《車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論 第4版》 課件 第四章 認(rèn)識(shí)車(chē)輛工程學(xué)科的前沿技術(shù)

26六月20241車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論第四章認(rèn)識(shí)車(chē)輛工程學(xué)科前沿技術(shù)第四章認(rèn)識(shí)車(chē)輛工程學(xué)科前沿技術(shù)隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)的使用性能和環(huán)保提出了更高的要求。汽車(chē)傳統(tǒng)的機(jī)械裝置已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足這些需求，以電子和信息技術(shù)為核心的汽車(chē)工業(yè)技術(shù)革新、技術(shù)發(fā)明層出不窮，新能源、新材料、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與汽車(chē)融為一體的現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。世界汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)可以用“節(jié)能、環(huán)保、安全、智能”八個(gè)字來(lái)概括。本章主要介紹汽車(chē)節(jié)能、減排、安全、智能化、NVH、先進(jìn)制造等新技術(shù)，以了解汽車(chē)工程學(xué)科的一些前沿問(wèn)題。26六月20242車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）本章主要講授內(nèi)容：第一節(jié)汽車(chē)節(jié)能技術(shù)第二節(jié)汽車(chē)減排技術(shù)第三節(jié)汽車(chē)安全技術(shù)第四節(jié)汽車(chē)智能化技術(shù)第五節(jié)汽車(chē)NVH控制技術(shù)第六節(jié)汽車(chē)先進(jìn)制造技術(shù)思考題26六月20243車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）26六月20244第一節(jié)汽車(chē)節(jié)能技術(shù)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）在全球氣候不斷惡化，能源危機(jī)日益加重的嚴(yán)峻形勢(shì)下，汽車(chē)節(jié)能技術(shù)的研究尤為重要，其中發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)、整車(chē)輕量化、新能源汽車(chē)是節(jié)能的重要途徑和手段。發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)是汽車(chē)節(jié)能的關(guān)鍵，其主要目的是提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率和發(fā)動(dòng)機(jī)比功率。26六月20245一、發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（一）提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的措施發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率是指發(fā)動(dòng)機(jī)利用燃料熱能的有效程度，目前，一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率僅為30%左右。提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率就可以節(jié)能，其主要措施有：高壓縮比、稀薄燃燒技術(shù)（均質(zhì)稀薄燃燒）、缸內(nèi)直噴技術(shù)、進(jìn)氣增壓（渦輪增壓，諧波增壓）、增壓中冷技術(shù)、可變配氣技術(shù)（可變氣門(mén)正時(shí)、可變氣門(mén)升程）、改善進(jìn)排氣過(guò)程、改變混合氣在汽缸中的流動(dòng)方式、改進(jìn)點(diǎn)火配置、提高點(diǎn)火能量（如獨(dú)立點(diǎn)火）、優(yōu)化燃燒過(guò)程、電控噴射技術(shù)、高壓共軌技術(shù)、絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)等。26六月20246車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（二）提高發(fā)動(dòng)機(jī)比功率升功率（kw/L）是指發(fā)動(dòng)機(jī)每升氣缸工作容積所發(fā)出的功率。體現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)品質(zhì)高低主要是看動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，也就是說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)要具有較好的功率、良好的加速性和較低的燃料消耗量。影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率和燃料消耗量的因素有很多，其中影響最大的因素有排量、壓縮比、配氣正時(shí)。26六月20247車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）升功率表示了單位氣缸工作容積的利用率，升功率越大表示單位氣缸工作容積所發(fā)出的功率越大。那么，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率一定時(shí)，升功率越大發(fā)動(dòng)機(jī)的重量利用率就越高，相對(duì)而言發(fā)動(dòng)機(jī)就越小，材料也就越省。升功率的高低反映出發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造的質(zhì)量。升功率（N）大小主要決定于氣缸平均有效壓力（P）和轉(zhuǎn)速（n）的乘積，即N=P×n。提高升功率就要從提高氣缸壓力和轉(zhuǎn)速入手，因此提高升功率的具體措施也就有：26六月20248車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）1.提高充氣量這是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)增加熱量的首要條件，因?yàn)槿剂先紵枰諝?，燃料與空氣比較，后者更難以充入氣缸，所以就要改善換氣條件，減少進(jìn)氣阻力增大氣門(mén)通道截面積，有些發(fā)動(dòng)機(jī)就采用4氣門(mén)形式。當(dāng)多氣門(mén)結(jié)構(gòu)布置困難時(shí)，首先要滿(mǎn)足進(jìn)氣門(mén)的需要，不管氣門(mén)布置形式怎么樣，都是進(jìn)氣門(mén)數(shù)量等于或者大于排氣門(mén)數(shù)量。2.提高轉(zhuǎn)速以增加單位時(shí)間內(nèi)的充氣量現(xiàn)在轎車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)一般都是高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)，每分鐘轉(zhuǎn)速在5000轉(zhuǎn)以上。26六月20249車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）3.改善混合氣質(zhì)量和燃燒過(guò)程采用電控燃油噴射系統(tǒng)，在所有工況下混合氣的質(zhì)量盡可能達(dá)到最佳，空氣與燃油的混合地點(diǎn)從節(jié)氣門(mén)處移至噴油嘴處，燃油直接與吸入的空氣混合，從本質(zhì)上改善了混合氣的均勻性，這樣在所有工況下都能夠使混合氣的質(zhì)量盡可能達(dá)到最佳狀態(tài)。4.提高發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率增加有效功的輸出，減少機(jī)械損失主要是減少零件之間的摩擦，涉及到零件加工的精度、表面加工質(zhì)量、潤(rùn)滑質(zhì)量、溫度控制及減少附件等。26六月202410車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）隨著人們對(duì)汽車(chē)安全性，舒適性，環(huán)保性能要求的提高，汽車(chē)安裝空調(diào)，安全氣囊，隔熱隔音裝置，廢氣凈化裝置，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等越來(lái)越普及，這無(wú)形中增加了汽車(chē)的質(zhì)量、耗油量和耗材量。減輕汽車(chē)自重是節(jié)約能源的基本途徑之一。汽車(chē)輕量化是目前的前沿和熱點(diǎn)問(wèn)題，已成為汽車(chē)優(yōu)化設(shè)計(jì)和選材的主要發(fā)展方向。26六月202411二、汽車(chē)輕量化節(jié)能技術(shù)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（二）汽車(chē)輕量化的途徑汽車(chē)輕量化的主要途徑包括使用輕質(zhì)材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，此外，先進(jìn)成形工藝或焊接工藝的應(yīng)用能帶來(lái)明顯的輕量化效果。一般全鋼結(jié)構(gòu)白車(chē)身通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以減重7%左右，采用鋁合金的車(chē)身可以帶來(lái)30%～50%的輕量化效果，而想減輕更多的重量就只能求助于纖維復(fù)合材制。優(yōu)化結(jié)構(gòu)的主要途徑是利用有限元和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減小零部件的質(zhì)量和數(shù)量。而先進(jìn)的加工工藝是為了應(yīng)對(duì)材料和結(jié)構(gòu)的變更，而提出新的工藝。26六月202412車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）1.汽車(chē)材料輕質(zhì)化采用輕質(zhì)材料是汽車(chē)輕量化的主流。汽車(chē)上輕質(zhì)材料主要有鋁合金、鎂合金、高強(qiáng)度鋼、復(fù)合材料等。（1）鋁合金。鋁的相對(duì)密度是2.70×103kg/m3，鋁的機(jī)械性能與其純度關(guān)系密切，純鋁軟、強(qiáng)度低，但與某些金屬組成鋁合金后，不僅在某種程度上保持鋁固有的特點(diǎn)，同時(shí)又顯著地提高了它的硬度和強(qiáng)度，使之幾乎可與軟鋼甚結(jié)構(gòu)鋼相媲美。車(chē)用鋁材料皆以鋁合金的形式出現(xiàn)。鋁合金在汽車(chē)上的應(yīng)用，最初主要是以鑄造的方法生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件，隨后應(yīng)用于輪轂等構(gòu)件。以推出的全鋁空間框架式車(chē)身為其主要代表。26六月202413車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）汽車(chē)鋁合金可分為鑄造鋁合金、變形鋁合金（含鍛造鋁合金）兩大類(lèi)。當(dāng)前汽車(chē)用鋁以鑄件為主，約占汽車(chē)用鋁量的80%。鑄造鋁合金主要用于制造離合器殼體、變速器殼體、后橋殼、轉(zhuǎn)向器殼體、搖臂蓋、正時(shí)齒輪殼體等殼體類(lèi)零件和發(fā)動(dòng)機(jī)部件，以及保險(xiǎn)杠、輪輞、轉(zhuǎn)向節(jié)、液壓泵體、制動(dòng)鉗、油缸及制動(dòng)盤(pán)等非發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件。而且今后有進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用的趨勢(shì)。26六月202414車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）變形鋁合金在汽車(chē)上主要用于制造保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、發(fā)動(dòng)機(jī)體、車(chē)門(mén)、行李箱蓋等車(chē)身面板，車(chē)輪的輪輻、輪轂罩、車(chē)輪外飾罩、制動(dòng)器總成的保護(hù)罩、消聲罩、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、熱交換器、車(chē)身框架、座椅骨架、車(chē)廂底板等結(jié)構(gòu)件以及儀表板等裝飾件。未來(lái)鋁合金材料發(fā)展包括滿(mǎn)足特定零部件使用要求的新合金開(kāi)發(fā)，成形性能與焊接性能優(yōu)良的高強(qiáng)度鋁合金開(kāi)發(fā)，開(kāi)展對(duì)具有相同力學(xué)性能、不同物理性能（密度和彈性模量）的可行性研究，研究合金熱力學(xué)性能對(duì)零部件性能的影響，開(kāi)發(fā)新型抗劃傷合金等。26六月202415車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（2）鎂合金。鎂是比鋁更輕的金屬材料，它可在鋁減重基礎(chǔ)上再減輕15%～20%。盡管鎂在當(dāng)前汽車(chē)用材中所占的比例不到1%，但是在輕量化的驅(qū)動(dòng)下，鎂材料技術(shù)開(kāi)發(fā)的力度不斷加大，它已步入快速階段。近年來(lái)，很多種轎車(chē)鑄件開(kāi)始采用鎂合金，以適應(yīng)汽車(chē)輕量化的要求。