纯电动万一式行驶，实现零排放。|使用寿命较长。采用整车控制策略，可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过!放，延长其使用寿命，降低成本。|(2)混合动力电动汽车的缺点。j存在触电安全隐患。目前，大多数混合动力电动汽车使用高电压储能器件，当电线暴露!时，驾驶员会有触电危

9、险。I寒冷条件效率不佳。在寒冷条件下，混合动力汽车电池化学反应受到影响，工作效率表1现不佳。维护费用较高。混合动力电动汽车维修保养费用相对较贵，而且目前的授权服务站较i少，配件成本高，且很难找到。|成本较高。混合动力电动汽车拥有两套动力，再加上整车管理控制系统，结构复杂，技术！难度较大，价格较高。|3)混合动力汽车实例(1) THS(TOYOTAHybridSystem)。丰田公司的第一款电动机和汽油发动机组合的混合j动力式汽车于1997年生产，其最大输出功率为43kW,排量1.5L。发动机、发电机、电动机1呈直线排列。动力分配机构的作用是变矩、变速。停车或低速行驶时，发动机空转，同时给蓄|电

10、池充电，当蓄电量达到一定水平时发动机停止转动。该系统主要包括发动机、电动机、发电|机、动力分配机构、交直变流器、变压器和高压蓄电池等|(2) IMA(integratedmotorassist)。本田推出的IMA混合动力汽车与丰田THS不同i的是，本田混合动力车的电动机对发动机的辅助作用较为突出。THS混合动力车的发动机输出|功率与电动机输出功率比值为59：41,而本田混合动力车的该比值为89：16。本田混合动力1车的主要动力源是发动机，电动机只起辅助作用。电动机为60mm厚的轻量型DC无刷交流电!动机装配在发动机的飞轮上。电动机转子直接连在曲轴上，和发动机一起转动，起能量回收的作用，还能辅助

11、发动机起动。|2.纯电动汽车(BEV1纯电动汽车简称BEV(bladeelectricvehicle),它是完全由可充电电池(如铅酸电池、|馍镉电池、馍氢电池或锂离子电池)提供动力源的汽车。虽然它已有134年的悠久历史，但一|直仅限于某些特定范围内应用，市场较小。主要原因是由于各种类别的蓄电池普遍存在价格!高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时间长等严重缺点。1)纯电动汽车的基本结构纯电动汽车的结构布置各式各样，比较灵活，概括起来分为电动机中央驱动和电动轮驱动|两种形式。(1)电动机中央驱动。电动机中央驱动形式借用了内燃机汽车的驱动方案，将内燃机换|成电动机及其相关器件，用一台电动机驱动左右两侧

12、的车轮。主要由电动机、离合器、变速箱1和差速器组成。(2)电动轮驱动。电动轮驱动采用两个电动机分别驱动各自车轮的驱动方案，省掉了机i械变速器，省略传统内燃机汽车的离合器、变速器及差速器等传动装置。其体积与质量较电动机中央驱动形式的大大减小，效率显著提高，代价是增加了控制系统的复杂程度与成本。I2)纯电动汽车的主要组成纯电动汽车的组成包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是纯电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同|点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。3)纯电动汽车的

13、特点(1)纯电动汽车的优点。文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持零排放:纯雨动汽车使用可能一一：在行驶币无一废气而5一一二不污奥环境；一i能源利用率高。有研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电|池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车要高。!结构简单。因使用单一的电能源，纯电动汽车省去了油箱、发动机、变速器、冷却系统I和排气系统，相比传统汽车的内燃汽油发动机动力系统，电动机和控制器的成本更低，其电控1系统相比混合动力电动车也大为简化。噪声小。纯电动汽车在行驶过程中振动及噪声小，车厢内外十分安静。I原料广。纯电动汽车使用的电

14、力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力等。!移峰填谷。纯电动汽车的电池可在夜间利用电网的廉价“谷电”进行充电，可以平抑电1网的峰谷差，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高经济效益。(2)纯电动汽车的缺点。充电时间长且每次充电所能行驶的里程短。蓄电池及电机控制器的成本较高。维护费用较高且蓄电池寿命较短。3.燃料电池电动汽车(FCEV!1)燃料电池的基本原理燃料电池实质上是电化学反应生成发生器。燃料电池的反应机理是将燃料中的化学能不经燃烧而直接转化为电能。氢氧燃料电池实际上就是一个电解水的逆过程，通过氢、氧的化学|反应生成水并释放电能。氢气和氧气分别是燃料电池在电化反应过程中的燃料和氧化剂。燃

