汽車節(jié)能技術(shù)研究

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊汽車節(jié)能技術(shù)研究第30頁共30頁1緒論1.1課題背景（1）汽車節(jié)能技術(shù)分析的作用和意義大家知道，汽車工業(yè)的飛速發(fā)展是人類文明的一大驕傲。與此同時，汽車對能源的消耗和廢氣的排放也日漸成為人類發(fā)展的一大障礙。2002年地球峰會大會的主要目的就是敦促各國在可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域采取實(shí)際行動。各國政府在大會上紛紛提出行動計(jì)劃、時間表和伙伴關(guān)系項(xiàng)目，特別是中國總理朱镕基在大會上宣布中國已核準(zhǔn)旨在減緩全球變暖的《京都議定書》，受到與會代表的高度贊揚(yáng)。汽車工業(yè)對可持續(xù)發(fā)展應(yīng)做出的貢獻(xiàn)就是減少燃油的消耗量、降低排放。采用先進(jìn)科學(xué)的節(jié)能措施減少汽車廢氣對大氣的污染、改善人類生態(tài)環(huán)境、節(jié)省石油資源。（2）我國汽車化進(jìn)程對石油消費(fèi)的影響除了汽車保有量增加這個原因外,造成我國汽車燃油消耗量巨大的另一個原因是我國的汽車技術(shù)整體比歐美、日本等發(fā)達(dá)國家落后10～20年,歐洲的柴油機(jī)技術(shù)和美國、日本的混合動力汽車的研制成功以及可替用燃料的不斷研制，把汽車能耗進(jìn)一步降低，而我國老舊車比例高達(dá)25%,汽車每百公里平均耗油比發(fā)達(dá)國家高20%以上。我國現(xiàn)在行駛的乘用車很多是從國外引進(jìn)的上世紀(jì)80年代的車型,即使是最近幾年生產(chǎn)的汽車,節(jié)油技術(shù)的采用也非常有限。從2004年銷售量排名前15名車型的節(jié)油技術(shù)應(yīng)用情況可以看出,節(jié)油技術(shù)的應(yīng)用只集中在一部分中高檔汽車,而應(yīng)用得較多的技術(shù)是“電控燃料噴射技術(shù)”的一種,即MPI(多點(diǎn)電噴汽油)技術(shù)。該技術(shù)是和“三元催化技術(shù)”共同誕生的技術(shù),是一種極其普通的技術(shù)。而我國應(yīng)用像“可變氣門正時和升程技術(shù)”這樣新技術(shù)的車型只有“廣州本田”的“雅閣”和“飛度”,以及“上海大眾”的“帕薩特”等少量車型。同時,由于很多節(jié)油技術(shù)的采用要求成品油具有較高的質(zhì)量,例如,具有代表性的節(jié)油技術(shù)——直噴技術(shù)、稀薄燃燒技術(shù)、透平增壓技術(shù)、共軌噴射技術(shù)、尾氣再循環(huán)技術(shù)等都需要燃油中的硫含量和多環(huán)芳烴含有量保持較低水平,但是我國目前的油品質(zhì)量沒有達(dá)到這些要求,譬如硫含量還相當(dāng)高,所以也造成了很多節(jié)油技術(shù)無法采用。隨著當(dāng)前我國國民經(jīng)濟(jì)和汽車工的快速發(fā)展,以及由此帶來的能源消耗和環(huán)境問題的日益突出,交通節(jié)能減排工作的重要性不斷增加，而汽車節(jié)能減排則又是其中的重要組成部分,重要性不言而喻。考慮到當(dāng)前我國的汽車節(jié)能技術(shù)發(fā)展的實(shí)際狀況,除了要積極推進(jìn)以混合動力、燃料電池、柴油、醇類汽車等為代表的新能源汽車技術(shù)的不斷發(fā)展外,另一個推進(jìn)汽車節(jié)能減排工作的措施就是大力研究開發(fā)適合我國現(xiàn)階段汽車行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀以及適合大量在用汽車的高性能汽車節(jié)能產(chǎn)品。1.2本文研究內(nèi)容目前，節(jié)能技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)、制造以及使用方面已得到了廣泛的應(yīng)用，并朝著多元化的趨勢發(fā)展。因此針對這個發(fā)展的趨勢，本文重點(diǎn)從兩方面入手進(jìn)行研究：發(fā)動機(jī)節(jié)能技術(shù)、整車節(jié)能技術(shù)。從技術(shù)層面尋求降低汽車油耗的的方法，達(dá)到節(jié)約能源的目的。發(fā)動機(jī)的節(jié)能技術(shù)發(fā)動機(jī)節(jié)能是汽車節(jié)能技術(shù)的關(guān)鍵。發(fā)動機(jī)節(jié)能技術(shù)的核心是提高發(fā)動機(jī)的燃燒效率，而提高熱效率就是組織好發(fā)動機(jī)各個工作過程，減少各種損耗，以及正確選擇汽車動力機(jī)械的機(jī)型。2.1發(fā)動機(jī)節(jié)能原理發(fā)動機(jī)循環(huán)熱效率是衡量發(fā)動機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù)之一，根據(jù)熱力學(xué)定律可以推導(dǎo)出汽油機(jī)、低速柴油機(jī)、和高速柴油機(jī)的理想循環(huán)熱效率分別為：汽油機(jī)定容加熱（奧托）循環(huán)的熱效率：=（2-1）低速柴油機(jī)定壓加熱(狄塞爾)循環(huán)的熱效率：（2-2）高速柴油機(jī)混合加熱循環(huán)的熱效率：（2-3）式中：-壓縮比；К-絕熱指數(shù)；λ-壓力升高比；ρ-預(yù)脹比。在混合加熱循環(huán)的熱效率表達(dá)式中，ρ=1時，即轉(zhuǎn)換為ηtv,λ=1時即轉(zhuǎn)換為ηtp。從以上三種理想循環(huán)的熱效率公式可知，要提高發(fā)動機(jī)的熱效率，應(yīng)盡量提高壓縮比ε和絕熱指數(shù)κ。實(shí)際發(fā)動機(jī)循環(huán)受到各種損失和因素的影響：工質(zhì)具有不同的成分、比熱、分指數(shù)和不同的高溫分解特性等，因此直接影響發(fā)動機(jī)工作過程的組織和熱效率：由于換氣損失、傳熱損失、時間損失、燃燒損失、渦流和節(jié)流損失、泄露損失、機(jī)械損失等不可避免損失的存在，發(fā)動機(jī)實(shí)際熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理想循環(huán)的熱效率。提高發(fā)動機(jī)的熱效率，關(guān)鍵是組織好進(jìn)、排氣過程、噴油過程、燃油過程，減少各種損失。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，改善混合氣在汽缸中的流動方式，改進(jìn)點(diǎn)火配置提高點(diǎn)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。