《汽车节能技术》课件 第2章 汽车发动机节能技术

燃油经济性的影响因素相互制约☐图中显示完善的燃烧过程要求采用最佳的供油提前角方能使有效燃料消耗率最低，而此时NO x及HC排放并不是最低，推迟供油时间可以降低NO x及气缸最大爆发力，却使有效燃料消耗率、排气温度及HC排放增加。

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：☐低速柴油机定压加热循环的热效率：☐高速柴油机混合加热循环的热效率：☐ε—压缩比，k—绝热指数，λ—压力升高比，ρ—预胀比。

影响汽车发动机热效率的因素☐三种理想循环热效率公式说明：⏹要提高发动机的热效率，应尽量提高压缩比ε和绝热指数k；⏹在混合加热循环中，当加热量和压缩比不变时，应尽量提高压力升高比λ(此时预胀比ρ下降)。

和节流损失泄漏损失机械损失等不可避免损失的存和节流损失、泄漏损失、机械损失等不可避免损失的存在，发动机的热效率远远小于理想循环的热效率。

32p s定容加热理想循环（Otto 循环）与实际加热循环Q 1Q 2压力升高比，Q11-2的压缩过程：绝热压缩；2-3的燃烧过程：等压加热；3-4的膨胀过程：绝热膨胀；4-1的排气过程：等容放热。

Q2Q1’’Q1’Q2实际循环的热效率发动机的有效功率各参数依次：汽缸数；气缸工作容积；燃料低热值；化的表达式为：充满气缸工作容积的气体质量的比值，用同样大小气缸容积下，进入气缸实际空气量增多。

混合☐在高速可压缩的流动系统中，决定气流流动性质的重要参数是马赫数Ma，气流流动平均马赫数是进气门气流平均速度与该处音速之比，即：☐进气中气缸内的质量平衡关系为：☐联立可见☐由于近似关系：☐可见气流流动平均马赫数与气门直径的关系：试验数据说明在正常配气相位条件下当>05☐试验数据说明，在正常配气相位条件下，当Ma m>0.5左右，充量系数急剧下降。

可以看出，马赫数是一个反映充气效率流动损失而受到影响的参数，充气效率的高低决定于马赫数的大小。

设计发动机时，尽可能使马赫数在最高转速时不超过0.5。

汽油机马赫数值已接近0.5，柴油机马赫数值一般在0.3~0.5之间。

四气门与同排量二气门发动机对比☐右图所示是一个2L排量的四气门发动机与同排量二气门发动机的性能比较。

☐采用顶置凸轮轴四气门技术，可以使发动机的功率提高约15%~ 30%，转矩增大约5% -10%，经济性能也得到改善。

☐多气门结构复杂，成本较高，其发展受到限制，四气门与二气门发动机性能比较另外低速时转矩不大。

S/D对 v的影响☐进气迟关角加大，高转速时ηv增加，有利于最大功率的进气迟关角加大高转速时增加有利于最大功率的发挥，但对中、低速性能不利。

☐减少进气门迟关角，可加大发动机低、中速时的转矩，但对高速时最大功率发挥不利。

和缸内直喷分层稀燃。

燃油经济性和低排放。

，烷值汽油，对缸内积炭比较敏感，推出Programmed2、碗形燃烧室☐如图所示采用紧凑的活塞顶凹坑，火焰传播距离短，挤气面积大，紊流强，火花塞位于凹坑内。

这种形式的里卡多HRCC燃烧室在使用研究法辛烷值99的汽油时，压缩比从9提高到13，最经济的空燃比为21.5，可以在α=16-22.5的范围内运行。

由于压缩比提高和挤流增加，使滞燃期明显缩短，火焰传播速度增加，因而采用推迟点火(上止点前5˚~6˚) ，使爆燃不易产生，有利于稀混合气着火。

HRCC燃烧室的燃油经济性明显提高，排污降低。

汽油机的性能比较，左右，而在燃烧室的大部分可比均燃降低12%。

（二）典型缸内直喷燃烧系统☐1、三菱缸内直喷分层充量燃烧系统☐与传统的进气道喷射4G93汽油机相比，采用立式进气道，以保证高度的滚流(纵涡)及充量系数；滚流与单坡屋顶型的弯曲顶面活塞形成的燃烧室配合，在火花塞周围形成浓混合气；为追求喷油雾化特性使用旋流式广角度(伞喷)喷油器，喷射压力为5.0MPa。