15、料电池的工作原理和普通的电化学原电池与充电电池类似，都是通过电化学反应将化学能|转换成电能，但两者之间还是有本质差别的。普通的原电池或充电电池是一个封闭系统。封装后它与外界只存在能量交换而没有物质交换。当电池内部的化学物质耗尽或反应条件发生变化时，系统就无法继续输出能量。而燃料!电池则不同，参与反应的化学物质，如氢和氧，是由燃料电池外部的独立供气系统供给的，只要保证物质供应的连续性，就可以保证能量输出的连续性。从这个意义上来讲，燃料电池本身是|一个开放的放电装置，这正是燃料电池与普通电池的最大差别。|车上装载的氢必须储存在高压容器中。氢通过催化剂转换为氢离子，并通过FC组件内特|殊的薄膜后和空

16、气中的氧气反应生成水，同时得到从正极流向负极的电流，产生的电能储存在|锂电池或馍氢电池中，保证电动机工作。!2)燃料电池的分类燃料电池的种类繁多，通常燃料电池可以依据其工作的温度、燃料种类、电解质类型进行!分类。(1)按照燃料电池工作温度分类。|低温燃料电池。低温燃料电池工作温度从常温至100C。中温燃料电池。中温燃料电池工作温度为100c300C。I高温燃料电池。高温燃料电池工作温度在500c以上。|(2)按照燃料电池燃料的来源分类。直接式燃料电池。直接式燃料电池燃料直接使用氢气。|间接式燃料电池。间接式燃料电池燃料不是直接使用氢气，而是通过某种方法把甲烷、I甲醇或其他煌类化合物转变成氢或富

17、含氢的混合气后再供给燃料电池。II再生燃料电池。再生燃料电池把燃料电池生成的水经适当方法分解成氢气和氧气，再输I送给燃料电池进行发电。(3)按燃料电池电解质类型分类。燃料电池可分成碱性燃料电池、磷酸燃料电池、质子|交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池五大类。3)燃料电池汽车的组成燃料电池汽车由氢气储存罐、辅助电源、动力控制机构、空气压缩机、FC组件(燃料电;文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持施组件厂和强动电一丽等组成一二I4）燃料电池汽车的特点（1）燃料电池汽车的优点。低污染。燃料电池以氢气作为燃料，其排放物大部分是水分。I高效率。燃料电池直接将燃料

18、中的化学能转换成电能，没有产生大量废气与废热的燃烧|作用,故不受卡诺循环限制。燃料电池汽车能量转化效率高达60%-80%,为燃油汽车的231倍。用途广。燃料电池所能提供的电力范围极广（11000MW）,因此可应用的产品也多。：低噪声。发电主体一般不含回转机件，没有噪声问题。|免充电。一般电池系将能源贮藏于电池本体中，待用完后即需舍弃或重新充电，以恢复i电力。而燃料电池的能源是由燃料中的化学能所提供，不含在电池本体结构中，因此只要燃料1源源不断地供应，燃料电池便可以不停地发电。i原料多。只要含有氢原子的化石能源如天然气、石油、煤炭等气化产物，或是沼气、酒|精、甲醇等，都可作为燃料电池的能源进料。

19、氢元素是地球上储量最多的元素之一。|（2）燃料电池汽车的缺点。成本高。燃料电池使用的催化剂为钳。续驶里程低。燃料电池电动汽车氢燃料是以压缩氢气为主，受车体的载运量所限，每次!充填量仅约2.53.5kg,尚不足以满足现今汽车单程可跑480650km的续航里程。|易燃易爆。氢气十分易燃和易爆，因此必须小心处理。在燃料电池的商业应用中，安全|配送氢气燃料成为操作主要障碍。4 .代用燃料汽车|1）醇类燃料2）压缩天然气3）液化石油气（LPG5 .太阳能汽车|1）太阳能汽车的工作原理太阳能电池由半导体材料制成，当太阳光照射在该半导体材料时，半导体的电子空穴对|被激发，形成“势垒”，也就是pn结。由于势垒

20、的存在，在p型层产生的电子向n型层移动i而带正电，而在n型层产生的空穴向p型层移动而带负电，于是在半导体元件的两端产生p型|层为正的电压，即形成了太阳能电池。!太阳能电池的电流大小与太阳光照射强度的大小和太阳能电池面积的大小成正比。车用！太阳能电池将很多太阳能电池排列组合成太阳能电池板，以产生所需要的大电流和高电压。|利用太阳能产生动力的方法有两种，一种是将太阳的辐射能转变为热能，然后再将热能转变为|机械能或电能；另一种是利用太阳能电池直接将太阳的辐射能转变为电能。目前已经制造出来的太阳能汽车属于后一种。由于太阳能电池的能量较小，而且受天气的影响，在阴天、下雨时，太阳能电池的转换效率！降低或停止，所以太阳能汽车往往与蓄电池组共同组成太阳能混合动力电动汽车。当太阳强I