現代汽車新技術本課程配套教材：《現代汽車新技術》（第3版）北京大學出版社主編姜立標叢書名：高等院校汽車專業"互聯網+"創新規劃教材第一章

汽車發動機新技術未來汽車技術發展近期汽車技術發展發展節能與新能源汽車

發展先進發動機，提高燃燒效率節能減排目標發展汽車輕量化技術汽車節能減排的3種主要途徑

博世公司的汽車動力能源技術發展路線圖

不同節能和新能源汽車技術全過程的能源消耗和CO2排放

汽油柴油LPGCNGCBG乙醇（SB）乙醇（小麥）乙醇（纖維素）乙醇（蔗糖）MTBE,TBE生物柴油合成柴油（天然氣）合成柴油（煤）合成柴油（木材）二甲醚（天然氣）二甲醚（煤）二甲醚（木材）WTW溫室氣體排放量(gCO2/km)WTW總能耗（MJ/100km）一般來說，替代燃料能源效率低于傳統燃料。各種先進動力系統轎車的燃油經濟性比較

福特公司對主要車用動力進行的熱效率分析

復合渦輪增壓重型直噴柴油機氫燃料電池發動機重型直噴柴油機小型高速直噴式（HSDI）柴油機預燃室式非直噴式（IDI）柴油機直噴火花點燃（DISI）稀燃分層DISI稀燃均質DISI理想化學配比火花點火（SI）點噴射與理想化學配比燃氣渦輪增壓發動機最高熱效率（%）歐洲汽油動力與柴油動力系統轎車燃油經濟性比較

各種動力的有效熱效率主要國家的柴汽比及柴油乘用車比重

柴汽比柴油車比重美國日本德國意大利法國目錄0.汽車發動機歷史回顧1.發動機進排氣控制新技術2.燃油缸內直噴（GDI）技術3.發動機均質充量壓縮燃燒技術4.可變壓縮比（VCR）技術5.柴油機電控高壓共軌燃油噴射技術6.汽車起動停止系統7.發動機技術應用（小型化/雙噴射/水噴射）1.0汽車發動機歷史回顧