這些鎂合金鑄件包括：離合器外殼、發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼、變速箱外殼、變速箱上蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋、轉(zhuǎn)向盤(pán)、座椅支架、儀表盤(pán)框架、車(chē)門(mén)內(nèi)板、輪輞、轉(zhuǎn)向支架、制動(dòng)支架、氣門(mén)支架等，甚至還有缸蓋和缸體。有60多種零部件已采用或正在開(kāi)發(fā)應(yīng)用鎂合金。26六月202416車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（3）高強(qiáng)度鋼。高強(qiáng)度鋼是常規(guī)高強(qiáng)度鋼（屈服極限大于210MPa）、超高強(qiáng)度鋼（屈服極限大于550MPa）和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（AHSS）的總稱(chēng)。采用高強(qiáng)度鋼板，即可以減少汽車(chē)自身的質(zhì)量，又可以提高汽車(chē)的安全性和可靠性。高強(qiáng)度鋼材使用對(duì)象分為兩部分，一部分是汽車(chē)車(chē)身、減振及車(chē)輪用部件，另一部分是底盤(pán)和排氣系統(tǒng)。如需要具備防碰撞功能的零件，汽車(chē)門(mén)內(nèi)防撞梁，汽車(chē)前后保險(xiǎn)杠防撞板，車(chē)身A、柱B柱，發(fā)動(dòng)機(jī)支撐梁，儀表板支架，門(mén)檻加強(qiáng)板，汽車(chē)座椅骨架等車(chē)身部件；車(chē)輪輪輻和輪輞高強(qiáng)度鋼板；高強(qiáng)度彈簧、高碳傳動(dòng)軸管、高強(qiáng)度發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓等。汽車(chē)結(jié)構(gòu)件用各種特殊鋼強(qiáng)度一般都達(dá)到1000MPa，如汽車(chē)轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向扭桿等。26六月202417車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（4）塑料。塑料應(yīng)用于汽車(chē)始于19世紀(jì)60年代，主要用于汽車(chē)的內(nèi)飾件上，例如車(chē)內(nèi)頂棚、儀表板、轉(zhuǎn)向盤(pán)、車(chē)門(mén)內(nèi)板、座椅和扶手等，目的是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)內(nèi)飾柔軟化，使乘客有安全舒適感。到了20世紀(jì)70年代，能源危機(jī)促使汽車(chē)制造業(yè)開(kāi)始大量采用塑料，以減輕汽車(chē)自重，降低油耗。20世紀(jì)80年代以后，汽車(chē)零部件的塑料化得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了塑料覆蓋件、塑料功能件和結(jié)構(gòu)件。塑料在汽車(chē)中的應(yīng)用遍及所有總成，業(yè)內(nèi)習(xí)慣將他們分成內(nèi)裝飾件、外裝件和功能件（其他結(jié)構(gòu)件），汽車(chē)用塑料制品如圖4-1所示。表4-1列出了目前汽車(chē)中主要塑料零部件所用的材料，其中，主要車(chē)用塑料材料有PP、PUR、PVC、ABS、PA和PE。26六月202418車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）

圖4-1汽車(chē)用塑料制品26六月202419

車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）表4-1目前汽車(chē)的主要塑料零部件所用材料26六月202420應(yīng)用部位零部件主要品種外裝件保險(xiǎn)杠及面飾、車(chē)身板、照明系統(tǒng)、裝飾件（鏡座、門(mén)把手、側(cè)面飾條）PTO、PC、聚酯、PP、PUR、PA、SMC、PUR-RIM、熱塑性塑料、PC、丙烯酸樹(shù)脂、PA、PC、PS、ASA-AES、PVC、PP、聚酯、PUR內(nèi)裝件內(nèi)飾件、儀表板、轉(zhuǎn)向輪、空氣導(dǎo)管、其他（座椅、車(chē)頂蒙里、門(mén)內(nèi)板等）發(fā)泡PUR（用于減振）、PVC為基纖維、ABS、ABS/PC合金、PC、PP、改性PPE、PVC、SMA、PUR、PVC、混合PUR-RIM、ABS、PP、SMA、GMT、ABS、PC/ABS、PVC電氣零件盒、開(kāi)關(guān)插座、接頭、燈光系統(tǒng)、電路板、導(dǎo)線(xiàn)高耐熱聚苯乙烯、PP、聚酯、PA、聚酯、乙酰樹(shù)脂（開(kāi)關(guān)）、PPS、PBT、再生PET、PA、PPA、PVC傳動(dòng)系統(tǒng)軸承、CV接頭、U型接頭PA、乙酰樹(shù)脂燃料系統(tǒng)燃油箱、燃油管HDPE、PA底盤(pán)懸掛系統(tǒng)、制動(dòng)器乙酰樹(shù)脂、PA、PP芳香族聚酯胺纖維（制動(dòng)摩擦片）發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)聚酯、PA、PP（空氣清潔系統(tǒng)）、PA（進(jìn)氣歧管）、PA（散熱器）、PPS（水泵）車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（5）復(fù)合材料。復(fù)合材料是指將兩種或兩種以上物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)結(jié)合起來(lái)而制得的一種多相固體材料。復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、加工成型方便、彈性?xún)?yōu)良、耐化學(xué)腐蝕和耐候性好等特點(diǎn)。復(fù)合材料基于這些優(yōu)良性能，在現(xiàn)在的車(chē)身制造中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，特別是纖維增強(qiáng)材料應(yīng)用最廣、用量最大。在車(chē)身制造中應(yīng)用較多的纖維增強(qiáng)材料主要有：玻璃纖維增強(qiáng)材料、碳纖維增強(qiáng)材料和高彈性機(jī)體材料等。其中尤以玻璃纖維增強(qiáng)材料應(yīng)用最為廣泛。26六月202421車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）與碳纖維增強(qiáng)材料相比，雖然碳纖維增強(qiáng)材料的力學(xué)性質(zhì)更加穩(wěn)定，但其價(jià)格昂貴，使得碳纖維增強(qiáng)材料只是用于極少數(shù)的頂級(jí)乘用車(chē)或賽車(chē)上，而玻璃纖維增強(qiáng)材料的應(yīng)用卻較為普遍。玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中應(yīng)用最廣泛的是玻纖增強(qiáng)塑料；這也就是通常所說(shuō)的玻璃鋼，它是以不飽和聚酯為基體，以玻璃纖維及其制品增強(qiáng)的一種復(fù)合材料，可以代替鋼板來(lái)制造車(chē)身大型覆蓋件。26六月202422車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）2.零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)在輕量化材料應(yīng)用的過(guò)程中，零部件設(shè)計(jì)技術(shù)也得到相應(yīng)發(fā)展，主要表現(xiàn)在新的選材與設(shè)計(jì)理念的出現(xiàn)，面向新材料的零部件設(shè)計(jì)方法和規(guī)范的制定等。3.零部件制造技術(shù)針對(duì)新材料的應(yīng)用，國(guó)外開(kāi)發(fā)出了一系列先進(jìn)的零部件加工技術(shù)與設(shè)備，其中有很多已進(jìn)入工業(yè)化的應(yīng)用。他們主要包括各種先進(jìn)的成型技術(shù)、連接技術(shù)和表面處理技術(shù)。在成型技術(shù)方面，采用激光拼焊、液壓成型、氣體熱成型、電磁成型、半固態(tài)鑄造等技術(shù)，均可減少零件數(shù)量和材料消耗，降低整車(chē)重量。26六月202423車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）在連接技術(shù)方面，采用激光焊接鉚接與自沖鉚接粘結(jié)及復(fù)合連接等技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉚接、電阻電焊，可以提高連接質(zhì)量，工藝性好也降低了自重。在表面處理技術(shù)方面，采用微弧氧化、金屬鋁涂層、含氟協(xié)合涂層、氣相沉積、離子注入等方法，可使鎂合金表面處理理想，以提高鎂合金零部件的使用，從未減輕車(chē)重。

26六月202424車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）作為一次能源的地下石油，其貯藏量隨開(kāi)采量的不斷增長(zhǎng)而逐漸減少，油價(jià)不斷攀升，石油資源枯竭之日亦為期不遠(yuǎn)，石油汽車(chē)將面臨饑餓和死亡。為此，科學(xué)家不斷研究開(kāi)發(fā)新能源汽車(chē)，如混合動(dòng)力汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)、太陽(yáng)能汽車(chē)、燃?xì)馄?chē)、代用燃料汽車(chē)等。新能源汽車(chē)是指采用非常規(guī)的車(chē)用燃料作為動(dòng)力來(lái)源（或使用常

規(guī)的車(chē)用燃料、采用新型車(chē)載動(dòng)力裝置），綜合車(chē)輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車(chē)。新能源汽車(chē)包括混合動(dòng)力汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)、太陽(yáng)能汽車(chē)、燃?xì)馄?chē)、代用燃料汽車(chē)等。26六月202425三、新能源汽車(chē)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（一）混合動(dòng)力汽車(chē)1.混合動(dòng)力汽車(chē)的特點(diǎn)

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（HybridElectricVehicle，HEV）是在一輛汽車(chē)上同時(shí)配備電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輔助動(dòng)力單元（AuxiliaryPowerUnit，APU），其中APU是燃燒某種燃料的原動(dòng)機(jī)或由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組，目前HEV所采用的原動(dòng)機(jī)一般為柴油機(jī)、汽油機(jī)或燃汽輪機(jī)。汽車(chē)在不同位置或不同工況下使用不同的驅(qū)動(dòng)方式。26六月202426車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）例如：城市內(nèi)行駛使用——電能源，蓄電池驅(qū)動(dòng)；城間行駛使用——內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性可以達(dá)到3倍于傳統(tǒng)中型汽車(chē)，即每升燃油可行駛34km，折合3L/100km?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)既能發(fā)揮電驅(qū)動(dòng)汽車(chē)在城市里運(yùn)行時(shí)低排放、低噪聲的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又能保留內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)能長(zhǎng)距離運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，還可以利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電機(jī)回收汽車(chē)制動(dòng)能量。當(dāng)汽車(chē)起動(dòng)和爬坡時(shí)可以利用電機(jī)的輔助轉(zhuǎn)矩，使汽車(chē)配置的內(nèi)燃機(jī)排量減小。當(dāng)汽車(chē)在城市內(nèi)處于低速運(yùn)行時(shí)，可完全依靠電機(jī)運(yùn)行。在長(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中可利用內(nèi)燃機(jī)為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的蓄電池充電。26六月202427車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）2.混合動(dòng)力汽車(chē)的類(lèi)型HEV有三種類(lèi)型：串聯(lián)式，并聯(lián)式和混聯(lián)式。（1）串聯(lián)式HEV。由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，電能在控制器的調(diào)節(jié)下帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。發(fā)動(dòng)機(jī)始終在熱效率高而排放較低的單一最佳工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，單一工況運(yùn)轉(zhuǎn)也便于排氣后處理裝置始終保持高凈化率。