2.2汽油機(jī)電控噴射系統(tǒng)由于化油器式汽油機(jī)具有許多先天性的難以控制和改進(jìn)的缺點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)被汽油噴射系統(tǒng)所代替?；推骱推蛧娚湎到y(tǒng)有同一個設(shè)計(jì)目標(biāo)：在任何工況下都應(yīng)向發(fā)動機(jī)提供最佳的空氣—燃油混合氣。電控噴射系統(tǒng)可以根據(jù)工況非常精確的控制發(fā)動機(jī)空燃比，保證動力系優(yōu)良的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，減少燃料消耗。汽油噴射系統(tǒng)也經(jīng)歷了長期發(fā)展過程，從單點(diǎn)噴射（SFI）到多點(diǎn)噴射(MPI),從機(jī)械控制噴射到機(jī)電控制噴射到電子控制噴射，從連續(xù)噴射到間隔噴射到順序噴射，從節(jié)氣門噴射到進(jìn)氣門前噴射到缸內(nèi)直接噴射。隨著汽油噴射系統(tǒng)的發(fā)展，發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)也由原來的噴射系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)分別控制發(fā)展到由同一控制單元集中控制，有些公司的管理系統(tǒng)甚至也將傳動系統(tǒng)的管理和發(fā)動機(jī)的管理系統(tǒng)集成在一起。隨著電子節(jié)氣門的出現(xiàn)，對于進(jìn)氣量控制也不再由駕駛員直接操縱節(jié)氣門開度，而是由發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)來對進(jìn)氣系統(tǒng)和進(jìn)氣量進(jìn)行控制。2.3稀燃技術(shù)從發(fā)動機(jī)的燃燒理論知道，混合氣過量空氣系數(shù)λ>1.1時，發(fā)動機(jī)具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性，但是目前汽油機(jī)大量采用的帶有三元催化廢氣凈化的電控噴射系統(tǒng)，必須嚴(yán)格保持λ<1，故此限制了油耗進(jìn)一步降低。采用稀燃技術(shù)可以在λ遠(yuǎn)大于1的條件下保證發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅能提高燃油經(jīng)濟(jì)性，而且具有較好的排放性能。（1）著火極限問題和解決措施由于受到著火極限的限制，過濃或過稀的混合氣在壓縮行程終了時，不能點(diǎn)燃，無法著火。在一般條件下，當(dāng)過量空氣系數(shù)λ≥1.4時，過稀的混合氣便達(dá)到了著火極限，相當(dāng)于空然比A/F≥20.58。加強(qiáng)霧化，可以使燃油的顆粒細(xì)化，油粒均勻分布，增加蒸發(fā)氣化面積以增大燃燒率，例如，把直徑為3mm的油滴霧化成直徑為30μm的細(xì)油滴1百萬顆，由于質(zhì)量燃燒率大致反比于油滴直徑平方值，則燃燒率可增加1萬倍。因此，燃油的霧化質(zhì)量直接影響發(fā)動機(jī)的燃燒特性。利用螺旋進(jìn)氣道、切向進(jìn)氣道產(chǎn)生繞氣缸中心線的進(jìn)氣渦流，或組織繞其旋轉(zhuǎn)軸線平行于曲軸的翻滾氣流，或通過活塞頂?shù)娜紵倚螤罱M織擠流，可以加快燃燒室內(nèi)氣流速度。改進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)，包括提高點(diǎn)火能量，優(yōu)化點(diǎn)火位置，增加點(diǎn)火持續(xù)時間，以及提高點(diǎn)火區(qū)域的溫度等，可以促使發(fā)動機(jī)燃料的完全燃燒，提高燃油的經(jīng)濟(jì)性。（2）分層燃燒技術(shù)在燃燒時的火焰中心，即火花塞附件的可燃混合氣濃度，對著火有直接的影響，在A/F為12—13.5偏濃的范圍內(nèi)，最適宜點(diǎn)火，即著火性最好。但是一旦已經(jīng)形成火焰，則由于其高溫和渦流的作用，燃燒室中其余區(qū)域的混合氣即使很稀，也能點(diǎn)燃、傳播火焰并繼續(xù)燃燒。所以在火花塞附件的混合氣濃一點(diǎn)，其余的混合氣稀一點(diǎn)，這就是分層燃燒原理。相對而言，濃度基本不變的，則叫均質(zhì)燃燒。通過分層燃燒，可以大幅度提高A/F值，大多數(shù)稀燃發(fā)動機(jī)都采用分層燃燒方式。實(shí)際上，一般在中小負(fù)荷工況時采用分層燃燒，在大負(fù)荷采用弱分層燃燒。所謂弱分層是指混合氣濃度差值較小，這樣有助于防止燃燒時產(chǎn)生黑煙和熄火的傾向。分層燃燒的稀燃特點(diǎn)，主要有單室式和雙室式：1）單室式單室式主要利用噴油噴油嘴所形成的旋轉(zhuǎn)氣流，火花塞、噴油器與燃燒室的匹配，以及供油方式和熱量處理等各種方式進(jìn)行分層燃燒，如圖2.1。噴油嘴在火花塞9附近造成較濃的混合氣。并且由箭頭6方向的氣流擾動，產(chǎn)生較好的效果。該裝置的A/F值可達(dá)100。雙室式如圖2.2浙江大學(xué)在195柴油機(jī)上作的實(shí)驗(yàn)，采用雙室式的分層燃燒，其空然比可達(dá)到A/F=37。圖2.1德士古—TCP系統(tǒng)的順氣噴射方案1.噴霧2.可燃混合氣3.焰面4.燃燒氣體5.帶導(dǎo)氣屏的進(jìn)氣閥6.空氣流7.排氣閥8.噴油器9.火花塞圖2.2195柴油機(jī)的分層燃燒1.活塞2.氣門3.進(jìn)氣管4.副通管5.主通道6.主室7.副室8.噴嘴9.火花塞（3）稀薄燃燒控制稀薄燃燒發(fā)動機(jī)，其實(shí)只在部分負(fù)荷工況范圍實(shí)行稀薄燃燒，而在起動、怠速、加速和全負(fù)荷下都不采用稀薄燃燒。所以，各種有關(guān)的參數(shù)必須根據(jù)工況進(jìn)行控制。涉及稀薄燃燒的控制參數(shù)有：進(jìn)氣渦流比、噴油正時、點(diǎn)火正時和過量空氣系數(shù)。1）進(jìn)氣渦流比控制不論采用非均質(zhì)混合氣還是均質(zhì)混合氣，稀薄燃燒汽油機(jī)都要組織適當(dāng)?shù)母變?nèi)空氣運(yùn)動，以促使油束霧化和加速燃燒。稀薄燃燒汽油機(jī)普遍采用多氣門技術(shù)。分層充氣和缸內(nèi)空氣運(yùn)動的電子控制往往和多氣門技術(shù)聯(lián)系在一起。缸內(nèi)空氣運(yùn)動主要有翻滾氣流如圖2.3和進(jìn)氣渦流如圖2.4。不同的氣門形成可以組織不同的進(jìn)氣渦流。2）噴油正時控制噴油正時對稀薄燃燒的燃燒率和燃燒穩(wěn)定性有一定的影響。在形成分層充氣的場合，這主要是因?yàn)閲娪驼龝r影響充氣分層狀況。以AVL四氣門HCFB系統(tǒng)為例，進(jìn)氣沖程中，相對推遲噴油可提高燃燒穩(wěn)定性。噴油過早會使?jié)饣旌蠚饧性谌紵业牡撞?，而燃燒室頂部火花塞周圍卻是稀混合氣，稱為“負(fù)充量分層”，導(dǎo)致燃燒延緩，燃燒穩(wěn)定性惡化，而對應(yīng)于最佳燃燒穩(wěn)定性的噴油正時往往會造成NOX排放過高。