1-機油泵鏈輪；2-空調壓縮機；3-活塞；4-排氣歧管；5-氣門；6-凸輪軸；7-挺柱；8-噴油器；9-發電機；10-進氣歧管；11-導向輪；12-水泵；13-動力轉向油泵；14-油底殼發動機整體構造圖汽車發動機歷史回顧發動機是汽車的心臟，經歷了蒸汽時代、化油器時代和電噴時代，其中奧托提出了內燃機的四沖程理論，為內燃機的發明奠定了理論基礎。汽車發動機歷史回顧四沖程發動機工作流程圖汽車發動機歷史回顧化油器優點有：能夠將內燃機的油氣比控制在理想的水平上，不論天候、溫度，永遠進行著一成不變的工作。而且化油器的成本低、可靠度高，維修、保養容易。缺點：在冷車啟動、怠速運轉、急加速或低氣壓環境等，這樣固定的供油方式實際上并無法全面滿足引擎的運轉需求，甚至可能因而產生黑煙、燃燒不全與馬力不足等狀況。汽車發動機歷史回顧電噴發動機系統組成最大優點就是燃油供給控制十分精確，讓引擎在任何狀態下都能有正確的空燃比，不僅讓引擎保持運轉順暢，其廢氣也能合乎環保法規的規范。1.1發動機進排氣控制新技術1.可變氣門正時技術1）VTEC技術2）VVT-i技術3）Valvetronic技術2.可變長度進氣歧管3.電子節氣門技術可變氣門正時技術可變氣門定時技術VVT（VariableValveTiming）指的是發動機氣門升程和配氣相位定時可以根據發動機工況作實時的調節。VVT技術可分為3種：可變相位（phase）技術，可變升程（lift）技術，以及可變相位和升程技術。代表性的VVT技術是本田公司的VTEC（VariableValveTimingandValveliftElectronicControlSystem），豐田公司的VVT-i和寶馬公司的Valvetronic技術。VTEC技術VTEC配氣機構整個VTEC系統由發動機電子控制單元（ECU）控制，ECU接收發動機傳感器（包括轉速、進氣壓力、車速、水溫等）的參數并進行處理，輸出相應的控制信號，通過電磁閥調節搖臂活塞液壓系統，從而使發動機在不同的轉速工況下由不同的凸輪控制，影響進氣門的開度和時間。VTEC技術VTEC系統工作原理發動機低速時，小活塞在原位置上，三根搖臂分離，主凸輪和次凸輪分別推動主搖臂和次搖臂，控制兩個進氣門的開閉，氣門升量較少，情形好像普通的發動機。雖然中間凸輪也推動中間搖臂，但由于搖臂之間已分離，其它兩根搖臂不受它的控制，所以不會影響氣門的開閉狀態。VTEC工作原理VTEC工作原理當發動機在中低速工作時，控制系統使主、副搖臂與中間搖臂分離，利用兩側的低速凸輪A、B驅動主、副搖臂，壓動氣門開啟。中間搖臂在彈簧的作用下與中間凸輪（高速凸輪）一起轉動，但此時由于沒有油壓作用于同步活塞，所以中間搖臂與氣門的開閉無關。當發動機高速運轉時，控制系統使搖臂內部的液壓活塞沿箭頭方向移動。此時主、副及中間搖臂在同步活塞的作用下連成一體，均由中間凸輪（高速凸輪C）來驅動，從而獲得高功率所需的配氣正時和氣門升程。VTEC技術i-VTEC系統構成i-VTEC系統是在現有系統的基礎上，添加一個稱為“可變正時控制”VTC（Variabletimingcontrol），即一組進氣門凸輪軸正時可變控制機構，通過ECU控制程序，控制進氣門的開啟關閉。i-VTEC系統可連續調節氣門正時，且能調節氣門升程。

i-VTEC各種工作模式下的狀態及實現目標工作模式VTC工作狀態VTEC工作狀態控制目標怠速控制模式VTC以較小氣門重疊角（進氣門滯后）控制凸輪正時，有助減小廢氣倒流內進氣管內VTEC分別控制兩個氣門各自獨立工作，產生強烈渦流，以便怠速時增加混合氣空燃比（稀燃）獲得最佳燃油經濟性和降低燃燒室廢氣排放稀薄燃燒控制模式VTC以較小氣門重疊角（進氣門滯后）控制凸輪正時VTEC分別控制兩個氣門各自獨立工作，產生強烈渦流，有助減小廢氣倒流內進氣管內增大混合氣空燃比（稀燃），改善經濟性和排放普通燃燒控制模式VTC增大氣門重疊角，讓部分廢氣倒流入進氣管內，以便在下一進氣行程稀釋空氣中氧氣含量，降低NOx排放VTEC分別控制兩個氣門各自獨立工作，產生強烈渦流，加快燃料空氣混合和燃燒速度產生EGR效果，以增加經濟性和減低排放低速高負荷控制模式VTC控制最佳凸輪相位（滯后），獲得發動機最佳轉矩VTEC分別控制兩個氣門各自獨立工作，產生強烈渦流，加快低轉速時混合狀態和燃燒速度獲得最大轉矩高速控制模式VTC控制最佳凸輪相位（滯后），充分利用氣流慣性，增大沖量VTEC切換同步活塞連接高速凸輪和低速凸輪，兩氣門由高速凸輪驅動獲得大升程，充分進氣獲得最大功率VVT-i技術VVT-i系統組成最大特點是可根據發動機的狀態控制進氣凸輪軸，通過調整凸輪軸轉角對配氣時機進行優化，以獲得最佳的配氣正時，從而在所有速度范圍內提高扭矩，并能大大改善燃油經濟性，有效提高汽車的功率與性能，減少油耗和廢氣排放。雙VVT-i系統雙VVT-i系統雙VVT-i指的是分別控制發動機的進氣系統和排氣系統。在急加速時，控制進氣的VVT-i會提前進氣時間，并提高氣門的升程，而控制排氣的VVT-i會推遲排氣時間。Valvetronic技術1－扭轉彈簧；2－支架；3－進氣凸輪軸；4、10－下搖臂；5－排氣凸輪軸；6、8－液壓挺柱；7－排氣門；9－上搖臂；12－進氣門；13－蝸桿軸；14－伺服電動機；15－偏心輪；16－蝸輪；圖1-11Valvetronic系統組成Valvetronic技術氣門開閉仍由凸輪軸來控制，而凸輪上的凸輪卻并非與氣門直接貼合，而是通過一個搖臂機構，然后才作用到氣門。這個搖臂機構可以通過自身角度的改變來控制開啟氣門的深度，從而使氣門的行程發生改變。而搖臂本身是由一個步進電機帶動一個凸輪來控制的，步進電機對于凸輪的作用，則由ECU來控制。這項技術最為顯著的特點，就是取消了節氣門。與傳統式的雙凸引擎來比較，Valvetronic利用一支附加的偏心軸、步進馬達和一些中置搖臂，來控制氣門的啟開或關閉。Valvetronic技術通過實現對氣門行程的無級可調，達到對發動機不同轉速狀態下，功率扭矩輸出的最佳均衡。Valvetronic技術裝備有Valvetronic系統的發動機系統機構可變長度進氣歧管1-細長進氣歧管；2-控制閥；3-粗短進氣歧管；4-噴油器；5-進氣道；6-進氣門圖1-14可變長度進氣歧管