性能对比 三菱公司GDI发动机相对于同系列的进气道喷射式汽油机的性能改善效果如图。

可知，由于转矩波动的改善，使稀燃界限扩大至空燃比=40以上，较化学计量比工作的普通汽油机节油35%。

左右，如果再采用选择还原型稀燃催化剂，则将降。

同角度斜向进气涡流燃烧室为半球屋顶形活塞顶部同角度斜向进气涡流。

燃烧室为半球屋顶形，活塞顶部有唇形凹坑，控制相配合，混合气区域。

燃气混合过程缸内混合气浓度分布成完全的均质化学计量比燃烧。

在分层燃烧与均质化学计量比燃烧领域之间，稀燃发动机控制方法缸内直喷发动机系统发动机采用缸内直喷燃油喷射方式，在进气行程，新鲜空气通过进气门流入燃烧室，高压燃油通过专门喷油器精确喷射到气缸燃烧室内，通过活塞上喷油发生在进气行程，与进气歧1—2—3—喷油器；进气门；火花塞；4—排气门；5—汽油喷雾团发动机的燃油喷射系统控制低压油路压信传又以高频占空比1—高压油泵；2—高压油管；3—油轨；4—燃油压力传感器；5—喷油器；高压油泵对来自低压部分的燃油加压，并通过高压燃油管路加了循环供油量，即可增加功率。

同时，在排量和发动机质量基本不变的条件下，比质量、升功率和平均有效压力指标也大大提高。

柴油机增压后，平均指由于增压加大过量空气到改善，指示热效率也增压机大多作泵气正功，TC+IC-增压加中冷。

更加严重。

若燃料辛烷值不提高，就必须采取降低压缩比，推迟点火等相应措施，其结果会导致热效率的下降。

汽油机增压也存在低速转矩特性和加速性能下降的问题。

这也是汽油机增压的普及程度力。

根据进气压力提高时能量的传递和转换方式，发动机增压主要分为：废气涡轮增压、机械增压、复合增压和气波增压。

☐1、废气涡轮增压，利用发动机排出废气能量来使增压器工作。

☐涡轮叶轮和发动机非机械联结，不消耗发动机有效功，回收部不消耗发动机有效功回收一部分废气能量，提高了发动机功率，改善了燃油经济性，并起到了节能的作用。

率越多，因此增压比不能太高，用于低增压及二冲程发动机的扫气。

装备发动机采用机械涡轮增压。

机采用机械增压系统。

有串联和并联的形式，有串联和并联的形式。

☐在串联增压时，第一级是废气涡轮增压，第二级是机械增压，以保证低转速和低负荷时发动机仍有必要的增压压力，提高发动机的快速响应性。

☐并联增压时，利用机械增压补充废气涡轮增压供应不足的空气量。

4、气波增压☐气波增压是根据压力波的气动原理，利用发动机排气的压缩波和膨胀波来传递能量，并将空气压缩。

气波增压目前尚未达到较高的增压压力，虽然它对发动机的瞬态响应及扭矩特性等方面都优于废气涡轮增压，但由于它还存在体积大、工艺复杂及噪音大等问题，应用较少。

看，目前车上采用的基本都是废气涡轮增压方式。

、可变截面、可调截面喷嘴涡轮、涡轮增压器轴承提高寿命涡轮增压器轴承提高寿命、减少机械损失提高总效率二、涡轮增压器的基本构造和原理☐（一）车用涡轮增压器的总体布置☐涡轮增压器的总体结构，主要取决涡轮增压器的总体结构主要取决于涡轮的结构型式，根据涡轮增压器所采用的涡轮型式，通常把涡轮增压器分为两种基本型式：☐燃气沿涡轮径向向心流动的涡轮增压器称为径流式涡轮增压器；☐燃气沿涡轮轴向流动的涡轮增压器气机和轴承箱三个主要部件组成。