圖2.3旋轉(zhuǎn)軸線平行于曲軸中心線的翻滾1.火花塞2.噴油器3..混合氣4.空氣5.混合氣和空氣的分層圖2.4分差螺旋進(jìn)氣道產(chǎn)生的進(jìn)氣渦流3）點(diǎn)火正時控制混合氣變稀，則著火落后期和速燃期都加長，實(shí)現(xiàn)最佳轉(zhuǎn)矩的最小點(diǎn)火提前（MBT）將增大。隨著缸內(nèi)空氣運(yùn)動的增強(qiáng)，MBT明顯減小、燃燒速率將變得對點(diǎn)火正時十分敏感。所以，稀薄燃燒的點(diǎn)火提前角必須重新進(jìn)行調(diào)整。點(diǎn)火正時還要考慮過量空氣系數(shù)λ，空氣運(yùn)動情況和噴油正時等因素?？偟膩碚f，隨著λ的增大，點(diǎn)火提前角應(yīng)增大。4）λ閉環(huán)控制稀薄燃燒發(fā)動機(jī)的過量空氣系數(shù)λ超出常規(guī)，λ的大小影響著發(fā)動機(jī)的性能和排放，給發(fā)動機(jī)工作過程帶來困難，圍繞著稀薄燃燒所采取的各項(xiàng)措施，如組織進(jìn)氣渦流、調(diào)整噴油正時和點(diǎn)火正時等，都與λ的大小有關(guān)，所以要進(jìn)行λ閉環(huán)控制。稀薄燃燒λ閉環(huán)控制目標(biāo)主要由發(fā)動機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速確定，可以用λ特性場表示。不同的稀薄燃燒發(fā)動機(jī)因其組織缸內(nèi)空氣運(yùn)動的方式不同、燃燒室結(jié)構(gòu)不同、氣門和火花塞位置不同等原因，其λ特性場或A/F特性場會有較大差別。5）燃燒極限控制混合氣濃度接近稀燃極限時，燃燒開始不穩(wěn)定，平均指示壓力的波動明顯增大。這種濃度表現(xiàn)在：一是同一工作循環(huán)內(nèi)缸與缸之間的平均指示壓力波動增大；二是在同一個缸內(nèi)不同工作循環(huán)之間的平均指示壓力波動也增大。假定循環(huán)與循環(huán)之間的轉(zhuǎn)矩波動多大，便可知該缸混合氣已超稀燃極限，此時必須增加噴油量，使混合氣加濃，以免發(fā)生缺火；如果轉(zhuǎn)矩波動過小，則表明混合氣濃度離開稀燃極限尚遠(yuǎn)，應(yīng)該減少噴油量，使混合氣變稀，以充分發(fā)揮稀薄燃燒在節(jié)油和降低NOX排放方面的潛力。2.4直噴汽油機(jī)汽油直接噴射（GasolineDirentInjection,縮寫為GDI）就是指直接往氣缸內(nèi)噴射汽油。它同時也采用稀薄燃燒技術(shù)。GDI可使汽車節(jié)油達(dá)20%左右，因?yàn)樘岣吡烁吖r時的體積效率，GDI還能使最大轉(zhuǎn)矩提高10%左右，將燃油經(jīng)濟(jì)性提高到接近柴油機(jī)的水平。汽油直接噴射噴油器的構(gòu)造與進(jìn)氣口噴射器相比有一些固有的特點(diǎn)。因?yàn)閲娪推饕惭b在缸蓋里面，且一直伸展到氣缸，在現(xiàn)代四氣門發(fā)動機(jī)中只有很小的空間可供噴油器使用，噴油器下段直徑必須盡可能小，以便給缸蓋冷卻水套留有足夠的空間，所以要將發(fā)針做得細(xì)長。盡管噴油器殼體很細(xì)，卻不得影響最高達(dá)12Mpa的燃油壓力和大的油束角度?？紤]到價(jià)格、批量生產(chǎn)的開始日期和運(yùn)行的可靠性，首選電磁驅(qū)動噴油器。2.5電控直噴柴油機(jī)柴油機(jī)由于其功率大，燃油消耗率低，國內(nèi)外大部分中、重型汽車都采用柴油機(jī)作動力，輕型車用柴油機(jī)的比重也在穩(wěn)步增長。柴油機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)與汽油機(jī)截然不同，通常把燃油噴射系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件——油泵油嘴比喻為柴油機(jī)的心臟，長期以來柴油機(jī)都是采用機(jī)械控制系統(tǒng)來控制噴油泵的供油量和噴油正時。機(jī)械控制系統(tǒng)中的機(jī)械調(diào)速器和機(jī)械噴油提前器控制精度低，反應(yīng)不靈敏，無法滿足柴油機(jī)進(jìn)一步改善性能的要求。隨著石油危機(jī)和日益嚴(yán)格的排放法規(guī)的推動，柴油機(jī)電控技術(shù)也日益發(fā)展和成熟起來。直噴柴油機(jī)是最節(jié)能的內(nèi)燃機(jī)，在轎車上使用較晚，原因是轉(zhuǎn)速范圍較窄，NOX和PM微粒的排放以及振動和噪聲等問題。直到20世紀(jì)90年代這些問題逐漸得到解決，才開始大量應(yīng)用于轎車。此外，直噴柴油機(jī)對柴油的要求較高，特別是對硫含量有嚴(yán)格的要求。直噴柴油機(jī)電控系統(tǒng)的特點(diǎn)、原理和分類柴油機(jī)電控技術(shù)與汽油機(jī)電控技術(shù)有許多相似之處，整個系統(tǒng)都是由傳感器、電控單元和執(zhí)行器三個部分組成。電控柴油機(jī)上所用的傳感器，如轉(zhuǎn)速、壓力、溫度等傳感器以及加速踏板傳感器，與汽油機(jī)電控系統(tǒng)都是一樣的。電控單元在硬件方面也很相似，在整車管理系統(tǒng)的軟件方面也有近似處。電控柴油噴射系統(tǒng)主要控制噴油量和噴油正時。柴油機(jī)燃油噴射具有高壓、高頻、脈動等特點(diǎn)，其噴射壓力高達(dá)60—150Mpa甚至超過200Mpa，為汽油噴射的幾百倍，上千倍。對燃油高壓噴射系統(tǒng)實(shí)施噴油量的電子控制比較困難，柴油噴射對噴射正時的精度要求高，相對于上止點(diǎn)的角度位置遠(yuǎn)比汽油機(jī)要求準(zhǔn)確，導(dǎo)致柴油噴射的電控執(zhí)行器更復(fù)雜，因此柴油機(jī)電控技術(shù)的關(guān)鍵和難點(diǎn)就是柴油噴射電控執(zhí)行器。柴油機(jī)在機(jī)械控制時代，就已經(jīng)有直列泵、分配泵、泵噴嘴、單缸泵等結(jié)構(gòu)不同的系統(tǒng)，每個系統(tǒng)各有其特點(diǎn)和適用范圍，每種系統(tǒng)中又有多種不同結(jié)構(gòu)。實(shí)施電控技術(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，也形成了柴油噴射系統(tǒng)的多樣化。電控柴油噴射系統(tǒng)根據(jù)其產(chǎn)生高壓燃油的機(jī)構(gòu)，可分為直列泵電控噴射系統(tǒng)，分配泵電控噴射系統(tǒng)，泵噴嘴電控噴射系統(tǒng)，單缸泵電控噴射系統(tǒng)，共軌式電控噴射系統(tǒng)。其中共軌式電控噴射是電控技術(shù)發(fā)展起來所形成的新型噴射機(jī)構(gòu)。其他系統(tǒng)都是在原來的噴射機(jī)構(gòu)上加上電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)后形成的。對電控泵噴嘴系統(tǒng)來說，合適的低壓供油系統(tǒng)也很重要。