發動機的進氣道是連接進氣門和進氣總管的，進氣歧管設計的形狀也能直接影響發動機的性能。隨著進氣門的開啟和關閉，在進氣管內會產生壓力波動，形成吸氣波和壓力波，并以聲速傳播，進氣管的長度必須根據發動機轉速而調整，以保證最高壓力波在進氣門關閉以前到達進氣門，從而提高進氣量。可變長度進氣歧管可變長度進氣歧管工作原理圖在低轉速時短進氣歧管關閉，發動機使用長進氣歧管進氣；高轉速時則關閉長進氣歧管，使用短管進氣；或者在進氣歧管內設置閥門，通過開關來控制歧管內的閥門，以此來控制進氣歧管的長度，分段可調能夠實現多種長度，更能后適應發動機轉速的要求。電子節氣門技術汽車電子節氣門技術(ElectronicThrottleControl，ETC)是伴隨汽車電子驅動理念(Drive-by-Wire)而誕生的。它摒棄了傳統油門踏板采用鋼絲繩或杠桿機構與發動機節氣門間的直接的機械連接，通過增加相應的傳感器和電控單元，實時精確控制節氣門開度。電子節氣門技術1-加速踏板；2-加速踏板位置傳感器；3-ETC控制單元；4-其它控制單元；5-電機及減速機構；6-節氣門；7-節氣門位置傳感器；8-反饋信號圖1-16ETC控制系統工作原理示意圖

電子節氣門技術在工作時，駕駛員操縱油門踏板，油門踏板位置傳感器產生相應的電壓信號輸入節氣門ECU，根據當前的工作模式、踏板移動量和變化率解析駕駛員意圖，計算出對發動機扭矩的基本需求，得到相應的節氣門轉角的基本期望值。經過CAN總線和整車控制單元進行通訊，獲取其他工況信息以及各種傳感器信號如發動機轉速、檔位、節氣門位置、空調能耗等等，由此計算出整車所需求的全部扭矩，通過對節氣門轉角期望值進行補償，得到節氣門的最佳開度，并把相應的電壓信號發送到驅動電路模塊，驅動控制電機使節氣門達到最佳的開度位置，節氣門位置傳感器則把節氣門的開度信號反饋給節氣門控制單元，形成閉環的位置控制。電子節氣門技術的優點(1)精確控制節氣門開度(2)改善了發動機的排放性能(3)具有更高的車輛行駛可靠性(4)可選擇不同的工作模式(5)可獲得海拔高度補償電子節氣門技術的發展方向(1)向集成化和綜合控制方向發展(2)結合多種控制方法進行綜合控制(3)車載網絡、總線技術在汽車電子節氣門控制系統的應用1.2