低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率超過(guò)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的需要，多余的電能向蓄電池充電；而高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，除發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能外，電池組可提供額外的電能。但最高輸出功率要受到電機(jī)功率的限制，如圖所示。串聯(lián)圖4-2a串聯(lián)式式混合動(dòng)力車(chē)適于城區(qū)運(yùn)行的車(chē)輛，如公交汽車(chē)等。26六月202428車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（2）并聯(lián)式HEV。發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)可以分別獨(dú)立地向汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，而需要大功率時(shí)可以共同提供動(dòng)力，改進(jìn)了串聯(lián)系統(tǒng)最大功率不足的缺陷，如圖4-2b所示。并聯(lián)式混合動(dòng)力車(chē)比較適合于經(jīng)常在郊區(qū)和高速公路上行駛的車(chē)輛。26六月202429圖4-2b并聯(lián)式車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（3）混聯(lián)式HEV。通過(guò)一種行星齒輪系統(tǒng)組成的動(dòng)力分配裝置，將整個(gè)系統(tǒng)耦合在一起，根據(jù)行駛工況靈活采取串聯(lián)方式或并聯(lián)方式，以達(dá)到熱效率最高、排氣污染最低的效果。一般控制策略為：起步或低負(fù)荷行駛時(shí)，由電池電能驅(qū)動(dòng)；勻速行駛時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力；加速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與電池共同提供動(dòng)力；停車(chē)或滑行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)向電池充電；制動(dòng)和減速時(shí)通過(guò)能量回收系統(tǒng)向電池充電。串并聯(lián)靈活驅(qū)動(dòng)方式兼有串聯(lián)和并聯(lián)的特點(diǎn)，但控制系統(tǒng)最復(fù)雜。26六月202430圖4-2c混聯(lián)式車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）4）插電式混合動(dòng)力汽車(chē)。又稱(chēng)為外接充電式混合動(dòng)力汽車(chē)，是指汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力由驅(qū)動(dòng)電機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)或單獨(dú)供給，并且可由外部提供電能進(jìn)行充電，純電動(dòng)模式下續(xù)駛里程符合我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的汽車(chē)。

26六月202431車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（二）電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)汽車(chē)是指以電力驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛。電力可以從高架電線(xiàn)網(wǎng)上獲取，如無(wú)軌電車(chē)、有軌電車(chē)，也可以從移動(dòng)電源（蓄電池）獲取。本文主要是指從蓄電池獲取電能，在道路上行駛的電動(dòng)汽車(chē)，俗稱(chēng)純電動(dòng)汽車(chē)或蓄電池電動(dòng)汽車(chē)。1.電動(dòng)汽車(chē)與燃油汽車(chē)的區(qū)別兩者的主要區(qū)別是在能源、動(dòng)力、速度控制、傳動(dòng)等方面，見(jiàn)表4-226六月202432車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）表4-2電動(dòng)汽車(chē)與燃油汽車(chē)的主要區(qū)別26六月202433名稱(chēng)燃油汽車(chē)電動(dòng)汽車(chē)能源系統(tǒng)汽油或柴油燃料電池或蓄電池動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)變速器離合器調(diào)速控制器傳動(dòng)系統(tǒng)變速器離合器傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)橋車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）2.電動(dòng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)原理電動(dòng)汽車(chē)的能量傳遞如圖4-3所示。圖4-3電動(dòng)汽車(chē)的能量傳遞26六月202434車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）當(dāng)汽車(chē)行駛時(shí)，由蓄電池輸出電能（電流）通過(guò)控制器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)車(chē)輪前進(jìn)或后退。電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程與蓄電池容量有關(guān)，蓄電池容量受諸多因素限制。要提高一次充電續(xù)駛里程，必須盡可能地節(jié)省蓄電池的能量。電動(dòng)汽車(chē)主要由電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)3部分組成。（1）電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。主要包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和車(chē)輪等。它的功用是將存儲(chǔ)在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車(chē)輪的動(dòng)能，并能夠在汽車(chē)減速制動(dòng)時(shí)，將車(chē)輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能充入蓄電池。26六月202435車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（2）電源系統(tǒng)。主要包括電源、能量管理系統(tǒng)和充電機(jī)等。它的功用是向電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電能、監(jiān)測(cè)電源使用情況以及控制充電機(jī)向蓄電池充電。（3）輔助系統(tǒng)。主要包括輔助動(dòng)力源、空調(diào)器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、刮水器、收音機(jī)以及照明和除霜裝置等。輔助系統(tǒng)除輔助動(dòng)力源外，其余的依據(jù)車(chē)型不同而不同。3.電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)主要關(guān)鍵技術(shù)有：電動(dòng)汽車(chē)及控制技術(shù)、電池及管理技術(shù)、整車(chē)控制技術(shù)、整車(chē)輕量化技術(shù)、充電技術(shù)等。26六月202436車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（三）燃料電池汽車(chē)采用燃料電池作為電源的電動(dòng)汽車(chē)稱(chēng)為燃料電池汽車(chē)。燃料電池汽車(chē)一般以質(zhì)子交換膜燃料電池作為車(chē)載能量源。（1）燃料電池汽車(chē)的類(lèi)型1）按燃料特點(diǎn)不同分?？煞譃橹苯尤剂想姵仄?chē)和重整燃料電池汽車(chē)。直接燃料電池汽車(chē)的燃料主要是氫氣。直接燃料電池汽車(chē)排放無(wú)污染，被認(rèn)為是最理想的汽車(chē)，但存在氫的制取和存儲(chǔ)困難等問(wèn)題。重整燃料電池汽車(chē)的燃料主要有汽油、天然氣、甲醇、甲烷、液化石油氣等。其結(jié)構(gòu)比氫燃料電池汽車(chē)復(fù)雜得多。26六月202437車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）2）按燃料氫的存儲(chǔ)方式不同分。可分為壓縮氫燃料電池汽車(chē)、液氫燃料電池汽車(chē)和合金（碳納米管）吸附氫燃料電池汽車(chē)。3）按“多電源”的配置不同分。可分為純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)（PFC）的燃料電池汽車(chē)，燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+B）的燃料電池汽車(chē)，燃料電池與超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+C）的燃料電池汽車(chē)以及燃料電池與輔助蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+B+C）的燃料電池汽車(chē)，如圖4-5所示。26六月202438車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（2）燃料電池汽車(chē)的基本組成燃料電池汽車(chē)主要由貯氫罐、燃料電池組、電機(jī)控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、超級(jí)電容或輔助蓄電池及熱交換器等部件組成，如圖4-4所示。26六月202439圖4-4燃料電池汽車(chē)的基本組成a）布置示意圖b）實(shí)物圖

a)

b)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（3）燃料電池汽車(chē)的工作原理作為燃料的氫在汽車(chē)搭載的燃料電池中，與大氣中的氧氣發(fā)生氧化還原化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生出電能來(lái)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)汽車(chē)中的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而帶動(dòng)汽車(chē)的前橋（或后橋）等行走機(jī)械結(jié)構(gòu)工作，從而驅(qū)動(dòng)汽車(chē)前進(jìn)，如圖4-5所示。26六月202440圖4-5燃料電池汽車(chē)的工作原理車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）燃料電池汽車(chē)是電動(dòng)汽車(chē)的一種，其核心部件燃料電池。通過(guò)氫氣和氧氣的化學(xué)作用，而不是經(jīng)過(guò)燃燒，直接變成電能動(dòng)力。燃料電池雖然稱(chēng)電池但不是電池，而是相當(dāng)于一臺(tái)氫燃料發(fā)電機(jī)。它由正極、負(fù)極和夾在正負(fù)極中間的電解質(zhì)板所組成。燃料電池的反應(yīng)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生極少的二氧化碳和氮氧化物，副產(chǎn)品主要產(chǎn)生水，因此被稱(chēng)為綠色新型環(huán)保汽車(chē)。燃料電池汽車(chē)的氫燃料能通過(guò)幾種途徑得到。有些汽車(chē)直接攜帶著純氫燃料，另外一些汽車(chē)有可能裝有燃料重整器，能將烴類(lèi)燃料轉(zhuǎn)化為富氫氣體。單個(gè)的燃料電池必須結(jié)合成燃料電池組，以便獲得必需的動(dòng)力，滿(mǎn)足汽車(chē)使用的要求。26六月202441車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（4）燃料電池汽車(chē)的特點(diǎn)與傳統(tǒng)汽車(chē)相比，燃料電池汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率高、不需要石油燃料且穩(wěn)定性和可靠性高于內(nèi)燃機(jī)；零排放或近似零排放；汽車(chē)的性能接近內(nèi)燃機(jī)方式驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)水平；減少了機(jī)油泄漏帶來(lái)的水污染；降低了溫室氣體的排放；提高了燃油經(jīng)濟(jì)性；提高了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、無(wú)噪聲。與傳統(tǒng)汽車(chē)相比，燃料電池汽車(chē)的缺點(diǎn)是：燃料種類(lèi)單一；要求高質(zhì)量的密封；造價(jià)太高；需要配備輔助電池系統(tǒng)。（5）燃料電池汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)燃料電池汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)主要有包括燃料電池技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、控制器技術(shù)，這3項(xiàng)技術(shù)也是一直制約燃料電池汽車(chē)大規(guī)模進(jìn)入市場(chǎng)的關(guān)鍵因素。26六月202442車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（四）太陽(yáng)能汽車(chē)太陽(yáng)能汽車(chē)是利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，并利用該電能作為能源驅(qū)動(dòng)行駛的汽車(chē)，是電動(dòng)汽車(chē)的一種。