由于進(jìn)回油道是鑄造在氣缸蓋內(nèi)，燃油本身在壓縮和溢流中會產(chǎn)生熱量又要傳給燃油，因此要求輸油泵提供足夠大供油量，保證個缸噴油器之間溫差不要太大，各缸噴油量差別足夠小。PED系統(tǒng)所裝備的輸油泵供油壓力在標(biāo)定轉(zhuǎn)速下為500KPa，供油量350L/h。它由輸油泵、粗濾器，濾清器、壓力調(diào)節(jié)器、控制閥、電動泵等組成。其中電動泵可在柴油機(jī)關(guān)掉后，為冷卻仍處于高溫ECU提供循環(huán)供油。在回油路上裝有啟動時所需的放氣螺塞。2.6發(fā)動機(jī)增壓和中冷技術(shù)增壓是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的一個飛躍。用增壓的方式來提高進(jìn)氣量密度，可以幾成甚至幾倍的增加功率，同時還能改善熱效率、提高經(jīng)濟(jì)性、減少排氣中的有害成分、降低噪聲。單位質(zhì)量的功率增加，也可以降低發(fā)動機(jī)的質(zhì)量。（1）增壓的主要方式增壓方式主要有機(jī)械增壓、排氣渦輪增壓、復(fù)合增壓、慣性增壓、氣波增壓等。機(jī)械增壓是指壓氣機(jī)由內(nèi)燃機(jī)曲軸通過傳動裝置直接驅(qū)動的增壓方式。機(jī)械增壓的特點(diǎn)是：不增加發(fā)動機(jī)背壓，但消耗其有效功率，總體布置有一定局限性；增壓壓力一般不超過0.15—0.17Mpa；過多地提高增壓壓力，會使驅(qū)動壓氣機(jī)耗功過大，機(jī)械效率明顯下降，經(jīng)濟(jì)性惡化。排氣渦輪增壓是指利用排氣量使排氣在渦輪中進(jìn)一步膨脹作功，用于驅(qū)動壓氣機(jī)的增壓方式。排氣渦輪增壓的特點(diǎn)是：不消耗發(fā)動機(jī)有效功，增壓器可以自由布置在所需的位置，渦輪有有一定的消聲作用，并進(jìn)一步減少排氣中的有害成分。排氣渦輪增壓有單級渦輪增壓和二級渦輪增壓兩類。單級渦輪增壓：由一臺渦輪機(jī)和一臺壓氣機(jī)組成的或幾臺渦輪增壓器并聯(lián)的渦輪增壓叫單級渦輪增壓，多用于中、小型柴油機(jī)。小型柴油機(jī)、汽油機(jī)一般用徑流式渦輪、離心式壓氣機(jī)；二級渦輪增壓：空氣經(jīng)兩臺串聯(lián)的渦輪增壓器壓縮后進(jìn)入發(fā)動機(jī)，這類增壓系統(tǒng)稱為二級渦輪增壓。（2）增壓器渦輪增壓器主要由渦輪和壓氣機(jī)組成。發(fā)動機(jī)排氣經(jīng)排氣管進(jìn)入渦輪，對渦輪作功，渦輪葉輪與壓氣機(jī)葉輪同軸，從而帶動壓氣機(jī)吸入外界空氣并壓縮后送至發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管。（3）中冷器在增壓柴油機(jī)為降低進(jìn)入汽缸的空氣溫度、增加空氣密度、減少排放，使增壓后的空氣先在中間冷卻器中冷卻，再進(jìn)入氣缸，稱為增壓中冷。增壓中冷可以在柴油機(jī)的熱負(fù)荷不增加甚至降低以及機(jī)械負(fù)荷增加不多的前提下，較大幅度地提高柴油機(jī)功率，還可提高發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、降低排放、節(jié)省能源。為了反映中間冷卻程度，通常用中冷度來表示，即中冷器前后空氣溫度差與中冷器前空氣溫度的比值。目前采用的中冷器都屬錯流外冷間壁式冷卻方式，根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，有水冷式和風(fēng)冷式兩大類。水冷式冷卻根據(jù)冷卻水系的不同又分以下兩種方式：2）用獨(dú)立的冷卻水系冷卻。柴油機(jī)有兩套獨(dú)立的冷卻水系，高溫冷卻水系用來冷卻發(fā)動機(jī)，低溫冷卻水系主要用于機(jī)油冷卻器和中冷器。這種冷卻方式冷卻效果最好，在船用和固定用途柴油機(jī)中普遍應(yīng)用。風(fēng)冷式冷卻根據(jù)驅(qū)動冷卻風(fēng)扇的動力不同，可分為以下兩種方式：1）用柴油機(jī)曲軸驅(qū)動風(fēng)扇。這種方式適用于車用柴油機(jī)，把中冷器設(shè)置在冷卻水箱前面，用柴油機(jī)曲軸驅(qū)動冷卻風(fēng)扇與汽車行駛時的迎風(fēng)同時冷卻中冷器和水箱。車用柴油機(jī)普遍采用這種冷卻方式，但在低負(fù)荷時易出現(xiàn)充氣過冷現(xiàn)象。2）用壓縮空氣渦輪驅(qū)動風(fēng)扇。由壓氣機(jī)分出一小股氣流驅(qū)動一個渦輪，用渦輪帶動風(fēng)扇冷卻中冷器。由于驅(qū)動渦輪的氣流流量有限，渦輪作功較少，風(fēng)扇提供的冷卻風(fēng)量較少，顯然其冷卻效果較差。由于增壓壓力隨負(fù)荷變化，因此這種冷卻方式的冷卻風(fēng)量也隨負(fù)荷變化，低負(fù)荷時風(fēng)量小，高負(fù)荷時風(fēng)量大，有利于兼顧不同負(fù)荷時的燃燒性能。且其尺寸小，在車上安裝方便，在運(yùn)用車輛上也有應(yīng)用。（4）排氣能量的利用目前生產(chǎn)的車用增壓柴油機(jī)中，幾乎都采用排氣渦輪增壓系統(tǒng)，通過排氣來驅(qū)動渦輪增壓器工作，從而吸收排氣能量來實(shí)現(xiàn)增壓的目的。排氣的最大可用能E由三部分組成：①排氣門打開時，氣缸內(nèi)氣體等熵膨脹到大氣壓力所作上午功Eb；②活塞推出排氣，排氣得到的能量Ec；③掃氣空氣所具有的能量Es。排氣門前排氣具有的能量，在流經(jīng)排氣門、氣缸蓋排氣道、排氣歧管、排氣總管，最后到達(dá)渦輪前，存在著一系列的損失，總能量損失ΔE包括如下幾個方面：ΔE=ΔEv+ΔEc+ΔEd+ΔEm+ΔEf+ΔEh（2-4）式中ΔEv—流經(jīng)排氣門出的節(jié)流損失；ΔEc—流經(jīng)各種縮口處的節(jié)流損失；ΔEd—管道面積突擴(kuò)時的流動損失；ΔEm—不同參數(shù)氣流摻混和撞擊形成的損失；ΔEf—由于氣體的粘性而形成的摩擦損失；ΔEh—?dú)饬飨蛲饨缟崴纬傻哪芰繐p失。這些損失直接影響著排氣能量可被渦輪回收的程度，是排氣渦輪增壓柴油機(jī)排氣管設(shè)計(jì)和改進(jìn)時所必須關(guān)注的重要方面。ΔEv是能量傳遞中的主要損失，約占總損失的60%—70%。尤其是在初期排氣，氣缸中高壓高溫氣體流出時，因排氣管中壓力低而形成超臨界流動，所以減少這部分節(jié)流損失對提高排氣中能量的利用率是很重要的。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)使排氣門后的通流面積盡可能大（一般采用四氣門結(jié)構(gòu)）、開啟速度盡可能快，以使排氣很快流出，排氣門后的壓力Pr很快升高，從而減少節(jié)流損失。另外，排氣管容積不應(yīng)太大，排氣管要細(xì)而短。當(dāng)在結(jié)構(gòu)上受限制時，做得“細(xì)而長”比“粗而短”要好。在排氣初期，大量排氣涌入較細(xì)長的歧管中，形成“堵塞”，很快在排氣門后建立起較高的壓力波峰，減小排氣門前后壓差，從而大大減少節(jié)流損失，并把氣體所具有的較大速度在歧管中保持下來并傳送到渦輪，提高了對排氣動能的利用率。