燃油缸內直噴（GDI）技術汽油缸內直噴技術作為第三種燃燒方式得到了廣泛重視和發展。已經成為汽車工業發展的重要方向。目前在一些先進國家如日本、歐美的GDI汽油機在保持汽油機動力性能優勢的同時。在燃油經濟性方面已達到甚至超過柴油機水平。可以預見，車用汽油機GDI技術將得到更大發展，并將取代進氣道直噴成為電控噴射的主要形式。奔馳汽油直噴技術燃油缸內直噴（GDI）技術三種形式的汽油發動機汽油發動經歷了三次改革：從化油器到電控汽油噴射，再到現在的研究的缸內直噴。三種形式的汽油發動機的重大區別在于汽油出口的位置，位置不同，技術也就不同。燃油缸內直噴（GDI）技術直噴式發動機（缸內噴注式汽油發動機）與一般汽油發動機的主要區別在于汽油噴射的位置；GDI裝置引進了柴油機直接將柴油噴入缸內的理念直接在缸內噴射汽油，利用缸內氣體流動與空氣混合組織形成分層燃燒。燃油缸內直噴（GDI）技術缸內直噴汽油機稀燃技術的原理：缸內直噴汽油機稀薄燃燒技術分為均質稀燃和分層稀燃兩種燃燒模式。中小負荷時。在壓縮行程后期開始噴油，通過與燃燒系統的合理配合。在火花塞附近形成較濃的可燃混合氣。在遠離火花塞的區域，形成稀薄分層混合氣；大負荷及全負荷時，在早期進氣行程中將燃油噴人氣缸。使燃油有足夠時間與空氣混合，形成完全的均質化計量比進行燃燒。燃油缸內直噴（GDI）技術GDI發動機控制系統原理圖缸內直噴汽油機主要要達到兩個目標：一是大幅度改善車用汽油機的燃油經濟性，二是控制排放，主要是NOx和未燃HC的排放。燃油缸內直噴（GDI）技術GDI燃油噴射控制模式1)按工況區分控制模式2)扭矩控制策略3)噴油正時控制策略4)噴油壓力控制策略燃油缸內直噴技術優點1、動力性：可以提高發動機的壓縮比。也使發動機具有更高的熱效率，燃料熱得到充分利用。試驗證明，GDI發動機的功率要比同排量的其它發動機大40％左右。2、燃油經濟性：GDI發動機有著卓越的燃油經濟性，油耗量低，升功率大3、污染排放量：GDI發動機能有效的降低HC、NOx和CO三種污染物的排放，使排放可達歐Ⅳ標準性能優點燃油經濟性提高燃油經濟性（經濟性的對比取決于測試循環，最大可以提高20%-30%）降低泵氣損失（取消節氣門采用分層充氣模式）更低的熱損失（無節氣門、分層充氣模式）可以提高壓縮比（進氣過程噴油冷卻充氣）降低辛烷值要求（進氣過程噴油冷卻充氣）提高充氣效率（進氣過程噴油冷卻充氣）減速時可以實現斷油控制加速時較少的加濃量駕駛性能提高瞬態響應性能提高冷起動穩定性空燃比控制性能更準確地空燃比控制縮短起動過程和提高燃燒穩定性降低起動加濃量降低加速加濃量燃燒穩定性可以擴大EGR工作界限（減少節氣門的使用、降低NOx的排放）排放可實現更低的排放降低冷起動HC排放降低發動機瞬態HC峰值排放降低CO2排放系統優化提高系統優化的潛力GDI發動機理論上的優勢燃油缸內直噴技術存在的問題性能存在問題排放性能部分負荷、分層充氣時局部產生較高的NOx，混合氣較稀不能使用三效催化器小負荷時相對較高的HC排放大負荷時相對較高的NOx排放增加了微粒的排放穩定燃燒和控制中小負荷區域內分層充氣稀薄燃燒的控制負荷變化時實現無縫過渡，控制和噴油策略變得非常復雜為了降低NOx采用較高的EGR率相對較高的噴油嘴沉淀物和積碳燃油經濟性提高噴油壓力和油泵回流造成的損失催化器快速起燃和再生消耗的額外燃油噴嘴和高壓油泵增加的額外電量消耗性能和可靠性相對高的噴嘴沉淀物和積碳由于提高了系統壓力，增加了燃油系統的磨損提高而來缸套的磨損增加了進氣門和燃燒室的沉淀物控制復雜性更復雜的排放控制系統和控制策略實現從冷起動到全負荷各種工況的控制，需要復雜的供油系統和燃燒系統控制技術增加了系統優化的標定參數燃油缸內直噴技術的應用技術1、降低NOx排放的技術（1）稀燃催化器（2）廢氣再循環2、二次燃燒技術3、二次混合技術4、均質混合壓燃技術1.3發動機均質充量壓縮燃燒（HCCI）技術傳統燃燒概念局限性傳統的汽油機屬于預混均質燃燒，由于汽油特性以及爆震等諸多因素的限制，因此，壓縮比低，熱效率低。與汽油機相比，柴油機具有較高的熱效率和優越的燃油經濟性，但是，傳統柴油機的燃燒是燃料噴霧的擴散燃燒，依靠發動機活塞壓縮到接近終點時的高溫使混合氣自燃著火。由于噴霧與空氣的混和時間很短，燃料與空氣混和的嚴重不均勻，混合氣分為高溫過濃區和高溫火焰區，導致碳煙和N0排放生成。發動機均質充量壓縮燃燒（HCCI）技術三種發動機燃燒比較HCCI是英文“HomogeneousChargeCompressionIgnition”的縮寫，中文意思是“均質充量壓縮點燃”。它是一種預混合燃燒和低溫燃燒相結合的新型燃燒方式：在進氣過程形成均質的混合氣，當壓縮到上止點附近時均質混合氣自燃著火。比較內容點燃式發動機壓燃式發動機HCCI發動機燃料汽油等柴油、乙醇、天然氣等均可，范圍更廣過量空氣系數1左右1.6-2.2范圍更廣混合氣形成方式噴射-均質噴射-濃稀均質稀薄燃燒否是是點火方式點燃壓燃壓縮自燃點火系統有無無燃燒方式預混合燃燒擴散燃燒同時著火節氣門有無無扭矩調節方式變量調節變質調節變質調節壓縮比較低較高較高火焰有有無明顯火焰前鋒壓縮終了溫度較低較高較高燃燒溫度較高局部較高相對低溫理論循環等容加熱混合加熱等容加熱泵氣損失較高較低較低向氣缸散熱較多較少較低熱效率低高高燃油經濟性低高高NOx高高低PM低高低HC高低高CO高低高燃燒起點控制點火定時噴油定時綜合控制燃燒劇烈程度較小較大較大三種燃燒方式的發動機比較HCCI特點1、超低的氮氧化物和碳煙排放2、燃燒熱效率高（1）減小了節流損失（2）提高了壓縮比（3）縮短了燃燒持續期3、HCCI燃燒過程主要受燃燒化學動力學控制4、HCCI發動機運行范圍較窄5、HCCI發動機HC、CO排放較高規范化放熱曲線NOx排放曲線比較圖HCCI面臨的問題與難點1、適用工況范圍窄：燃燒受到失火(混合氣過稀)和爆燃(混合氣過濃)的限制，發動機運行范圍比較窄。2、燃燒進程難以控制：HCCI是預混合壓燃，不能像汽油機一樣由點火時刻控制燃燒始點，也不能像柴油機一樣由噴油時間控制燃燒始點，它沒有直接控制燃燒始點的措施，混合氣的自燃受混合物特性、溫度時間歷程等的影響。3、均勻混合氣的制備比較困難：均勻混合氣的制備和避免燃料與壁面相互作用對實現高燃燒效率、減少HC和PM排放及潤滑油稀釋很重要。HCCI技術的展望1、耦合詳細化學動力學探索HCCI燃燒機理2、改變氣體／燃料混合氣的混合特性3、改變發動機設計和工作參數目前，限制HCCI燃燒技術運用的核心問題是著火點控制、燃燒放熱速率的控制以及拓寬HCCI發動機運行范圍。1.4

