各位同学大家好 上次咱们学习了 汽车节能方面的政策措施 今天咱们再来从技术方面 了解汽车节能的方法 大家先看一下这张图片 近年来我国的汽车保有量 每年以10%以上的速度递增 到2016年底 汽车保有量已经达到1.94亿量 平均每百户家庭 拥有36辆私家车 中国汽车产业发展迅速 汽车保有量上升很快 这导致了对石油的需求大增 中国目前已成为 世界第二大石油消费国 第三大石油进口国 2011年 我国石油进口量达到2.53亿吨 对外依存度为56.5% 2012年 我国石油进口量为2.84亿吨 对外依存度达到58% 2016年 我国石油对外依存度为64.4% 那么到2020年 我国石油进口量会达到多少 对外依存度又会是多少呢 这不得不引起我们的高度重视 另外 化石类一次性燃料的使用 也引起一系列的环境变化问题 比如全球变暖现象 这将导致海平面上升 淹没沿海城市 近年来我们深受其害的雾霾现象 就是一种典型的大气污染 机动车的尾气是雾霾颗粒组成的 重要组成部分 数据显示 北京雾霾颗粒中 机动车尾气达到了22.2% 因此汽车节能减排的工作 势在必行 汽车节能减排主要有两大思路 一个是节流 如上次课提到的 制定节能 节省能耗的政策与标准 或者推广先进的柴油汽车 推广节能型小排量汽车 发展混合动力汽车等 另外一个思路是开源 如果汽柴油消费结构调整 发展新型汽车替代燃料 首先看一下汽车节能的技术 它主要包括发动机节能技术 底盘节能技术 车身节能技术 使用节能技术 发动机节能的途径主要有 提高充量系数 废气涡轮增压 汽油机稀薄燃烧 智能可变配气相位 闭缸节油等等 先看第一个途径 提高充量系数 充量系数是衡量不同发动机性能 和近期过程完善程度的重要指标 又叫冲量效率和容积效率 它定义为每缸每循环 实际吸入气缸的新鲜空气质量 与进气状态下理论 计算充满汽缸工作容积的 空气质量之比 充量系数越大 表明进入气缸的新鲜空气量越大 能够燃烧的燃料也越多越充分 因此可以提高发动机的动力性 同时也改善了 发动机的经济性和排放性 发动机的结构 发动机的工况 都会影响发动机的充量系数 比如进气门关闭时 缸内的压力 缸内气体温度 残余气量 进排气相位角 发动机压缩比 近期状态等 都会影响它的一个充量系数 因此可以通过以下措施 来提高充量系数 一降低进气系统的阻力损失 提高气缸进气压力 二降低排气系统的阻力损失 减少气缸内的残余废气系数 三减少高温零件在进气系统中 对新鲜充充量的加热 以降低近期终了时的充量温度 四合理的配气正时 和气门升程规律 第二个途径是废气涡轮增压技术 废气涡轮增压器是利用内燃机排出的 具有一定温度和压力的废气能量 经过涡轮转换为 转子的回转机械能 从而带动预期同轴的 压气机叶轮高速旋转 将新鲜空气加压 提高密度后经气管送入气缸 增加了气缸的充气量 从而可以向汽缸内 喷入更多的燃油 从而提高内燃机的功率 因此增压是不增加 发动机排量和转速的情况下 提高动力性 改善经济性 降低排气污染的行之有效手段 也是目前内燃机的发展趋势 涡轮增压的主要作用 就是提高发动机进气量 从而提高发动机的功率和扭矩 让车子更有劲 一台发动机装上涡轮增压器后 其最大功率 与未装增压器时的功率相比 可增加30% 甚至更高 扭矩提高大约能够达到20%到30% 这样也就意味着同样一台发动机 在经过增压之后 能够产生更大的功率 经过增压之后的车子 能吸入气缸更多的空气 可以更加充分的燃烧燃料 在另外一个层面上来说 就意味着提高燃油的经济性 并且降低尾气的排放 第三个途径是稀薄燃烧技术 稀薄燃烧发动机 就是混合气中的汽油含量低 汽油与空气之比 可以达到1:25以上的发动机 随着空燃比的增加 发动机油耗明显下降 这主要来自于几个方面的原因 首先采用稀薄混合气燃烧时 循环热效率提高 另外由于稀燃混合气燃烧温度低 燃烧产物的离解损失小 并且降低了与气缸壁面的传热 也是热效率得以提高 可以采用较高的压缩比 有利于热效率的提高 当采用稀薄混合气燃烧时 由于进入气缸内空气量的增加 减少了泵气损失 这对汽油机部分负荷经济性的 改善也是很明显 同时也可以采用变质调节 