1.太陽(yáng)能汽車(chē)的特點(diǎn)太陽(yáng)能汽車(chē)的能源來(lái)自太陽(yáng)，是真正的綠色能源汽車(chē)，其特點(diǎn)如下：（1）節(jié)約能源。（2）能源利用率高：太陽(yáng)能汽車(chē)很少通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)傳遞能量，可以防止能量損耗。同時(shí)又通過(guò)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的能量利用率又非常高。（3）減少環(huán)境污染：太陽(yáng)能汽車(chē)消耗的能量是電能，不產(chǎn)生廢氣。（4）靈活、操控性好：由于太陽(yáng)能汽車(chē)中很多部件都是電子部件，所以可以保證很好的操作性。26六月202443車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）26六月2024442.太陽(yáng)能汽車(chē)的工作原理太陽(yáng)能車(chē)的基本原理（圖4-6）：首先車(chē)身表面的太陽(yáng)能電池鑲嵌板把太阻能轉(zhuǎn)化為電能，此電能通過(guò)峰值功率跟蹤器給負(fù)荷供給能量。從峰值功率跟蹤器出來(lái)的電能給電動(dòng)機(jī)的速度控制裝置及蓄電池供電，使電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。一般情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩通過(guò)側(cè)鏈等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和減速機(jī)構(gòu)傳到車(chē)輪上，使車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。圖4-6太陽(yáng)能汽車(chē)基本工作原理與外形車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）3.太陽(yáng)能汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)的應(yīng)用技術(shù)涉及光電、電機(jī)、電子、控制、汽車(chē)工程、機(jī)械、化學(xué)等各個(gè)方面。作為電動(dòng)車(chē)密不可分的一部分，其應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)可以歸納為五個(gè)主要方面：光電技術(shù)、車(chē)體技術(shù)、電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)、儲(chǔ)能電池技術(shù)和能量管理系統(tǒng)技術(shù)。26六月202445車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（五）代用燃料汽車(chē)1.代用燃料的種類(lèi)所謂代用燃料是指能夠取代或部分取代目前內(nèi)燃機(jī)傳統(tǒng)燃料（汽油、柴油、煤油）的燃料。能作為內(nèi)燃機(jī)實(shí)際使用的代用燃料要求發(fā)動(dòng)機(jī)本身不應(yīng)做大的改動(dòng)即能利用，應(yīng)有足夠的資源，加工、運(yùn)輸、使用和保管比較方便且安全可靠，使用代用燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性、耐久性和可靠性不應(yīng)降低。代用燃料很廣泛，可分為氣體代用燃料和液體代用燃料。氣體代用燃料主要有：天然氣、液化石油氣、氫氣等。液體代用燃料主要有：乙醇、甲醇、二甲醚、生物柴油等。26六月202446車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）26六月2024472.天然氣汽車(chē)按照所使用天然氣燃料狀態(tài)的不同，天然氣汽車(chē)可以分為壓縮天然氣（CNG）汽車(chē)和液化天然氣（LNG）汽車(chē)。目前世界上使用較多的是壓縮天然氣汽車(chē)。按照燃料使用狀況的不同，天然氣汽車(chē)可分為專(zhuān)用燃料天然氣汽車(chē)、兩用燃料天然氣汽和雙燃料天然氣汽車(chē)。天然氣汽車(chē)與普通燃油汽車(chē)相比，在結(jié)構(gòu)上主要增加了燃?xì)夤┙o系統(tǒng)。天然氣供給系統(tǒng)由儲(chǔ)氣部件供氣部件控制部件和燃料轉(zhuǎn)換部件組成。天然氣汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)有：加氣站技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、氣瓶技術(shù)、混合控制技術(shù)。圖4-7天然汽車(chē)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）3.液化石油氣汽車(chē)以液化石油氣為燃料的汽車(chē)稱(chēng)為液化石油氣汽車(chē)。液化石油氣汽車(chē)與燃油汽車(chē)相比，其特性見(jiàn)表4-3。表4-3液化石油氣汽車(chē)特性比較26六月202448優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)減少污染汽車(chē)動(dòng)力性有所下降有較好的抗爆性低溫啟動(dòng)性能變差低溫起動(dòng)性好續(xù)駛里程較短經(jīng)濟(jì)性好汽車(chē)以雙燃料方式并存時(shí)，整車(chē)成本較高安全性好補(bǔ)給液化石油氣不方便車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）4.氫氣汽車(chē)氫能汽車(chē)是以氫為主要能量作為移動(dòng)的汽車(chē)，氫燃料汽車(chē)是在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上加以修改后可以直接用氫為燃料燃燒，產(chǎn)生動(dòng)力。氫燃料燃燒產(chǎn)物只有H2O和NOx，不會(huì)產(chǎn)生顆粒、積炭等，從而大大減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損，減輕了潤(rùn)滑油被污染的程度，可以認(rèn)為氫是發(fā)動(dòng)機(jī)最清潔的燃料，氫燃料汽車(chē)不污染環(huán)境，是一種環(huán)境友好的綠色交通工具。缺點(diǎn)是氫燃燒效率低，大約只有38%，且由于氫燃料熱值高、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤旌椭鸱秶鷮挼?，氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)容易出現(xiàn)早燃、回火、敲缸、負(fù)荷高以及NOx排放偏高等情況。26六月202449車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）5.甲醇汽車(chē)甲醇燃料汽車(chē)是指利用甲醇燃料做能源驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)。甲醇作為燃料在汽車(chē)上的應(yīng)用主要有摻燒和純甲醇替代兩種。摻燒是指將甲醇以不同的比例（如M10、M15、M30等）摻入汽油中，作為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，一般稱(chēng)為甲醇汽油；純甲醇替代是指將高比例甲醇（如M85、M100）直接用作汽車(chē)燃料。26六月202450車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）甲醇汽油是指把甲醇部分添加在汽油里，用甲醇燃料助溶劑復(fù)配的M系列混合燃料。目前我國(guó)市場(chǎng)上使用的甲醇汽油主要有M5、M15、M50、M85以及M100等。甲醇作為車(chē)用燃料有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）辛烷值高，能顯著提高燃料的混合辛烷值，增強(qiáng)抗爆性能，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。（2）甲醇是高含氧量物質(zhì)，它在氣缸內(nèi)完全燃燒時(shí)所需要的過(guò)量空氣系數(shù)可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于燃用汽油時(shí)所要求的值，燃燒更為充分。（3）揮發(fā)性好于與空氣的混合。26六月202451車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（4）可顯著降低尾氣排放。（5）在高油價(jià)、低甲醇價(jià)格情況下，經(jīng)濟(jì)上甲醇燃料占有很大優(yōu)勢(shì)。（6）靈活性高，經(jīng)改裝后的甲醇燃料汽車(chē)，可燃用甲醇，也可燃用汽油及兩者任意比例的混合物，不受油品和加油站的限制。（7）使用方便，對(duì)于現(xiàn)有的汽油車(chē)，無(wú)需任何改動(dòng)裝置，既可以使用汽油，也可以使用低比例甲醇汽油。26六月202452車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）6.乙醇汽車(chē)乙醇汽車(chē)是指使用車(chē)用乙醇汽油作為主要的動(dòng)力燃料的機(jī)動(dòng)車(chē)。乙醇燃料已成為國(guó)際上普遍公認(rèn)可降低環(huán)境污染和取代化石燃料的主要資源。為此，世界上一些知名的汽車(chē)巨頭紛紛把目光投向乙醇汽車(chē)的研發(fā)和推廣上。車(chē)用乙醇汽油是指在汽油組分油中，按體積比加入一定比例（中國(guó)暫按10%）的變性燃料乙醇混配而成的一種新型清潔車(chē)用燃料。26六月202453車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）乙醇汽油的特性和優(yōu)點(diǎn)：首先能增加汽油中的氧含量，使燃燒更充分，徹底有效地降低了尾氣中有害物質(zhì)的排放；第二，有效提高汽油的標(biāo)號(hào)，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)；第三，有效消除火花塞、氣門(mén)、活塞頂部及排氣管、消聲器部位積炭的形成，可以延長(zhǎng)主要部件的使用壽命。巴西環(huán)境部發(fā)布了一項(xiàng)研究報(bào)告，宣稱(chēng)使用乙醇作燃料驅(qū)動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)生的有害污染物并不比普通汽油少。26六月202454車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）7.二甲醚汽車(chē)二甲醚汽車(chē)是指使用二甲醚作為動(dòng)力燃料的機(jī)動(dòng)車(chē)。二甲醚作為環(huán)保、清潔、安全的新型替代能源，已經(jīng)得到國(guó)際社會(huì)的公認(rèn)。二甲醚是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的理想替代品。二甲醚汽車(chē)具有節(jié)能環(huán)保安全性高燃燒效率高等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)我國(guó)自然條件和“富煤、少油、有氣”的能源資源特色，發(fā)展?jié)崈裟茉炊酌?，?duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)平衡具有重大戰(zhàn)略意義。26六月202455車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）8.生物柴油汽車(chē)生物柴油汽車(chē)是指以生物柴油作為動(dòng)力的一種新型新能源柴油車(chē)。柴油作為一種重要的石油鏈煉制產(chǎn)品，在各國(guó)燃料結(jié)構(gòu)中占有較高的份額，以成為重要的動(dòng)力燃料。隨著世界范圍內(nèi)車(chē)輛柴油化趨勢(shì)的加快，未來(lái)柴油的需求量會(huì)愈來(lái)愈大，而石油資源的日益枯竭和人們環(huán)保意識(shí)的提高，大大促進(jìn)了世界各國(guó)加快柴油替代燃料的開(kāi)發(fā)步伐。由于生物柴油燃燒時(shí)排放的二氧化碳遠(yuǎn)低于該植物生長(zhǎng)過(guò)程中所吸收的二氧化碳，從而改善由于二氧化碳的排放而導(dǎo)致的全球變暖這一有害于人類(lèi)的重大環(huán)境問(wèn)題。因而，生物柴油是一種綠色柴油。生物柴油以其優(yōu)越的環(huán)保性能受到了各國(guó)的重視。26六月202456車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）生物柴油車(chē)具有優(yōu)良的環(huán)保特性、較好的低溫發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能、較好的潤(rùn)滑性能、較好的安全性能、良好的燃料性能、可再生性能等優(yōu)點(diǎn)。因此，生物柴油汽車(chē)是今年汽車(chē)節(jié)能環(huán)保發(fā)展的主要方向之一。26六月202457車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）第二節(jié)汽車(chē)減排技術(shù)26六月202458車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的迅猛發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，汽車(chē)保有量的急劇增加，我國(guó)的大部分城市的霧霾天氣增多，PM2.5值攀升，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，汽車(chē)是造成環(huán)境污染的主要因素之一。