由于歧管中流速高而使摩擦損失加大，但其他損失減小，所以總起來說，它的能量傳遞效率較高。細(xì)而長的排氣管不僅能夠使排氣門后的壓力Pr在排氣初期很快升高，而且又能很快下降，使活塞排擠功減少，并有利于掃氣。（5）增壓器和發(fā)動機(jī)的匹配以單級渦輪增壓系統(tǒng)為例，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在這個增壓系統(tǒng)中，壓氣機(jī)所提供的空氣正好等于柴油機(jī)所需的空氣量。因此，在穩(wěn)定工況下，壓氣機(jī)提供的增壓壓力等于柴油機(jī)所需的增壓壓力。因此，可在壓氣機(jī)特性曲線圖上，將該工況下以增壓比∏b和空氣流量qmb為表征的增壓器好柴油機(jī)聯(lián)合運(yùn)行點(diǎn)確定下來。這樣，當(dāng)柴油機(jī)按某一特性運(yùn)行時的所有工況點(diǎn)都可在壓氣機(jī)特性曲線上確定下來。如果高增壓柴油機(jī)主要是在高速、高負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，則必須把增壓器的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域設(shè)計(jì)得廣一些。車用柴油機(jī)低轉(zhuǎn)速工況要求較苛刻，不僅以外特性運(yùn)轉(zhuǎn)，而且轉(zhuǎn)矩的適應(yīng)性系數(shù)高，所以增壓器的高效率區(qū)域選在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速較低的地方，這樣做即使在標(biāo)定工況時性能稍差一些也是值得的。對于超高增壓柴油機(jī)，低工況性能更為突出。因此，在選配渦輪增壓器時，除了要進(jìn)行變工況運(yùn)行的配合性能計(jì)算外，還必須進(jìn)行樣機(jī)的配合調(diào)整實(shí)驗(yàn)，以滿足各方面的要求。（6）可變渦輪增壓在柴油機(jī)進(jìn)行正常設(shè)計(jì)和經(jīng)過估算及性能模擬計(jì)算來選配渦輪增壓器后，一般在配合性能上不會出現(xiàn)太大偏差。但對于車用柴油機(jī)，如果增壓系統(tǒng)滿足高速時增壓適量的要求，則在低速時供氣就會不足；如果滿足低速時的供氣量，則在高速時就可能增壓過量。因此，必須采取一些措施，才能彌補(bǔ)其高低工況不能同時滿足較佳匹配的矛盾。對于車用高速柴油機(jī)及某些超高增壓中速柴油機(jī)，為了改進(jìn)低工況性能，可采用高速時放氣的措施，但高工況經(jīng)濟(jì)性不好。近年來，發(fā)展了一種可變渦輪噴嘴環(huán)出口截面的渦輪增壓器，簡稱變截面渦輪增壓器。在發(fā)動機(jī)低速時，讓噴嘴環(huán)出口截面積自動減小，使得流出速度相應(yīng)提高，增壓器轉(zhuǎn)速上升，壓氣機(jī)出口壓力增大，供氣量加大；在高速時，讓噴嘴環(huán)出口截面積增大，增壓器轉(zhuǎn)速相對減小，增壓壓力降低，增壓不過量。采用變截面渦輪的優(yōu)點(diǎn)是：①在不損害高轉(zhuǎn)速經(jīng)濟(jì)性的條件下，增大低速轉(zhuǎn)矩；②擴(kuò)大了低油耗率的運(yùn)行區(qū)；③使柴油機(jī)的加速性能提高；④可以滿足要求越來越高的排放和噪聲規(guī)范等。但要使可變截面渦輪達(dá)到實(shí)用化，必須滿足：①從渦輪調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)往外漏氣應(yīng)盡可能少，且當(dāng)噴嘴面積改變、使氣流流向偏離時，不致使渦輪效率降低過多；②結(jié)構(gòu)及操作系統(tǒng)簡單，操作方便；③所有結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)具有較高的可靠性等。車用發(fā)動機(jī)大多用徑流渦輪增壓器，這給采用可變截面渦輪增壓器帶來方便。在有葉徑流渦輪的情況下，可以采用改變噴嘴葉片安裝角度的方法來改變噴嘴環(huán)出口截面積。如圖2.5為一變截面多葉片可變噴嘴增壓器三維示意圖。圖2.5變截面多葉片可變噴油嘴增壓器噴嘴環(huán)截面積大小及檔數(shù)是由實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)要求確定的，在最大轉(zhuǎn)矩時，增壓壓力最高?？刂破鳎‥CU）根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、噴油泵齒條位移（相當(dāng)于負(fù)荷）、水溫和增壓壓力等信號對壓力控制調(diào)節(jié)閥的開啟和關(guān)閉時間比（負(fù)荷比）進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制真空泵產(chǎn)生的負(fù)壓?？梢愿鶕?jù)發(fā)動機(jī)工況的最佳負(fù)荷比圖譜預(yù)先輸入到控制器中。控制器與電控柴油噴射系統(tǒng)的控制器也可互相通訊。由于采用可變噴嘴渦輪增壓器，在低速時可變噴嘴渦輪增壓器處于小噴嘴開度，增壓壓力可提高，因此大大改善了低速工況性能。由于采用了可變截面渦輪增壓器，使柴油機(jī)加速、負(fù)荷特性都得到改善。整機(jī)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)性能改進(jìn)，低油耗區(qū)域擴(kuò)大，轉(zhuǎn)矩儲備系數(shù)加大。（7）增壓器的瞬態(tài)性能柴油機(jī)瞬態(tài)特性是在變速或負(fù)荷情況下柴油機(jī)的性能。渦輪增壓柴油機(jī)不像非增壓柴油機(jī)那樣很快響應(yīng)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的突然變化。在加速、加負(fù)荷過程中，空氣流量與加油量變化速率之間的差異導(dǎo)致了燃燒空氣系數(shù)低于極限值。因此，渦輪增壓柴油機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)特性較差的決定因素是供氣量。供氣量比供油量的時間滯后，其原因是多方面的。燃油入氣缸燃燒后，氣體能量增加，而渦輪得到的能量增加顯然要滯后一些，因?yàn)樵谂艢忾T開啟之間氣體的能量不可能影響渦輪；在排氣門開啟以后，由于排氣管中氣體的可壓縮性，也得經(jīng)過幾個工作循環(huán)，排氣管中的氣體壓力才能逐步上升，渦輪得到的能量才能不斷增加。另外，由于渦輪的功率比壓氣機(jī)的功率大而使渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速增加，但渦輪增壓器轉(zhuǎn)子具有一定的轉(zhuǎn)動慣量，要加速轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度也需消耗一部分能量，這也是其瞬態(tài)響應(yīng)滯后的另一個重要原因。