第三章 汽车发动机节能技术 概 述  影响汽车发动机节能的因素  提高充量系数的技术  汽油机稀薄燃烧技术  废气涡轮增压发动机  汽油机燃油喷射与点火系统电子控制  柴油机燃油喷射系统电子控制  发动机其他节能技术  第一节 概述 1、能源压力         根据世界石化巨头BP集团在《2004 BP世界能源统计年鉴》中提供的数字表明，世界目前探明的石油总储量为1.15万亿桶，以目前的开采速度计算，可供全球石油生产41年。  3、发动机节能技术发展         在汽油机方面主要应用电子控制燃油喷射系统（EFI）；为了提高发动机充气效率，增加气门数量，并应用可变配气相位装置, VVT-i发动机、同时采用涡轮增压系统、进气谐波增压系统；稀薄混合气燃烧，缸内直喷;灵活燃料发动机等。此外还有发动机柴油机化。  第二节 影响汽车发动机节能的因素一、影响汽车发动机热效率的因素  汽油机定容加热循环的热效率：      提高发动机热效率的主要措施有： 提高压缩比，稀燃技术，直喷技术，增压、中冷技术，可变进气技术，改善进排气过程，改善混合气在气缸中的流动方式，改进点火配置提高点火能量，优化燃烧过程，电控喷射技术，高压共轨技术，绝热发动机技术等。  二、影响发动机轻量化的因素         影响发动机产品制造过程中材料消耗多少的指标是比质量 me （发动机质量功率比），而影响比质量大小的主要因素又是升功率 PL 。PL 越高，表面发动机工作容积利用率越高；发出一定数量的有效功率的发动机尺寸就越小。  提高升功率 主要的措施有 ： 通过合理组织燃烧过程，以降低过量空气系数 Фa ；  改善发动机换气过程，提高充量系数 Фc ；  提高转速 n ，以增加发动机单位时间内发动机每个气缸作功的次数；  采用增压技术，以增加进气密度 ρs 。  第三节 提高充量系数的技术  充气效率的含义：         充气效率是指在发动机进气行程进，实际进入气缸内的新鲜气体（空气或可燃混合气）的质量与在进气行程进口状态下充满气缸工作容积的气体质量的比值。  二、采用可变配气系统技术          控制发动机充量交换过程的特性参数主要是三个：气门开启相位，气门开启持续角度和气门升程。         进气门开启相位提前，一方面为进气过程提供了较多的时间，特别有利于解决高转速时进气时间不足的问题；另一方面，气门叠开角增大，有更多的废气进入进气管，随后又同新鲜充量一起返回气缸，造成了较高的内部排气再循环率，可降低油耗和 NOx 排放，但同时也导致起动困难、怠速不稳定和低速工作粗暴。        进气门关闭相位推迟，一方面在高转速时有利于利用高速气流的惯性提高体积效率；另一方面在低转速时又会将已经吸入气缸的新鲜充量重又推回到进气管中。         气门升程增大，一方面在高负荷时有利于提高体积效率；另一方面在低负荷时又不得不将节气门关得更小，造成更大的泵气损失和节流损失。  思考：        为了提高标定功率、低速转矩、改善起动性能和提高怠速稳定性，应如何调整进气门特性参数？ 可变配气系统的效果 ： 提高标定功率。  提高低速转矩。 改善起动性能。 提高怠速稳定性。 提高燃油经济性达 15％。 降低排放。   1. 可变气门正时 2. 气门升程可变         可变凸轮机构一般都是通过两套凸轮或摇臂来实现气门升程与持续角的变化，即在高速时采用高速凸轮，气门升程与持续角都较大，而在低速时切换到低速凸轮，升程与持续角均较小。                 3. 电磁气门机构     电磁气门驱动（electromagnetic valve actuation）是利用电磁铁产生的电磁力驱动气门。         