為此，汽車(chē)減排是目前熱點(diǎn)問(wèn)題之一，人們提出了許多防治汽車(chē)尾氣污染的控制措施。為了治理環(huán)境污染，各國(guó)根據(jù)大氣環(huán)境污染的具體情況，制定有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律與大氣污染治理目標(biāo)，對(duì)各種污染源的排放提出控制要求，針對(duì)不同類(lèi)型的機(jī)動(dòng)車(chē)制定出不同的排放標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)是要求強(qiáng)制性執(zhí)行的，因而也稱(chēng)為排放法規(guī)。26六月202459一、汽車(chē)減排的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）排放法規(guī)由一系列各種污染物的限值組成，還包括檢測(cè)、認(rèn)證和強(qiáng)制執(zhí)行的方法，其每一部分內(nèi)容互相聯(lián)系，互相一致。當(dāng)今世界上主要有三種排放法規(guī)體系，即美國(guó)、歐洲和日本的排放法規(guī)體系。這些汽車(chē)排放法規(guī)已成為汽車(chē)設(shè)計(jì)與制造的準(zhǔn)則、汽車(chē)強(qiáng)制性認(rèn)證的主要依據(jù)和汽車(chē)產(chǎn)品國(guó)際貿(mào)易的保障。與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)汽車(chē)尾氣排放法規(guī)起步較晚、水平較低，根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，從八十年代初期開(kāi)始采取了先易后難分階段實(shí)施的具體方案，其具體實(shí)施至今主要分為六個(gè)階段。26六月202460車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）26六月202461車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）第一階段：GB18352.1-2001《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法(I)》，等效采用歐盟93/59/EC指令，參照采用98/77/EC指令部分技術(shù)內(nèi)容，等同于歐1標(biāo)準(zhǔn)，從2001年4月16日發(fā)布并實(shí)施國(guó)Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)。第二階段：GB18352.2—2001《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法(Ⅱ)》，等效采用歐盟96⑽69/EC指令，參照采用98⑽77⑽EC指令部分技術(shù)內(nèi)容，等同于歐2標(biāo)準(zhǔn)，從2004年7月1日起實(shí)施國(guó)Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)。第三階段：GB18352.3-2005《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)Ⅲ、Ⅳ階段)》，國(guó)Ⅲ部分等同于歐3標(biāo)準(zhǔn)，于2007年7月1日實(shí)施國(guó)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)。26六月202462車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）第四階段：GB18352.3-2005《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)Ⅲ、Ⅳ階段)》，國(guó)Ⅳ部分等同于歐4標(biāo)準(zhǔn)，從2015年1月1日起全國(guó)統(tǒng)一實(shí)施國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)。第五階段：2013年9月17日，環(huán)保部發(fā)布《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第五階段）》（GB18352.5-2013）。從2017年1月1日起，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)將全面實(shí)施國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)。第六階段：2016年發(fā)布了第六階段（國(guó)Ⅵ）的排放標(biāo)準(zhǔn)GB18352.6-2016《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》，相比國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)，其限值加嚴(yán)了30%~50%。自2019年7月1日起，所有銷(xiāo)售和注冊(cè)登記的輕型汽車(chē)應(yīng)符合國(guó)Ⅵa標(biāo)準(zhǔn)限值要求。自2023年7月1日起，所有銷(xiāo)售和注冊(cè)登記的輕型汽車(chē)應(yīng)符合國(guó)Ⅵb標(biāo)準(zhǔn)限值要求。在歐洲，2000年起開(kāi)始實(shí)施歐3標(biāo)準(zhǔn)，2005年起開(kāi)始實(shí)施歐4標(biāo)準(zhǔn)，2009年起開(kāi)始實(shí)施歐5標(biāo)準(zhǔn)，2014年起開(kāi)始實(shí)施歐6標(biāo)準(zhǔn)，歐7標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)間還未確定。26六月202463車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）降低汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排放主要從機(jī)內(nèi)凈化與機(jī)外凈化方面進(jìn)行。（一）汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)降低汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的關(guān)鍵是從汽油機(jī)內(nèi)部解決，其主要技術(shù)有：電子控制汽油噴射技術(shù)、電控點(diǎn)火系統(tǒng)、可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)、可變長(zhǎng)度進(jìn)氣歧管、廢氣再循環(huán)技術(shù)、進(jìn)氣增壓技術(shù)、均質(zhì)充量壓燃技術(shù)、多氣門(mén)技術(shù)、缸內(nèi)直噴技術(shù)、可變壓縮比、停缸技術(shù)、OBD診斷技術(shù)等。26六月202464二、汽油機(jī)排放控制技術(shù)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）26六月2024651.電子控制汽油噴射技術(shù)電子控制汽油噴射系統(tǒng)采用多種傳感器，將發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、吸入空氣量、冷卻水溫、排放狀態(tài)、燃燒狀況等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并輸入到電子控制單元。電子控制單元按給定程序和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對(duì)這些電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，發(fā)出相應(yīng)的指令（電信號(hào)）驅(qū)動(dòng)噴油器。噴油器開(kāi)閉時(shí)刻、次數(shù)及時(shí)間等受到嚴(yán)格控制，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得能夠適應(yīng)各種工況的最佳混合氣。圖4-8電子控制汽油噴射系統(tǒng)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）電子控制汽油噴射系統(tǒng)節(jié)能減排的基本原理：（1）用ECU來(lái)控制每循環(huán)的噴油量和噴油時(shí)刻，可按各種工況的要求用ECU來(lái)控制每循環(huán)的噴油量和噴油時(shí)刻，對(duì)燃油量進(jìn)行校正，其廢氣排放指標(biāo)比化油器汽油機(jī)好得多。（2）每缸采用單獨(dú)噴油器供油，這樣，可提高各缸空燃比的均勻性和噴油量的精確性。（3）燃油霧化特性是由噴油器的特性決定的，與汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。因此，起動(dòng)時(shí)仍能保持良好的霧化特性，起動(dòng)性能良好，且起動(dòng)時(shí)HC排放量少。26六月202466車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）2.電控點(diǎn)火系統(tǒng)在汽油機(jī)中，點(diǎn)火系統(tǒng)的任務(wù)是提供足夠能量的電火花適時(shí)的點(diǎn)燃燃燒室內(nèi)的混合氣。點(diǎn)火系統(tǒng)的性能，如點(diǎn)火正時(shí)和點(diǎn)火能量對(duì)汽油機(jī)的燃燒有很重要的影響，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和排放。為使汽油機(jī)高效節(jié)能、動(dòng)力強(qiáng)勁、排放低，要求點(diǎn)火可靠、正時(shí)優(yōu)化?，F(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)上普遍采用高能點(diǎn)火系統(tǒng)，其點(diǎn)火電壓已高達(dá)30～40kV，火花塞間隙已達(dá)l～1.5mm，能保證可靠點(diǎn)火，增大火花強(qiáng)度，延長(zhǎng)火花持續(xù)時(shí)間，從而改善了混合氣燃燒過(guò)程，降低了HC排放。26六月202467車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）電控點(diǎn)火系統(tǒng)可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷以及節(jié)氣門(mén)開(kāi)度冷卻液溫度進(jìn)氣溫度爆燃等信號(hào)可對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，從而可有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率和有害排放物。26六月202468車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）3.可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位和升程是固定的，不能使各種工況下都得到最佳的配氣正時(shí)?？勺儦忾T(mén)定時(shí)技術(shù)（VariableValveTiming，VVT）指的是發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)升程和配氣相位定時(shí)可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況作實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)。VVT技術(shù)可分為3種：可變相位技術(shù)、可變升程技術(shù)以及可變相位和升程技術(shù)。代表性的VVT技術(shù)是本田公司的VTEC、豐田公司的VVT-i以及寶馬公司的Valvetronic技術(shù)。這一技術(shù)使發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)師無(wú)需再在低速轉(zhuǎn)矩與高速功率之間作抉擇，實(shí)時(shí)的氣門(mén)定時(shí)調(diào)整使得同時(shí)顧及低速轉(zhuǎn)矩與高速功率成為可能。26六月202469車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）連續(xù)可變氣門(mén)定時(shí)技術(shù)加上先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略，可以巧妙地實(shí)現(xiàn)可變壓縮比。在大負(fù)荷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)容易發(fā)生自燃引起的爆燃，通過(guò)推遲進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉的時(shí)間來(lái)達(dá)到降低有效壓縮比的目的，從而避免爆燃。在中小負(fù)荷時(shí)，爆燃不再是個(gè)問(wèn)題，可以通過(guò)調(diào)整氣門(mén)關(guān)閉時(shí)間達(dá)到提高有效壓縮比的目的，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在中小負(fù)荷時(shí)有優(yōu)異的熱效率?？勺儦忾T(mén)技術(shù)也可使汽油機(jī)排放品質(zhì)達(dá)到更好的水平。發(fā)動(dòng)機(jī)采用可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)可以提高進(jìn)氣充量，使充量系數(shù)增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率可以得到進(jìn)一步的提高。它的特點(diǎn)是在大幅提高了燃油的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，但對(duì)油品的要求十分苛刻。幾種可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)如圖4-11所示。26六月202470車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）