再者，增壓器的旋轉(zhuǎn)速度不斷上升才能使增壓壓力不斷提高，但由于進(jìn)氣管具有一定的容積，這就使增壓壓力只能逐步提高。只有當(dāng)增壓壓力提高后，才能增大進(jìn)入氣缸的供氣量。這些因素都將使供氣量滯后。當(dāng)然，發(fā)動機(jī)響應(yīng)快慢還與發(fā)動機(jī)運(yùn)動件的轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)，若希望加速性能好，則希望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量盡可能小。改善增壓柴油機(jī)瞬態(tài)特性的根本措施是使增壓壓力更快地提高，沖入氣缸的空氣量更快增加。盡量減小進(jìn)氣管和排氣管的容積，在加速或加負(fù)荷過程中，使其中氣體壓力較快增大，響應(yīng)速度加快，因此變壓系統(tǒng)比定壓系統(tǒng)響應(yīng)速度快；在低工況運(yùn)行時減小渦輪通流面積，若從低工況到高工況時渦輪通流面積小，則將使排氣管中的壓力更快上升，渦輪功率增加較快，使增壓壓力更快上升，從而改善瞬態(tài)特性。2.7可變進(jìn)氣技術(shù)（1）可變進(jìn)氣渦流系統(tǒng)通常，進(jìn)氣道是根據(jù)發(fā)動機(jī)在標(biāo)定工況或最大轉(zhuǎn)矩工況下的性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的，并制成樹脂氣道模型后在穩(wěn)流氣道試驗(yàn)臺上測量渦流強(qiáng)度和流量系數(shù)，經(jīng)過多次試驗(yàn)修改后定型，投入生產(chǎn)。這樣的氣道，其性能只在某個轉(zhuǎn)速附近能達(dá)到最佳，而進(jìn)氣渦流強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)速工況的變化是無法控制的。原理上，隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高，進(jìn)氣渦流增強(qiáng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到一定程度時，進(jìn)氣渦流過強(qiáng)，或者在低速時進(jìn)氣渦流強(qiáng)度過弱，這兩種情況都不能使燃油與空氣達(dá)到最佳混合。對燃油經(jīng)濟(jì)型和排放都會產(chǎn)生不利影響。這樣就產(chǎn)生了企圖控制進(jìn)氣渦流強(qiáng)度以滿足高速、低速各種工況要求的設(shè)計(jì)思想。采用電控可變進(jìn)氣渦流系統(tǒng)后，發(fā)動機(jī)的動力性與經(jīng)濟(jì)性都獲得改善。（2）可變氣門正時汽車發(fā)動機(jī)要適應(yīng)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速變化的運(yùn)行條件，氣門正時對充氣系數(shù)、熱效率和機(jī)械效率都有影響?？勺儦忾T正時的主要作用是在寬廣的運(yùn)行條件下改善充氣系數(shù)、提高標(biāo)定功率、怠速穩(wěn)定性以及降低排放，從而使發(fā)動機(jī)動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性得到協(xié)調(diào)統(tǒng)一。進(jìn)氣門和排氣門對發(fā)動機(jī)充氣交換過程的控制。其特性參數(shù)主要是3個：氣門開啟相位、氣門開啟持續(xù)角度（指氣門保持升起持續(xù)的曲軸轉(zhuǎn)速）和氣門升程。這3個特性參數(shù)對發(fā)動機(jī)的性能、油耗和排放有重要影響。通常將氣門開啟相位和開啟持續(xù)角度統(tǒng)稱為氣門正時。隨著發(fā)動機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的改變，這3個特性參數(shù)（特別是進(jìn)氣門開啟相位和開啟持續(xù)角度）應(yīng)對應(yīng)不同的優(yōu)化要求。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，有利于解決高轉(zhuǎn)速時進(jìn)氣時間不足的問題；另一方面，氣門重疊角增大，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，可降低油耗及NOX排放，但同時也導(dǎo)致起動困難、怠速不穩(wěn)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)荷時有利于提高容積效率；另一方面在低負(fù)荷時不得不將節(jié)氣門關(guān)得更小，造成更大的泵氣損失和節(jié)流損失?？梢姡鲇诓煌目紤]，對氣門特性參數(shù)提出了不同要求。為了提高標(biāo)定功率，要提早開啟、推遲關(guān)閉進(jìn)氣門，并提高進(jìn)氣門升程；為了提高低速轉(zhuǎn)矩，要提早關(guān)閉進(jìn)氣門；為了改善起動性能并提高怠速穩(wěn)定性，則要推遲開啟進(jìn)氣門，減小氣門重疊。進(jìn)氣門特性參數(shù)對發(fā)動機(jī)的影響比排氣門特性參數(shù)大；進(jìn)氣門關(guān)閉相位的影響比開啟相位大。（3）可變進(jìn)氣管長度進(jìn)氣門的開啟關(guān)閉和活塞向下運(yùn)動會使進(jìn)氣系統(tǒng)產(chǎn)生膨脹波。膨脹波從進(jìn)氣門出發(fā)，以當(dāng)?shù)芈曀賯鞑サ焦芏?。由于進(jìn)氣系統(tǒng)的管端是敞開的，膨脹波在此變成壓縮波并同時以當(dāng)?shù)芈曀俜聪騻骰剡M(jìn)氣門。如果這個壓縮波傳到進(jìn)氣門時進(jìn)氣門開啟著，那么由于壓縮波引起的質(zhì)點(diǎn)振動方向與進(jìn)氣氣流方向一致，進(jìn)氣氣流因此而得到增強(qiáng)，氣體體積效率將會提高，轉(zhuǎn)矩也將增大。、整車節(jié)能技術(shù)3.1汽車傳動系統(tǒng)匹配優(yōu)化汽車傳動系對汽車燃油經(jīng)濟(jì)性油重要影響，主要影響因素包括汽車傳動系的檔數(shù)、傳動比和傳動效率等。（1）傳動系統(tǒng)的最優(yōu)匹配與參數(shù)優(yōu)化在汽車設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)發(fā)動機(jī)性能和汽車的常用行駛工況確定后，傳動系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)的匹配和參數(shù)選擇是否恰當(dāng)直接影響汽車的動力性、燃料經(jīng)濟(jì)性等。