可變壓縮比（VCR）技術壓縮比是氣缸總容積與燃燒室容積的比值，其表示活塞由下止點運動到上止點時氣缸內氣體被壓縮的程度，是衡量發動機性能的重要參數，是影響發動機效率最重要的因素之一。一般來說，壓縮比越高，發動機的性能就越好。對于傳統的發動機，一經設計好其壓縮比是固定不變的，因為燃燒室容積及氣缸工作容積都是固定的參數。現代汽車發動機的壓縮比汽油機一般為8～12，柴油機一般為12～22。在增壓壓力低的低負荷工況使壓縮比提高到與自然吸氣式發動機壓縮比相同或超過；另一方面.在高增壓的高負荷工況下適當降低壓縮比。換言之，隨著負荷的變化連續調節壓縮比，以便能夠從低負荷到高的整個工況范圍內有提高熱效率。可變壓縮比（VCR）技術薩博SVC發動機薩博SVC變壓縮比技術就是通過活塞運動到上止點位置的變化來改變燃燒室容積的，從而改變壓縮比的。其壓縮比范圍可從8：1至14：1之間變化。在發動機小負荷時采用高壓縮比以節約燃油；在發動機大負荷時采用低壓縮比，并輔以機械增壓器以實現大功率和高扭矩輸出。可變壓縮比（VCR）技術采用了長壽命的齒輪和滾珠軸承系統導向的活塞，且活塞相對以前沒有活塞裙部，該結構使活塞不會產生垂直拍擊和徑向負荷，保證發動機的堅固耐用和可靠性。能有效的降低摩擦損失，提高機械效率。法國MCE-5發動機可變壓縮比（VCR）技術多連桿VCR發動機運動規律：活塞與曲軸通過上連桿與下連桿連在一起。下連桿也通過控制連桿連接到了控制軸偏心軸頸中心。曲軸的旋轉導致了下連桿圍繞著主軸頸的中心旋轉，同時圍繞著曲柄銷的中心轉動。壓縮比改變的原理：移動偏心軸的中心向上使下連桿順時針傾斜，因此使活塞的上止點和下止點的位置同時下降以降低壓縮比。相反，偏心軸的中心向下移動可以提高壓縮比。可變壓縮比（VCR）技術壓縮比圖在低速低負荷時采用高壓縮比14：1以獲得提高燃油經濟性的最佳效果；隨著負荷的增加，減小壓縮比以防止爆震發生；為了在全負荷時采用高增壓，將壓縮比設為最低值8：1。可變壓縮比技術的優點1、提高了發動機的熱效率，很大程度上改善了發動機的燃油經濟性。2、適合于多元燃料驅動3、有利于降低排放4、提高運行穩定性5、實現發動機的小排量，結構更緊湊，比質量更高可變壓縮比技術存在問題1、VCR發動機一般都結構復雜，通常需要對發動機結構進行大幅改變，有時加工困難。2、那些新增的控制及輔助機構等可活動零部件導致了振動、摩擦損失和磨損的增加，也使發動機質量增加，這些大質量體的移動需要耗費很大一部分能量。3、適時準確地改變發動機的壓縮比，需要相應的高精度控制設備，匹配難度大。4、密封性問題。5、研發及制造成本高。可變壓縮比技術發展方向1、隨著發動機相關理論、微機技術、電子技術、結構優化設計等技術的飛速發展,可變壓縮比技術會越來越多地應用在發動機上,它可使發動機的各項性能在各工況變化范圍內得到優化。2、VCR技術使未來的發動機趨向于小型化、節能環保且能提供強大的動力。3、未來的VCR發動機應具有與現有發動機之間的互換性，以推動量產。4、未來的VCR發動機應與先進的電子控制系統相配合，以盡可能精確地連續調節壓縮比，使其滿足不同的工況和使用要求，獲得更高的效率。5、應加大可變壓縮比技術研發投入，結合VVT、GDI、HCCI、渦輪增壓、稀薄燃燒等新技術來改善和提高發動機的綜合性能。1.5