不同节气门或是小节流 会大大减少泵气损失 特别有利于改进部分负荷特性 另外对排放的改善也很明显 随着空燃比的增加 由于采用稀的混合气 使燃烧温度降低 氮氧化合物的排放明显减少 同时燃烧产物中的氧成分 有利于碳氢化合物 和一氧化碳的氧化 因此碳氢化合物 和一氧化碳的排放也会减少 当然随着空燃比的增加到一定程度 由于燃烧温度的降低 可能会使燃烧不完全 导致碳氢化合物排放的增加 如果能合理地设计紧凑的燃烧室 并组织好空气运动 使燃烧在短时间内完成 那么三种排放都可以大大减少 第四个途径 是选择合理的配气相位 通常配气相位持续角较宽时 发动机在高速时充气特性好 低速时充气特性差 当配气相位持续角变窄时则相反 一般发动机的配气相位 是在常用工况下的局部最佳 不能保证各个工况下的最佳 而智能可变配气相位控制 可保证发动机配气相位 在各种运行工况下 均处于较佳状态 例如丰田的VVT-i系统 可以控制进气凸轮在 40度曲轴转角范围内变化 保持最佳的气门正时 以适应发动机的工作状态 从而实现在所有转速范围内提高 转矩和燃油经济性的目的 减少废气排放量 该系统通过配备的控制 及执行系统 对发动机凸轮的相位进行调节 从而使得气门开启关闭的时间 随发动机转速的变化而变化 以提高充气效率 增加发动机功率 最新款的丰田轿车的发动机 已普遍安装了VVT-i系统 丰田的VVT-i系统 可以连续调节气门正时 但不能调节气门升程 它的工作原理是 当发动机由低速向高速运转时 电子计算机就自动地将机油 压向进气凸轮轴 驱动齿轮类的小涡轮 这样在压力的作用下 小涡轮就相对于齿轮壳旋转 一定的角度 从而使凸轮轴在60度的范围内 向前或向后旋转 从而改变气门开启的时刻 达到连续调节气门正时的目的 VVT-i系统由传感器ECU 凸轮轴液压控制阀 控制器等部分组成 当然ECU存储了 最佳气门正时的参数值 曲轴的位置传感器 进气歧管空气压力 传感器 节气门位置传感器 水温传感器 和凸轮轴位置传感器等反馈信息 汇集到ECU 并与预定的参数值进行比较计算 计算出修正参数并发出指令 到控制凸轮轴正时液压控制法 控制法根据ECU的指令 控制机油槽阀的位置 也就是改变液压流量 把提前滞后 保持不变等信号传送至 VVT－i控制器的不同油道上 第五个途径是采用闭缸节油技术 为保证汽车的动力性 选用功率较大的发动机 以便克服各种形式阻力 但是在汽车行驶中 经常处于不经济的部分负荷状态 使油耗量偏多 通常采用改变发动机 有效工作排量的方法予以解决 一种是变行程法 就是改变活塞的行程 及在中小负荷时 活塞行程变短 减少进气损失 泵气损失 以及活塞和活塞环的 汽缸壁摩擦损失 这种技术可以达到 节油10～15%的可能 但是它的系统可靠性差 寿命低 成本也高 另外一种变缸法 就是改变有效气缸的数目 即在中小负荷时关闭一部分汽缸 而提高另一部分 气缸的功率利用率 使之工作在较经济的功况 减少气缸数的方法很多 有的采用堵塞进气道的方法 有的采用关闭进排气门的方法 其中关闭进排气门的方法 能减少泵气损失和气门驱动损失 节油效果显著 其实这要说到发动机变排量技术 最早80年代这项技术 就在凯迪拉克车型上使用 变排量技术 也被称为主动气缸管理 无论怎么变化 都是将气缸做功断开 处于空转状态 供油系统呢 停止向缸内喷油 从而达到减少排量 节省燃油的目的 大众 本田 克莱斯勒公司是 这种技术的典型代表 大众的EA211的1.4T涡轮增压发动机 搭载了一套ACT主动气缸管理系统 可在发动机中低负荷运转状态下 关闭第二缸和第三缸 在缸盖中加载4个电磁阀 通过电磁阀控制凸轮轴斜槽位移 就能实现停止缸体运动 相比其它闭缸方法更加可靠 可实现性更强 一般在启动运动时 虽然只有两个气缸在运行 但性能上也能像四缸 同时工作一样 并不影响发动机的平顺性 而当我们再次踩下油门踏板时 两个气缸就会重新启动并运行 该系统一般在发动机转速为 1250转每分到4000转每分之间时运行 扭矩输出达到25牛米 到100牛米左右时会自动启动 预计启动时间 会在13毫秒到36毫秒之间 不过具体时间 还需要根据发动机的转速来决定