變速器的傳動比范圍、檔位數(shù)、傳動比分配規(guī)律和主傳動比等參數(shù)都影響到整車的燃油經(jīng)濟(jì)性，在滿足汽車動力性能的前提下，優(yōu)化傳動系各參數(shù)，使汽車常用工況處于發(fā)動機(jī)最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)，則可有效地降低汽車的燃油消耗。（2）無級變速傳動裝置無級變速傳動裝置，即ContinuouslyVariableTransmission(CVT)，是理想的傳動系統(tǒng)。采用CVT使得駕駛方便，傳動系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)得到最優(yōu)匹配。CVT主要由CVT傳動器和控制系統(tǒng)組成。傳動器包括傳動帶、輸入軸、輸出軸、主動輪、被動輪、離合器和殼體等。1）傳動帶由兩根厚片組合成的柔性鋼帶及許多金屬片組成。其中金屬帶承受由主動輪所傳遞的推力（不是拉力），柔性鋼帶將金屬片保持成帶狀，并支撐金屬帶。2）CVT傳動器它的輸入軸帶動行星齒輪裝置旋轉(zhuǎn)，行星齒輪裝置的主動部分是行星架，被動部分是太陽輪，直接驅(qū)動CVT主動輪及齒輪BANG、前進(jìn)檔離合器和倒檔制動器，用以實(shí)現(xiàn)汽車的前進(jìn)、倒車和起步。油泵將油輸入主動輪伺服油缸和被動伺服油缸，推動主動滑動半輪和從動滑動半輪。由于金屬傳動帶長度不變，當(dāng)主動滑動半輪左（右）移動，通過控制系統(tǒng)的作用，從動滑動半輪要向（右）左作相應(yīng)的移動，從而改變傳動比。CVT裝置的控制系統(tǒng)CVT裝置傳動比的變化是通過改變主動輪和從動輪V槽寬度實(shí)現(xiàn)的。由于傳動帶的長度是不變的，所以主動輪V槽寬度和被動輪V槽寬度應(yīng)同時相應(yīng)地變化。（3）CVT基本原理如圖3.1是通過改變主、被動帶輪直徑，改變CVT傳動比的原理圖。圖3.1CVT原理圖1．主動輪2.緊邊輪3.松邊輪4.被動輪圖3.1a傳動比為1，即主傳動帶輪槽寬相等。圖3.1b主動帶輪槽寬度變窄，被動帶輪槽變寬，傳動比減小。圖3.1c還可看到，金屬帶的工作邊在主動輪的出端金屬帶受推，而不像通常皮帶傳動，工作邊受拉。（4）CVT最佳燃油經(jīng)濟(jì)性調(diào)節(jié)特性如圖3.2是發(fā)動機(jī)負(fù)荷特性，某一固定轉(zhuǎn)速n1，它在b—Pe曲線表達(dá)了燃油消耗率與發(fā)動機(jī)輸出功率的關(guān)系。其最低點(diǎn)表達(dá)在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n1時，相應(yīng)的最小油耗效率。將各個不同轉(zhuǎn)速曲線的最低點(diǎn)連接而成的包絡(luò)線，即是發(fā)動機(jī)最經(jīng)濟(jì)工況。這條曲線是最低燃油消耗率曲線，使CVT裝置在這條曲線上工作，是最經(jīng)濟(jì)的。圖3.2發(fā)動機(jī)負(fù)荷特性的燃油消耗率3.2汽車空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)空氣阻力所消耗的功率與車速的三次方成正比，就是說在車速低的時候，空氣阻力功率消耗所占比例不大，在車速高的時候，空氣阻力將是主要的阻力（1）空氣阻力系數(shù)圖3-3示出了汽車所受到的氣動力和氣動力矩。當(dāng)汽車沿著x軸行駛，而且受到與質(zhì)心成β角的側(cè)向合成氣流作用使，汽車上將受到以下氣動力和氣動力矩：D—空氣阻力；L—升力；S—側(cè)向力；PM—俯仰力矩；RM—側(cè)傾力矩；YM—橫擺力矩。被稱為氣動六分力或氣動六分量。相應(yīng)的系數(shù)為CD、CL、CS、CPM、CRM和CYM，其表達(dá)式為：空氣阻力系數(shù)；（3-1）生力系數(shù)；（3-2）側(cè)向力系數(shù)；（3-3）俯仰力矩系數(shù)；（3-3）側(cè)傾力矩系數(shù)；（3-4）橫擺力矩系數(shù)；（3-5）式中：ρ—空氣密度，ρ=1.2258kg/m3；v∞—合成氣流相對速度，m/s；A—汽車迎風(fēng)面積，m2；α—軸距，m。其中對燃油經(jīng)濟(jì)性影響最大的是CD，為了保證正常行駛CL也十分重要。希望通過降低汽車的這些系數(shù)，以減小氣動力的影響。減小CD可以降低行駛阻力及其消耗；同時減小CD可以減小升力。汽車的升力會減小車輪對地面的壓力，這個壓力也稱為接地力。由于接地力的減小將降低前軸的操縱性和后軸的驅(qū)動能力，因此升力常常是有害的，應(yīng)予以控制。傳統(tǒng)的汽車造型是“細(xì)部優(yōu)化”，細(xì)部優(yōu)化的意思是按照造型風(fēng)格、汽車結(jié)構(gòu)布置和性能要求提出原型汽車，在次基礎(chǔ)上進(jìn)行空氣動力學(xué)修正。當(dāng)前所謂的“汽車造型整體優(yōu)化”或稱為“整體最佳化的理論”是使氣流不從汽車表面分離。它以空氣動力學(xué)特性最佳形體為依據(jù)，作為原型將它改造成汽車。改造原則是盡量不破壞流場，即氣流盡量不產(chǎn)生分離。改造后汽車的CD比所依據(jù)的形體要大些，但盡可能地接近它。顯然“整體優(yōu)化”比“細(xì)部優(yōu)化”先進(jìn)，但是“整體優(yōu)化”設(shè)計(jì)得到的各種汽車外形很容易趨向一致，而抹殺了個性，缺乏造型的獨(dú)特風(fēng)格。（2）降低空氣阻力系數(shù)CD的措施1）空氣阻力的組成如表3.1所列的是作用在汽車上的5種空氣阻力。其中的壓差阻力是由空氣流場中的分離所致。摩擦阻力是指車身表面與空氣摩擦所造成的阻力，干擾阻力是指后視鏡、門把手等外露部件造成的阻力。內(nèi)流阻力是指汽車內(nèi)部的氣體流動造成的阻力。壓差阻力所占的份額最大，所以對油耗影響最大的是車輛正面的空氣阻力。2）降低CD的措施a改善轎車前端形狀改變轎車前端外形，能找到CD最小的外形。b改善后窗傾角和車頂?shù)墓岸?，拱起越小，則CD降低。c正確選擇離地間隙d放置擾流板e優(yōu)化發(fā)動機(jī)艙內(nèi)流場表3.1作用在汽車上的5種主要空氣阻力項(xiàng)目產(chǎn)生原因影響因素壓差阻力（形狀阻力）由氣流在車體上產(chǎn)生的分離和漩渦導(dǎo)致的壓強(qiáng)增加引起車身各個表面的形狀及其交接處的轉(zhuǎn)折曲率及傾角摩擦阻力車身表面面積和粗糙度誘導(dǎo)阻力由升力向后傾斜引起車身外形、底板外形以及輪腔等內(nèi)流阻力由發(fā)動機(jī)冷卻氣流和室內(nèi)通風(fēng)、空調(diào)等引起干擾阻力由不平整的車身外部零件引起氣流干擾所致后視鏡、流水槽、導(dǎo)流板、擋泥板、天線、門把手、頭燈以及底盤部件等3.3輕量化整車質(zhì)量與百公里燃油消耗成正比，是影響燃油消耗的重要因素。通過減輕汽車質(zhì)量可以降低汽車油耗。（1）輕量化的概念汽車輕量化就是通過應(yīng)用輕質(zhì)材料及采取相應(yīng)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)和工藝來達(dá)到降低整車質(zhì)量，而不影響汽車基本性能的一種設(shè)計(jì)方法。