☐其相对布置方法，对涡轮增压器的总体结构布置起着关键作用。

涡轮增压器的总体布置有以下三种类型：(a)涡轮叶轮和压气机叶轮背靠背，轴承外置(b)(c)涡轮叶轮与压气机叶轮背靠背，轴承在压气轮背靠背轴承在压气机一侧。

(d)轴承内置，涡轮叶轮和压气机叶轮外置悬臂布置。

典型涡轮增压器构造1­压气机蜗壳；2­压气机端锁紧螺母；3­压气机叶轮；4­密封套；5­挡油板；6­压气机后板；7­密封圈；8­止推轴承；9­中间体；10­浮动轴承；11-密封环；12-隔热板；13-涡轮轴总成；14-涡轮蜗壳；15-放气阀套件。

三、径流式涡轮工作原理及性能☐（一）涡轮的结构按燃气在径流涡轮中沿径向的流动方向，可分为径流式离心涡轮和径流式向心涡轮两种。

径流式向心涡轮是由蜗壳，喷嘴环，涡轮叶轮组成、涡轮的绝热效率：流过涡轮气体的实际焓降与等熵焓、涡轮膨胀比指涡轮进口气体总压与涡轮进口气体静压、涡轮气体质量流量M（三）涡轮的特性☐1、涡轮的流量特性☐用相似流量和相似转速绘制。

☐膨胀比定时，相似转速降低，相似流量增加。

☐转速定时，相似流量随膨胀比的增大而增加，直到达到流量的最大值，再增大膨胀比，涡轮流量也不会继续增加，这时流量叫做阻塞流量，都产生气流撞击和气流分离，使涡四、压气机的工作原理与性能☐（一）离心压气机的结构☐离心式压气机是由进气道、压气机叶轮、扩压器和压气机壳等零件组成。

轮扩压器和压气机壳等零件组成气机出口气体总压与进口气体总压之比来表示。

增压比直接影响进入发动机气缸的空气量，增压比越大4、压气机转速nc☐压气机与涡轮同轴，其转速也是涡轮转速，统称为增压器转速。

在达到同样压比时，压气机转速越高，则叶轮尺寸越小，有利于缩小增压器结构尺寸和减轻重量。

因此车用增压器为了小型化都往高速方向发展。

（三）压气机的特性☐压气机性能曲线表示工况变化时，压气机主要工作参数间相互变化关系，由增压比、流量、转速以及压气机效率等参数组成的等转速等效率的性能曲线。

运行曲线与压气机高效率等效率圈相平行。

对于车用发动机，要求最大扭矩点正好位于压气机最高效率附近，如图☐发动机耗气特性线应离开压气机喘振线有一定距离。

如果太近的话，在联合工作时就可能出现喘振。

功率平衡的关系。

选择匹配点并且在压气机和涡轮性能曲线上校核。

气阀打开，限制增压压力确保发动机气阀打限制增压压力确保发动机能够在最大标定转速正常工作。

在压气机特性图上，发动机满负荷运行线随放气阀的打开而保持不变。

，使涡轮增压器与发动机在各工况下良好匹配。

可变涡轮增压器性能比较七、新型涡轮增压系统☐（一）两级增压系统，通过高压级增压器和低压级增压器共同作用，能够提供更高压比可提高不同工况下充气密度更高压比，可提高不同工况下充气密度，拓宽增压器范围，增加发动机功率，减少排放和提高经济性。

☐高压涡轮利用增压压力控制阀可旁通涡轮，低转速时两级都用以实现高扭矩，高转速时高压涡轮旁通以限制增压压力。

结构上两级增压要使整个增压系统流结构上两级增压要使整个增压系统流动阻力小、总效率高、结构紧凑。

可采用轴线垂直或平行布置，两级涡轮间废气调节阀可采用外置结构，也可采用集成方案。

（二）电辅助涡轮增压系统☐电辅助涡轮增压器主要增加了电动机/发电机、变频器、电路控制单元、电池、高功率逆变电源和一些传感器。

☐发动机启动或加速时，ECU发出控制信号，电机启动驱动压气机加速，电池储存电能转化为压气机动能，提高进气压力，满足发动机气缸燃烧所需空气量。

发动机转速上升到定程度，压气机能发动机转速上升到一定程度，压气机能提供足够空气时，电机关闭或脱开。