（a）本田VTEC（b）豐田VVT-i（c）寶馬Valvetronic圖4-9幾種可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)26六月202471

車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）4.可變長(zhǎng)度進(jìn)氣歧管發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道是連接進(jìn)氣門(mén)和進(jìn)氣總管的，進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)的形狀也能直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。圖4-10所示為可變長(zhǎng)度進(jìn)氣歧管?？勺冮L(zhǎng)度進(jìn)氣歧管的工作原理是：隨著進(jìn)氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，在進(jìn)氣管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生壓波動(dòng)，形成吸氣波和壓力波，并以聲速傳播，進(jìn)氣管的長(zhǎng)度必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而調(diào)整，以保證最高壓力波在進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉以前到達(dá)進(jìn)氣門(mén)，從而提高進(jìn)氣量。發(fā)動(dòng)機(jī)電腦根據(jù)轉(zhuǎn)速信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)馬達(dá)來(lái)調(diào)整歧管開(kāi)度，從而改變歧管長(zhǎng)度。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度，低速時(shí)使用長(zhǎng)進(jìn)氣歧管來(lái)提高進(jìn)氣量，增大轉(zhuǎn)矩，高速時(shí)，使用短進(jìn)氣歧管來(lái)提高進(jìn)氣量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。26六月202472車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）圖4-10可變長(zhǎng)度進(jìn)氣歧管26六月202473車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）26六月2024745.廢氣再循環(huán)技術(shù)廢氣再循環(huán)技術(shù)是控制氮氧化合物排放的主要措施，它將汽油機(jī)排出的一部分廢氣重新引入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)，與混合氣一起再進(jìn)入汽缸燃燒。廢氣混入的多少用EGR率表示，其定義如下：

NOx是在高溫和富氧條件下N2和O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物。燃燒溫度和氧濃度越高，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，NOx的生成物也越多。圖4-11廢氣再循環(huán)系統(tǒng)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）一方面廢氣對(duì)新氣的稀釋作用意味著降低了氧濃度；另一方面，考慮到除怠速外的其他工況下的CO、HC和NOx濃度均小于1%，廢氣中的主要成分為N2、CO2，和H2O，而且三原子氣體的比熱較高，從而提高了混合氣的比熱容，加熱這種經(jīng)過(guò)廢氣稀釋后的混合氣所需要的熱量也隨之增大，在燃料燃燒放出的熱量不變的情況下最高燃燒溫度可以降低。從而可使NOx在燃燒過(guò)程中的生成受到抑制，明顯的降低NOx的排放。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)如圖4-11所示。26六月202475車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）

6.進(jìn)氣增壓技術(shù)在汽油機(jī)中，燃料所供能量中有20%～45%是由排氣帶走的，對(duì)于非增壓汽油機(jī)可取上述百分比范圍的低限值，對(duì)高增壓汽油機(jī)可取高限值。例如，一臺(tái)平均有效壓力為1.8MPa的高增壓中速四沖程汽油機(jī)，燃料中將近47%的能量傳給活塞做功，約10%的能量通過(guò)汽缸壁散失掉，約43%的能量隨排氣流出汽缸。增壓技術(shù)的作用就在于利用這部分排氣能量，使它轉(zhuǎn)換為壓縮空氣的有效功以增加汽油機(jī)的充氣量。增壓對(duì)提高汽油機(jī)功率和改善其燃油經(jīng)濟(jì)性及排放都有積極意義。26六月202476車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）所謂增壓，就是利用增壓器將空氣或可燃混合氣預(yù)先進(jìn)行壓縮，再送入汽油機(jī)汽缸的過(guò)程。增壓后，雖然汽缸的工作容積不變，但每循環(huán)進(jìn)入汽缸的新鮮空氣或混合氣充量密度增大，使實(shí)際混合氣充量增加，因此不僅可使燃料燃燒更加充分，還可增加每循環(huán)的燃料添加量，從而達(dá)到提高汽油機(jī)功率和經(jīng)濟(jì)性，改善排放性能的目的。增壓比是指增壓后氣體壓力與增壓前氣體壓力之比。汽油機(jī)增壓通常有機(jī)械增壓、廢氣增壓、氣波增壓、復(fù)合增壓等類(lèi)型。26六月202477（a）機(jī)械增壓（b）渦輪增壓（c）氣波增壓（d）復(fù)合增壓圖4-12汽油機(jī)增壓方式車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）7.均質(zhì)充量壓燃技術(shù)（HCCI）均質(zhì)充量壓縮燃燒（HomogeneousChargeCompressionIgnition，HCCI）是一種全新的內(nèi)燃機(jī)燃燒概念，既不同于柴油機(jī)（非均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)燃），又不同于汽油機(jī)（均質(zhì)充量火花點(diǎn)燃），是一種火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)概念的混合體。26六月202478車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）HCCI是一種預(yù)混合燃燒和低溫燃燒相結(jié)合的新型燃燒方式：在進(jìn)氣過(guò)程形成均質(zhì)的混合氣，當(dāng)壓縮到上止點(diǎn)附近時(shí)均質(zhì)混合氣自燃著火。由于不受燃油和氧化物分離面處混合比的限制，也沒(méi)有點(diǎn)火式燃燒的局部高溫反應(yīng)區(qū)，使得N2和微粒（PM）排放很低，而且具有較高的熱效率。HCCI汽油機(jī)與傳統(tǒng)汽油機(jī)、柴油機(jī)的比較如圖4-15所示。26六月202479車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）8.多氣門(mén)技術(shù)以前的汽油機(jī)每個(gè)氣缸只有兩個(gè)氣門(mén)（進(jìn)、排氣門(mén)各一個(gè)），如果每個(gè)氣缸多于兩個(gè)氣門(mén)，就稱(chēng)為多氣門(mén)汽油機(jī)（圖4-14）。圖4-14多氣門(mén)技術(shù)26六月202480車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）采用多氣門(mén)汽油機(jī)的節(jié)能減排機(jī)理是：（1）擴(kuò)大進(jìn)、排氣門(mén)的總流通截面積，增大汽油機(jī)的進(jìn)、排氣量，降低泵氣損失，使汽油機(jī)的燃燒更徹底，功率提高。（2）可實(shí)現(xiàn)關(guān)閉部分通道，形成與汽油機(jī)轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的進(jìn)氣滾流強(qiáng)度，拓寬汽油機(jī)的高效工作轉(zhuǎn)速范圍。低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)采用上述方法，可使進(jìn)氣滾流強(qiáng)度比高速時(shí)更強(qiáng)，提高了低速時(shí)的混合氣質(zhì)量，使燃燒更充分，功率也得到提升。26六月202481車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（3）氣門(mén)增多，則氣門(mén)變小變輕，不但允許氣門(mén)以更快的速度開(kāi)啟和關(guān)閉，增大了氣門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間斷面值，而且使相鄰氣門(mén)之間被浪費(fèi)的燃燒室面積大為減少，從而增加了燃燒室表面積利用率，氣門(mén)流通總面積增加。（4）由于多氣門(mén)改善了進(jìn)氣能力，因此進(jìn)、排氣重疊角可以減小，從而有效降低了小負(fù)荷工況時(shí)的排放，再者，多氣門(mén)排氣阻力小，進(jìn)氣量大，掃除缸內(nèi)廢氣效果提升。采用多氣門(mén)技術(shù)，不僅能夠有效降低汽油機(jī)的主要排放物，并且有效提升動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，因此多氣門(mén)技術(shù)目前已被廣泛應(yīng)用。26六月202482車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）9.缸內(nèi)直噴技術(shù)（GDI）開(kāi)發(fā)車(chē)用具有汽油機(jī)優(yōu)點(diǎn)同時(shí)具有柴油機(jī)部分負(fù)荷高燃油經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)是主要的研究目標(biāo)。以缸內(nèi)直噴汽油機(jī)（GasolineDirectInjection，GDI）為代表的新型混合氣形成模式的研究和應(yīng)用，極大地提高了汽油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，有效地控制NOx和HC的排放。直噴式發(fā)動(dòng)機(jī)（缸內(nèi)噴注式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)）與一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別在于汽油噴射的位置。26六月202483車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）GDI裝置引進(jìn)了柴油機(jī)直接將柴油噴入缸內(nèi)的理念直接在缸內(nèi)噴射汽油，利用缸內(nèi)氣體流動(dòng)與空氣混合組織形成分層燃燒（圖4-15）。汽油直噴入缸內(nèi)有利于汽油的霧化，使汽油和空氣更好地混合，燃燒更為完全。另外進(jìn)氣管道中沒(méi)有狹窄的喉管，空氣流動(dòng)的阻力小，充氣性能好，因此輸出的功率也較大。噴油嘴噴油后大部分油霧都集中在活塞的凹坑中，靠進(jìn)氣系統(tǒng)形成渦流帶動(dòng)油霧在缸內(nèi)形成混合氣，與周?chē)南^(qū)形成分層氣體，雖然混合比達(dá)到40:1，但高壓旋轉(zhuǎn)噴射器噴射出霧狀汽油，在壓縮沖程后期的點(diǎn)火前夕，被氣體的縱渦流融合成球狀霧化體，形成一種以火花塞為中心，由濃到稀的層狀混合氣狀態(tài)，聚集在火花塞周?chē)幕旌蠚夂軡夂?，很容易點(diǎn)火燃燒。26六月202484車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）