柴油機電控高壓共軌燃油噴射技術汽油機和柴油機的區別汽油機的壓縮比為8～12。柴油機的壓縮比為12～22。從理論上講，壓縮比越大，效率越高。汽油機熱效率比較低，而柴油機有著更好的熱效率，也就是更好的油耗表現。點火方式不同，汽油機是把吸入氣缸的汽油蒸汽與空氣混合、加壓，然后用火花塞點火。柴油機是由噴油嘴噴出的霧狀柴油與空氣混合、加壓，靠壓縮來提高混合氣體的溫度自動點火，即壓燃式點火。汽油機使用鋁合金、塑料等材料制成。體積小，重量輕，起動方便，運轉平穩，轉速快，適用于汽車、飛機等要求體積小、速度快的運輸工具。柴油機的壓縮比大，氣缸因為要承受較大的壓力而做得較為牢固笨重，一般用鋼板，鐵板等材料制成。它的功率大，適用于載重較大的大型卡車、拖拉機、機車和船艦。柴油機與汽油機相比主要有三大優點1.經濟。首先，每單位柴油的能量含量比汽油高；其次柴油機的壓燃特性使其熱效率比汽油機高。一般柴油機的油耗要比汽油機的低30%-40%。2.環保。相對而言，柴油機的一氧化碳、碳氫化合物和二氧化碳排放量極低，但在顆粒物和氮氧化物的排放控制上要比汽油機更難處理。3.柴油機低速大扭矩的特性，為汽車提供了更好的使用性能。柴油機電控燃油噴射系統發展歷史柴油機電控燃油噴射系統的開發研究從20世紀70年代開始，己經經歷了三代。從第一代的“位置控制式”到第二代的“時間控制式”，再到現在的第三代“時間一壓力控制式”。柴油機共軌式電控燃油噴射技術是一種全新的技術,它集成了計算機控制技術、現代傳感檢測技術以及先進的噴油結構于一身,它有助于減少柴油機的尾氣排放量,改善噪聲,并降低燃油消耗。電控高壓共軌燃油噴射系統組成1-低壓油泵；2-柱塞泵切斷電磁閥；3-調壓電磁閥；4-燃油濾清器；5-燃油箱；6-ECU；7-蓄電池；8-共軌管；9-共軌壓力傳感器；10-油溫傳感器；11-電控噴油器；12-水溫傳感器；13-曲軸位置與轉速傳感器；14-加速踏板位置傳感器；15-凸輪軸位置傳感器；16-空氣流量計；17-增壓傳感器；18-進氣溫度傳感器；19-渦輪增壓器圖1-30高壓共軌噴油系統的組成