零件的可靠性取決于可運(yùn)行性和損壞的可能性。例如生產(chǎn)者要節(jié)省車窗手柄的質(zhì)量，就可能要冒損壞率提高的風(fēng)險(xiǎn)（如在打開結(jié)冰的車窗玻璃時）。節(jié)省原材料，或者減少材料使用數(shù)量，可以降低材料方面的成本，但使用一種更輕、強(qiáng)度更高的材料，往往又使材料成本上升，繼而引起生產(chǎn)成本增加。這是汽車輕量化過程中需要解決的矛盾，僅簡單地采用輕質(zhì)材料往往達(dá)不到理想效果。（2）減輕質(zhì)量的措施車身的剛度由車身結(jié)構(gòu)形狀，材料厚度以及彈性模量決定。車身質(zhì)量通常是通過設(shè)計(jì)措施以及使用比一般低碳車身鋼板密度小的替代材料來實(shí)現(xiàn)，這兩個措施是不可分割的，由于材料特性不同，輕金屬和塑料的形狀結(jié)構(gòu)和造型常常與鋼完全不同。1）替代材料的應(yīng)用就汽車車身而言，輕量化的材料途徑主要有使用高強(qiáng)鋼板車身、鋁鎂合金車身和塑料車身。前兩種方法更適合大批量生產(chǎn)車型，第三種方法則比較適合小批量生產(chǎn)車型。2）結(jié)構(gòu)措施對大面積塑料和輕金屬構(gòu)件的強(qiáng)化，處于美學(xué)方面的原因，可在看不見的一側(cè)加筋。在罩子上除了彎曲載荷外，在開和關(guān)時單側(cè)受力還會引起扭轉(zhuǎn)，有必要加一個中間支撐。輕金屬一般強(qiáng)度較低，靠提高壁厚增加強(qiáng)度勢必會增加質(zhì)量，一般設(shè)計(jì)成框架橫截面。前后擋風(fēng)玻璃采用粘接方式可以改善車身的扭轉(zhuǎn)剛度。在確定側(cè)圍板和車頂架的尺寸時，考慮到其扭轉(zhuǎn)載荷較低，可以通過減小板厚和采用較小的截面來節(jié)省質(zhì)量。通過用焊縫取代焊點(diǎn)（例如，激光焊接）形成閉合框架可以大大增加其扭轉(zhuǎn)剛度。（3）影響輕量化的因素實(shí)踐證明，通過輕量化措施可以改善油耗和排放性能，目前在大規(guī)模生產(chǎn)中還存在一些影響輕量化的因素，如：1）附加機(jī)構(gòu)質(zhì)量對輕量化的影響。2）材料成本對輕量化的影響。3）總能量平衡對輕量化的影響。汽車綜合性能、安全性和舒適性的不斷提高，要求汽車不斷增加設(shè)備與裝置，這就導(dǎo)致了整車質(zhì)量的不斷增加。而輕量化所減少的質(zhì)量只能用來彌補(bǔ)上述機(jī)構(gòu)引起的質(zhì)量增加，這樣輕量化的優(yōu)勢被抵消了。輕量化的費(fèi)用也是目前受到限制的原因。如轎車材料成本占總成本的一半，其中主要是鋼鐵，若用大量鋁、鎂代替鋼鐵，必然會使整車成本增加。以鋁為例，使用鋁較多的汽車，生產(chǎn)能耗明顯高于使用鋼的汽車，然而在汽車整個使用期間的能源消耗較少，使其在總能量平衡方面有較大競爭力。為了使塑料能夠回收利用，必然盡可能限制不可再生塑料，零件的結(jié)構(gòu)要適合與回收利用。（4）綜合運(yùn)用CD和輕量化降低油耗結(jié)論本文主要分兩大部分分析了汽車節(jié)能的各種技術(shù)，其中發(fā)動機(jī)節(jié)能是汽車節(jié)能領(lǐng)域的基礎(chǔ)，各種技術(shù)可聯(lián)合使用以求不斷完善發(fā)動機(jī)的節(jié)能功能，同時對我國的燃油品質(zhì)提出可更高的要求；整車節(jié)能技術(shù)體現(xiàn)了科技的進(jìn)步與創(chuàng)新，以及新型材料的運(yùn)用和汽車設(shè)計(jì)的新理念，是汽車節(jié)能技術(shù)的進(jìn)一步的發(fā)展；汽車在實(shí)際的運(yùn)行使用中的方法，與每位駕駛員是緊密相關(guān)的，注意日常的駕駛操作和車輛合理維護(hù)，同時需要我們大家逐漸形成節(jié)能環(huán)保的意識。致謝經(jīng)過幾個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文已經(jīng)接近尾聲，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有丁繼斌老師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計(jì)是難以想象的。在這里首先要感謝我的老師丁老師。丁老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)論文的每個階段，從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的論文較為復(fù)雜煩瑣，但是丁老師仍然細(xì)心地糾正論文中的錯誤。除了丁老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。

其次要感謝和我一起作畢業(yè)論文的同學(xué)伙伴，在本次設(shè)計(jì)中勤奮工作，他們克服了許多困難來完成此次畢業(yè)論文，并承擔(dān)了大部分的工作量。如果沒有他們的努力工作，此次設(shè)計(jì)的完成將變得非常困難。

最后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭睢４舜萎厴I(yè)論文才會順利完成。參考文獻(xiàn)[1]蔡鳳田.汽車節(jié)能與環(huán)保實(shí)用技術(shù)[M].北京：人民交通出版社,1999[2]李朝暉.汽車新技術(shù)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2004[3]周允等.汽車百科全書[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992[4]邊耀璋.汽車節(jié)能基礎(chǔ)理論及應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，1990[5]崔心存.現(xiàn)代汽車新技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2001[6]陸家祥.車用內(nèi)燃機(jī)增壓[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999[7]林森.未來汽車塑料化[M].新民晚報(bào)，1998.12[8]姜立新.CVT調(diào)節(jié)特性和控制系統(tǒng)的分析.上海汽車，1998.3[9]韓慶著.新能源技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000[10]邵毅明著.汽車新能源與節(jié)能技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2008基于C8051F單片機(jī)直流電動機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究\t