电磁气门驱动机构主要由两个相同的电磁铁（共用一个衔铁）。两个相同的弹簧和气门组成（图3–12）。发动机不工作时，激磁线圈 2 和 5 均不通电，气门 1 半开半闭；发动机启动时，气门驱动装置初始化，控制系统根据曲轴转角，判定气门在这一时刻应有的开、关状态，使两线圈中的一个通电。电磁力克服弹簧力，将气门 1 关闭或开启。气门处于开启状态时，线圈 5 断电，线圈 2 通电，使电磁力等于或大于弹簧力，以保持气门开启。要使气门关闭时，线圈 2 断电，衔铁和气门在弹簧力的作用下向上运动；在气门接近关闭位置时，线圈 5 通电，电磁力帮助气门（衔铁）快速运动至关闭位置。此后线圈 5 继续通电，使气门保持在关闭状态。需要开启时，线圈 5 断电，衔铁和气门在弹簧力作用下向下运动。如此循环往复。         电磁气门驱动控制方便，结构较为简单，是比较容易想到的无凸轮轴气门驱动方式。它的主要问题是气门落座冲击大，电磁响应速度不够高，能量消耗及尺寸过大。   4. 电液气门驱动         电液气门驱动（electrohydraulic valve actuation）的工作原理，是将气门与一个液压活塞相连接，通过电磁阀控制液压缸内高压和低压液体的流入和流出，从而控制液压活塞－气门的运动。          这种电液式无凸轮轴气门驱动系统，可使发动机的气门的定时、升程与速度连续变化。它既不需要凸轮也不需要弹簧，而利用压缩油液的弹性能，在气门的开启与闭合期间，使气门加速或减速，这就是液压摆或液压振动体的原理。  三、合理利用进气动态效应         进气门的开启和活塞的运动是一种扰动，会在进气系统产生膨胀波。这个膨胀波从进气门出发，以当地声速传播到管端。因为进气系统的管端是敞开的，膨胀波在此膨胀变成压缩波并同样以当地声速反向传回进气门。如果这个压缩波传到进气门时进气门开启着，那么由于这个压缩波引起的质点振动方向与进气气流方向一致，进气气流因此而得到增强，气缸充量系数将会提高，转矩也将增大。这种效应称为进气管动态效应。         四冲程发动机要利用好这一效应必须满足下列条件：   第四节 汽油机稀薄燃烧技术        稀薄燃烧汽油机是一个范围很广的概念，只要 α ＞17，且保证动力性能，就可以称为稀薄燃烧汽油机。         稀燃汽油机可分为两大类，一类是均质稀燃，另一类为分层稀燃。而分层稀燃又可分为：进气道喷射分层稀燃方式和缸内直喷分层稀燃方式。  一、均质稀薄燃烧技术1. 火球高压缩比燃烧室  2.碗形燃烧室  二、分层燃烧技术（一）分层燃烧系统          为合理组织燃烧室内的混合气分布，即在火花间隙周围局部形成具有良好着火条件的较浓混合气，空燃比在 12～13.4 左右，而在燃烧室的大部分区域是较稀的混合气，两者之间，为了有利于火焰传播，混合气浓度从火花塞开始由浓到稀逐步过渡，这就是所谓的分层燃烧系统。         分层燃烧可分为进气道喷射的分层燃烧方式和缸内直喷分层燃烧方式 。分层燃烧方式又有轴向分层燃烧系统和横向分层燃烧系统 。  1. 进气道喷射的分层燃烧方式（1）轴向分层燃烧系统  （2）横向分层燃烧系统  2. 缸内直喷分层燃烧方式           缸内直喷（GDI）燃烧系统可实现均质混合气燃烧、分层混合气燃烧以及均质混合气压燃燃烧（HCCI）。          缸内直喷分层混合气燃烧主要依靠由火花塞处向外扩展的由浓到稀的混合气，目前实现方法有三种，即借助于燃烧室形状的壁面引导方式，依靠气流运动的气流引
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