電控高壓共軌燃油噴射系統組成高壓共軌電控燃油噴射系統主要由電控單元(ECU)、高壓油泵、共軌管、電控噴油器以及各種傳感器等組成。柴油機高壓共軌燃油噴射系統的構成和工作方式與汽油機電控燃油噴射系統相似，主要由燃油供給系統和電子控制系統兩大部分組成。電控高壓共軌燃油噴射系統組成供油系統柴油機電控高壓共軌噴油系統的燃油供給系統又分為低壓供油和高壓供油兩部分電控高壓共軌燃油噴射系統組成控制系統框圖控制系統由傳感器、電控單元(ECU)和執行器組成。ECU根據各個傳感器的信息，計算出最佳噴油時間和最合適的噴油量，并確定合理的噴油時刻和噴油持續期，向執行器(電控噴油器的電磁閥)發出開關指令，從而精確控制發動機的工作過程。電控高壓共軌燃油噴射系統工作原理高壓共軌噴油系統是建立在直噴技術、預噴射技術和電控技術基礎之上的一種全新概念的噴油系統。電控高壓共軌燃油噴射系統共軌管中的燃油壓力由一個徑向柱塞式高壓泵產生，壓力大小與發動機的轉速無關，可在一定范圍內自由設定，其大小由一個電磁壓力調節閥控制，根據發動機的工作需要進行連續壓力調節。電控單元作用于噴油器電磁閥上的脈沖信號控制燃油的噴射過程，噴油量的大小取決于共軌管中的油壓和噴油器電磁閥開啟時間的長短，及噴油嘴液體流動特性。工作時，該系統將共軌管內形成的恒定高壓燃油，通過高壓油管分送到每個噴油器，并借助于集成在每個噴油器上的高速電磁閥的開啟與閉合，控制噴油器定時、定量地將燃油噴射至燃燒室。柴油機電控高壓共軌燃油噴射系統優點1、共軌系統中噴油定時與噴油壓力都可以獨立控制，噴油壓力不依賴于轉速，因而在寬廣的運行區域內都可以進行高壓噴射(噴射壓力達120M-200MPa以上)；2、共軌系統具有高精度控制預噴射的能力，可控制噴油速率變化，實現預噴射和多次噴射；3、由電磁閥控制噴油，其控制精度較高，減輕柴油機的振動和降低排放；4、結構簡單、性能可靠、實用性強，應用范圍廣；5、自由調節噴油時間根據發動機轉速和負荷等參數，計算出最佳噴油時間，并控制電磁噴油器在適當時刻開啟和關閉，從而精確控制噴油時間。柴油機電控高壓共軌燃油噴射系統發展方向（1）提高噴油壓力；（2）更小的噴孔直徑；（3）多孔式噴油嘴；（4）壓電式噴油器；（5）高精度快速響應智能型傳感器的研制；（6）共軌燃油壓力持續恒壓反饋控制的進一步深入和完善；（7）采用先進的多次噴射的控制模式與算法；（8）安全保護與提高故障診斷及緊急運行能力的研究；（9）提高整個噴射系統的優化匹配；（10）提高系統的可靠性，降低制造成本。1.6