圖4-15缸內(nèi)直噴技術(shù)（GDI）26六月202485車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）10.可變壓縮比壓縮比是氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值，其表示活塞由下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度，是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要參數(shù)，是影響發(fā)動(dòng)機(jī)效率最重要的因素之一。一般來(lái)說(shuō)，壓縮比越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能就越好。對(duì)于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，一經(jīng)設(shè)計(jì)好其壓縮比是固定不變的，因?yàn)槿紵胰莘e及氣缸工作容積都是固定的參數(shù)?，F(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比汽油機(jī)一般為8～12，柴油機(jī)一般為12～22。26六月202486車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）可變壓縮比（VCR）技術(shù)主要是針對(duì)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一種技術(shù)。固定的壓縮比不能充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，事實(shí)上在小負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率低，相應(yīng)地綜合性能比較差，這時(shí)可以用較大的壓縮比；而在大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若壓縮比過(guò)高，則很容易發(fā)生爆燃并產(chǎn)生很大的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，這時(shí)可以用較小的壓縮比。隨著負(fù)荷的變化連續(xù)調(diào)節(jié)壓縮比，可以最大限度地挖掘發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力，使其在整個(gè)工況區(qū)域內(nèi)有效提高熱效率，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能。26六月202487車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）可變壓縮比的目的在于提高增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。在增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了防止爆燃，其壓縮比低于自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。在增壓壓力低時(shí)熱效率降低，使燃油經(jīng)濟(jì)性下降。特別在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中由于增壓度上升緩慢，在低壓縮比條件下轉(zhuǎn)矩上升也很緩慢，形成所謂的增壓滯后現(xiàn)象。也就是說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)，增壓作用滯后，要等到發(fā)動(dòng)機(jī)加速至一定轉(zhuǎn)速后增壓系統(tǒng)才起到作用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可變壓縮比是重要方法。就是說(shuō)在增壓壓力低的低負(fù)荷工況使壓縮比提高到與自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比相同或超過(guò)；另一方面，在高增壓的高負(fù)荷工況下適當(dāng)降低壓縮比。換言之，隨著負(fù)荷的變化連續(xù)調(diào)節(jié)壓縮比，以便能夠從低負(fù)荷到高負(fù)荷的整個(gè)工況范圍內(nèi)有效提高熱效率。26六月202488車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）由壓縮比的定義可知，要想使壓縮比有所變化，就必須從怎樣改變?nèi)紵胰莘e和工作容積方面入手。發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室由活塞頂、氣缸和氣缸蓋3部分構(gòu)成，迄今為止出現(xiàn)的一些可變壓縮比實(shí)現(xiàn)方案都是圍繞這3個(gè)元素而行的。通常采用的手段大致為下面3種：①通過(guò)改變氣缸蓋的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)；②通過(guò)改變缸體結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)；③通過(guò)改變活塞及曲柄連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。幾種可變壓縮比技術(shù)如圖4-16所示。26六月202489（a）汽缸作推移（b）改變汽缸蓋的幾何形狀（c）改變活塞的幾何形狀（d）偏心的連桿支承（e）偏心的曲軸支圖4-16幾種可變壓縮比技術(shù)承車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）11.停缸技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷時(shí)，切斷部分汽缸的供油而使工作汽缸的負(fù)荷提高，以改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能的技術(shù)稱(chēng)為停缸技術(shù)。26六月202490車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）由于停缸工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失功減少，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械摩擦損失功也減少，從而可明顯提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，這是停缸節(jié)油的主要原因。實(shí)現(xiàn)停缸的方法有3種：①僅僅停止供油（簡(jiǎn)稱(chēng)斷油）；②停止氣門(mén)運(yùn)動(dòng)和斷油（簡(jiǎn)稱(chēng)停閥機(jī)）；③斷油的同時(shí)引入工作缸的廢氣到不作功的汽缸內(nèi)（斷油回流），停缸技術(shù)原理如圖4-17所示。26六月202491（a）部分負(fù)荷（b）大負(fù)荷圖4-17停缸技術(shù)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）12.OBD診斷技術(shù)OBD診斷技術(shù)是全面達(dá)到國(guó)3、國(guó)4、國(guó)5、國(guó)6汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)的一種技術(shù)措施，并不能簡(jiǎn)單地理解為發(fā)動(dòng)機(jī)或汽車(chē)故障在線(xiàn)診斷技術(shù)和方法。OBD實(shí)質(zhì)性能就是全面監(jiān)測(cè)汽車(chē)運(yùn)行的排放污染物，主要目的是使汽車(chē)的檢測(cè)、維護(hù)和管理融為一體，以滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)的要求。OBD系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)車(chē)輛多個(gè)系統(tǒng)和部件，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、三元催化轉(zhuǎn)換器、顆粒捕集器、氧傳感器、排放控制系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）等，確保車(chē)輛始終處于良好的技術(shù)狀況。26六月202492車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（二）汽油機(jī)后處理凈化技術(shù)隨著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放要求的日趨嚴(yán)格，改善發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的難度越來(lái)越大，能統(tǒng)籌兼顧動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的發(fā)動(dòng)機(jī)將越來(lái)越復(fù)雜，成本也急劇上升。因此，世界各國(guó)都先后開(kāi)發(fā)廢氣后處理凈化技術(shù)，在不影響或少影響發(fā)動(dòng)機(jī)其他性能的同時(shí)，在排氣系統(tǒng)中安裝各種凈化裝置，采用物理的和化學(xué)的方法降低排氣中的污染物最終向大氣環(huán)境的排放。汽油機(jī)后處理凈化技術(shù)主要有三效催化轉(zhuǎn)化技術(shù)、稀燃催化技術(shù)、熱反應(yīng)器、二次空氣噴射等。26六月202493車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）1.三效催化轉(zhuǎn)化技術(shù)三效催化轉(zhuǎn)化器是目前應(yīng)用最多的汽油機(jī)廢氣后處理凈化技術(shù)。當(dāng)汽油機(jī)工作時(shí)，廢氣經(jīng)排氣管進(jìn)入催化器，其中氮氧化物與廢氣中的一氧化碳、氫氣等還原性氣體在催化作用下分解成氮?dú)夂脱鯕?；而碳?xì)浠衔锖鸵谎趸荚诖呋饔孟鲁浞盅趸?，生成二氧化碳和水蒸氣，如圖4-20所示。三效催化轉(zhuǎn)化器的載體一般采用蜂窩結(jié)構(gòu)，蜂窩表而有涂層和活性組分，與廢氣的接觸表面積非常大，所以其凈化效率高，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比在理論空燃比附近時(shí)，三效催化器可將90%的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸技?0%的氮氧化物同時(shí)凈化，因此這種催化器被稱(chēng)為三效催化轉(zhuǎn)化器。目前，電子控制汽油噴射加三效催化轉(zhuǎn)化器已成為國(guó)內(nèi)外汽油車(chē)排放控制技術(shù)的主流。26六月202494車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（a）單芯三元催化轉(zhuǎn)化器（b）雙芯三元催化轉(zhuǎn)化器圖4-18三效催化轉(zhuǎn)換器26六月202495車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）三效催化轉(zhuǎn)化器與發(fā)動(dòng)機(jī)以及汽車(chē)有一個(gè)非常重要的優(yōu)化匹配問(wèn)題。催化器性能再好，如果系統(tǒng)不能給它提供一個(gè)合適的工作條件（如空燃比、溫度及空速等），催化器就不能高效地凈化排氣污染物。反之，催化器在設(shè)計(jì)時(shí)，也應(yīng)根據(jù)具體車(chē)型原始排放水平的不同、要滿(mǎn)足的排放法規(guī)的不同、對(duì)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)的要求不同等條件來(lái)確定設(shè)計(jì)方案。26六月202496車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）催化器的匹配主要包括以下幾個(gè)方面：（1）催化器與發(fā)動(dòng)機(jī)特性的匹配；（2）催化器與電控燃油噴射系統(tǒng)的匹配；（3）催化器與排氣系統(tǒng)的匹配；（4）催化器與燃料及潤(rùn)滑油的匹配；（5）催化器與整車(chē)設(shè)計(jì)的匹配。催化器的匹配是一項(xiàng)交叉于汽車(chē)、材料和化學(xué)等不同領(lǐng)域的涉及范圍很廣的技術(shù)。26六月202497車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）2.稀燃催化技術(shù)稀薄燃燒技術(shù)是降低CO排放的有效手段。所謂稀薄燃燒指發(fā)動(dòng)機(jī)在空燃比大于化學(xué)計(jì)量比的條件下運(yùn)行，其排放尾氣與普通發(fā)動(dòng)機(jī)有相似的化學(xué)成分，但其中還原性及氧化性氣體的相對(duì)含量不同于普通發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣，因而其排放尾氣的凈化處理技術(shù)有明顯區(qū)別。采用稀薄燃燒技術(shù)，可提高燃料的利用率，從而提高燃料的經(jīng)濟(jì)性，減少CO2、C0排放濃度，在一定空燃比范圍內(nèi)，HC和NOx也有所減少，但O2的濃度卻明顯升高，導(dǎo)致NOx的轉(zhuǎn)化效率會(huì)大大降低，在這種富氧條件下，催化還原其中的NOx是稀燃催化技術(shù)的關(guān)鍵所在。針對(duì)稀燃催化技術(shù)研究較多的是Pt-Rh氧化還原催化劑、Pt-Pd-Rh三效催化劑、全Pd催化劑和后來(lái)采用的催化劑涂層等，但空燃比的操作窗口太窄，要求燃油中S含量較低，因此難以廣泛應(yīng)用。26六月202498車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）日前，在稀薄燃燒汽油機(jī)排放的尾氣凈化技術(shù)中，被廣泛研究的是吸附還原催化技術(shù)。吸附還原催化技術(shù)對(duì)NOx的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)70%～90%，其最佳工作溫度在150℃～450℃之間，并已在缸內(nèi)直噴汽油機(jī)中得到了應(yīng)用。NOx吸附還原催化器主要安裝在缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管上，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒時(shí)，將NOx氧化，并與堿土金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮化物，并被吸附在吸附劑上。26六月202499車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于濃燃時(shí)，吸附在催化器吸附劑上的氮化物被脫附，在排氣管中上的還原劑HC、CO、H2的作用下，被還原為無(wú)害的氮?dú)釴2。NOx吸附還原催化器的工作原理如圖4-21所示。圖4-19NOx吸附還原催化器的工作原理26六月2024100車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）吸附還原催化器的吸附能力是有限的，當(dāng)催化器在稀燃工況下連續(xù)運(yùn)行時(shí)，吸附量將達(dá)到飽和，不能繼續(xù)起作用。因此必須交替采用稀-濃混合氣。為了精確控制NOx吸附的稀燃階段和NOx還原的濃燃階段，可以在催化器后安裝氧傳感器，檢測(cè)NOx還原過(guò)程是否結(jié)束，從而使NOx排放和燃油經(jīng)濟(jì)性都達(dá)到最優(yōu)。26六月2024101車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）3.熱反應(yīng)器汽油機(jī)工作過(guò)程中的不完全燃燒產(chǎn)物CO和HC在排氣過(guò)程中可以繼續(xù)氧化，但必須有足夠的空氣和溫度以保證其高的氧化速率，熱反應(yīng)器為此提供必要的溫度條件。在排氣道出口處安裝用耐熱材料制造的熱反應(yīng)器，使尾氣中未燃的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸荚跓岱磻?yīng)器中保持高溫并停留一段時(shí)間，使之得到充分氧化從而降低其排放量。26六月2024102車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）26六月2024103熱反應(yīng)器一般采用耐熱耐腐蝕的不銹鋼制成，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4-20。熱反應(yīng)器由殼體、外筒和內(nèi)筒三層構(gòu)成，中間加保溫層，使內(nèi)部保持高溫。熱反應(yīng)器安裝在排氣總管出口處，由于有較大的容積和絕熱保溫部分，反應(yīng)器內(nèi)部的溫度可高達(dá)600～1000℃。同時(shí)在緊靠排氣門(mén)處噴入空氣（即二次空氣），以保證CO和HC氧化反應(yīng)的進(jìn)行。圖4-20熱反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）4.二次空氣噴射空氣噴射就是將新鮮空氣噴射到排氣門(mén)的后面，使尾氣中的HC化合物和CO在排氣管內(nèi)與空氣混合，繼續(xù)進(jìn)行氧化的方法，又稱(chēng)二次空氣法。當(dāng)噴射的新鮮空氣與尾氣結(jié)合時(shí)，空氣中的氧和HC化合物反應(yīng)生成水，并成蒸氣狀；而氧和CO反應(yīng)生成CO2，如圖4-21所示。26六月2024104圖4-21二次空氣噴射技術(shù)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）柴油機(jī)排放控制技術(shù)也包括機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)和后處理凈化技術(shù)。（一）柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)相對(duì)于汽油機(jī)而言，柴油機(jī)由于過(guò)量空氣系數(shù)比較大，一氧化碳（CO）和碳?xì)浠衔铮℉C）排放量要低得多，但普通的燃油供給系統(tǒng)使柴油機(jī)具有致癌作用的微粒排放量比汽油機(jī)大幾十倍甚至更多。因此，控制柴油機(jī)排放物的重點(diǎn)，就在于降低柴油機(jī)的NO、和微粒（包括碳煙）排放。26六月2024105三、柴油機(jī)排放控制技術(shù)車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）1.主要機(jī)內(nèi)凈化措施降低柴油機(jī)NOx排放和微粒排放之間往往存在著矛盾。一般有利于降低柴油機(jī)NOx的技術(shù)都有使微粒排放增加的趨勢(shì)，而減少微粒排放的措施，又可能將使NOx排放升高。盡管如此，近年來(lái)，柴油機(jī)排放控制技術(shù)還是取得了很大的進(jìn)展，研制出了一些低排放、高燃油經(jīng)濟(jì)性的柴油機(jī)，這些機(jī)型不用任何后處理裝置即可以達(dá)到較高的排放法規(guī)要求，顯示出柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)的巨大潛力。表4-4給出了降低柴油機(jī)NOx和微粒排放的相關(guān)技術(shù)措施26六月2024106車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）表4-4降低柴油機(jī)NOx和微粒排放的相關(guān)技術(shù)措施26六月2024107技術(shù)對(duì)策實(shí)施方法主要控制對(duì)象燃燒室設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化，新型燃燒方式NOx、微粒噴油規(guī)律改進(jìn)預(yù)噴射，多段噴射N(xiāo)Ox進(jìn)排氣系統(tǒng)可變進(jìn)氣渦流，多氣門(mén)微粒增壓技術(shù)增壓，增壓中冷，可變幾何參數(shù)增壓微粒廢氣再循環(huán)EGR，中冷EGRNOx高壓噴射電控高壓油泵，共軌系統(tǒng)，泵油嘴微粒均質(zhì)壓燃技術(shù)HCCINOx、微粒車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）需要指出的是，每一種技術(shù)措施在降低某種排放成分時(shí)，往往效果有限，過(guò)度使用則會(huì)帶來(lái)另一種排放成分增加或動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的惡化，因而在工程實(shí)際中常常是幾種技術(shù)措施同時(shí)并用。在柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化措施中，進(jìn)氣控制、排氣控制、增壓技術(shù)、廢氣再循環(huán)技術(shù)、均質(zhì)壓縮技術(shù)（HCCI）均與汽油機(jī)相似。26六月2024108車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（二）柴油機(jī)后處理凈化技術(shù)1.微粒凈化處理技術(shù)柴油機(jī)排放污染物主要是微粒和NOx，其中，微粒排放是汽油機(jī)的30～80倍，僅靠機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)很難使柴油機(jī)的微粒排放滿(mǎn)足新的排放法規(guī)，所以，必須采用微粒后處理技術(shù)。目前，柴油機(jī)微粒后處理凈化技術(shù)主要有：微粒捕集技術(shù)、靜電分離、溶液清洗、等離子凈化、離心分離袋式過(guò)濾等。26六月2024109車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（1）微粒捕集器法。是采用過(guò)濾材料對(duì)排氣進(jìn)行過(guò)濾捕集。即微粒捕集器法，其主要采用蜂窩陶瓷、陶瓷纖維編織物和金屬編織物等作為過(guò)濾材料。當(dāng)排氣通過(guò)微粒捕集器時(shí)，過(guò)濾體將排氣中微粒捕集于過(guò)濾體內(nèi)，達(dá)到凈化排氣的目的（圖4-22）。26六月2024110車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）圖4-22帶再生燃燒器的微粒捕集器微粒捕集器的關(guān)鍵技術(shù)是過(guò)濾材料的選擇與過(guò)濾體的再生，其中又以后者尤為重要。由于柴油機(jī)排氣中的微粒絕大部分為可燃物，因此定期將捕集的微粒燒掉看來(lái)是最簡(jiǎn)單可行的辦法。再生系統(tǒng)根據(jù)原理和再生能量來(lái)源的不同可分為主動(dòng)再生系統(tǒng)與被動(dòng)再生系統(tǒng)兩大類(lèi)。26六月2024111車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）根據(jù)柴油機(jī)的使用特點(diǎn)和使用工況合理選擇再生技術(shù)，對(duì)于微粒捕集器的安全有效再生具有重要的意義。主動(dòng)再生系統(tǒng)是通過(guò)外加能量將氣流溫度提高到微粒的起燃溫度使捕集的微粒燃燒，達(dá)到再生過(guò)濾體的目的，主動(dòng)再生系統(tǒng)通過(guò)傳感器監(jiān)視微粒在過(guò)濾器內(nèi)的沉積量和產(chǎn)生的背壓，當(dāng)排氣背壓超過(guò)預(yù)定的限值時(shí)就啟動(dòng)再生系統(tǒng)。根據(jù)外加能量的方式，這些系統(tǒng)主要有：噴油助燃再生系統(tǒng)，電加熱再生系統(tǒng)、微波加熱再生系統(tǒng)、紅外加熱再生系統(tǒng)以及反吹再生系統(tǒng)。26六月2024112車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）被動(dòng)再生系統(tǒng)利用柴油機(jī)排氣自身的能量使微粒燃燒，達(dá)到再生微粒捕集器的效果。一方面可通過(guò)改變柴油機(jī)的運(yùn)行工況提高排氣溫度達(dá)到微粒的起燃溫度使微粒燃燒；另一方面可以利用化學(xué)催化的方法降低微粒的反應(yīng)活化能，使微粒在正常的排氣溫度下燃燒。（2）等離子凈化技術(shù)。柴油機(jī)排氣中的有害成分經(jīng)過(guò)等離子反應(yīng)器，發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，其中NO很容易被氧化成NO2，NO2的強(qiáng)氧化性能在柴油機(jī)正常排氣溫度下將微粒氧化。此外，通過(guò)添加劑或催化劑等方式可提高微粒凈化的效率，降低能耗。等離子凈化技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不影響柴油機(jī)運(yùn)行性能以及在捕集微粒的同時(shí)降低NOx等優(yōu)勢(shì)，是柴油機(jī)后處理研究發(fā)展的新方向。26六月2024113車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（3）靜電分離凈化技術(shù)。靜電分離技術(shù)是指利用靜電力吸附排氣中的懸浮微粒，從而達(dá)到捕集微粒的目的。雖然柴油機(jī)排氣微粒整體上呈電中性，但是85%左右的微粒都為帶電粒子，每個(gè)帶電粒子有l(wèi)～5個(gè)基本正電荷或負(fù)電荷。柴油機(jī)排氣微粒的電阻率在106～108Ω·cm數(shù)量級(jí)內(nèi)變化，適合利用電場(chǎng)對(duì)排氣微粒進(jìn)行靜電吸附，達(dá)到微粒凈化的目的。在排氣通道中建立高壓強(qiáng)電場(chǎng)，排氣流過(guò)電場(chǎng)時(shí)，帶電粒子分別被異性電極吸附。靜電捕集技術(shù)的主要問(wèn)題是設(shè)備體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，且氣流流速對(duì)靜電捕集效率的影響較大。26六月2024114車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（4）溶液清洗凈化技術(shù)。溶液清洗技術(shù)是讓排氣通過(guò)水或油來(lái)清洗微粒。這種方法簡(jiǎn)單，適合于固定的排氣設(shè)備。瑞典研究人員曾嘗試將車(chē)用柴油機(jī)的排氣管做成文氏管，利用喉管處的負(fù)壓將水分吸入排氣中，稀釋和清洗排氣中的微粒和NOx，取得了一定的成果。26六月2024115車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（5）離心分離凈化技術(shù)。離心分離技術(shù)是將排氣引入旋風(fēng)分離器中，利用微粒離心力，將微粒從氣流中分離出來(lái)。目前比較有效的分離形式有軸流直流式和渦流式。軸流直流式柴油機(jī)排氣旋流凈化器是采用軸流直流式旋流子作分離器件，當(dāng)氣流通過(guò)分離室時(shí)，微粒沿徑向由筒體軸線(xiàn)處移動(dòng)到筒體內(nèi)壁，與筒體內(nèi)壁碰撞粘附而被捕集。渦流式的除塵機(jī)理是：使具有很高壓力和速度的排氣沿切向進(jìn)入渦流室，當(dāng)氣流在其中高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力使其中粒徑較大的微粒分離出來(lái)，同時(shí)高速旋轉(zhuǎn)的氣流還可以形成一定的真空度，使發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣更加順暢。由于柴油機(jī)微粒很小，直徑大多在1μm以下，離心分離技術(shù)只能分離微粒的5%～10%，效果較差，但是這種方法可與其他方法一起使用。26六月2024116車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（6）袋式過(guò)濾凈化技術(shù)。袋式過(guò)濾器是一種利用纖維作為過(guò)濾介質(zhì)，將排氣中的微粒過(guò)濾出來(lái)的凈化設(shè)備。濾布做成袋形，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、過(guò)濾效率高，對(duì)半徑大于0.1μm的微粒，過(guò)濾效率達(dá)90%以上，被認(rèn)為是一種有效的柴油機(jī)微粒凈化裝置。袋式過(guò)濾技術(shù)的主要缺點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)不夠緊湊，需停車(chē)采用手動(dòng)清灰，使用不便，影響車(chē)輛機(jī)動(dòng)性。若能夠采用兩組袋濾器輪流工作并加以電控，則可在不影響車(chē)輛正常運(yùn)行的情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清灰的連續(xù)操作，又可縮短清灰周期，允許通過(guò)較大的廢氣流量。此設(shè)想的實(shí)現(xiàn)尚需合理設(shè)計(jì)以保證工作的可靠性，同時(shí)減少其體積，以利于安裝在汽車(chē)上。26六月2024117車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）2.NOx的凈化處理技術(shù)由于三效催化轉(zhuǎn)換器不適于在柴油機(jī)上降低NOx的含量，所以，降低柴油機(jī)NOx排放的后處理凈化技術(shù)主要有：選擇性催化還原、選擇性非催化還原、吸附催化還原、等離子輔助催化還原等技術(shù)。26六月2024118車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論（第4版）（1）選擇性催化還原凈化技術(shù)。選擇性催化還原也叫SCR（SelectiveCatalyticReduction）方法。SCR轉(zhuǎn)化器的催化作用具有很強(qiáng)的選擇性：