汽車啟動停止系統在城市中,由于人口和車輛比較集中,造成了城市車輛運行工況的特殊性,特別是對于城市公交車來說,停靠的站點多,再加上交通道口紅燈停車,起步和停車十分頻繁,造成了發動機產生的大部分能量在制動過程中以摩擦生熱的形式消耗又由于存在長時間的停車工況,使發動機長時間地處于怠速運轉狀態,造成車速低、油耗高、污染嚴重等問題.汽車起動停止系統(StartStopSystem)由此應運而生,同時也稱為汽車怠速停止和起動系統(IdlingStop&StartSystem,ISS)。汽車起動停止系統的結構與工作原理工作原理可簡要敘述為:在車輛停止、發動機處于怠速狀態時,發動機將自動關閉,當駕駛人有重新起動車輛的意愿時,可以自動起動發動機來驅動車輛行駛。汽車起動停止系統的結構與工作原理具體工作原理：當車速傳感器檢測到車輛停止，發動機轉速傳感器檢測到發動機處于怠速狀態,制動踏板傳感器檢測到制動踏板被踩下,而且擋位傳感器檢測到變速器未處于R位時,這些信號將傳遞至起動停止系統控制器(ISC),ISC判定車輛滿足了怠速停止的條件,ISC將關閉發動機的命令發送到發動機ECU,發動機ECU再發送信號給點火系統停止點火或燃油泵停止供應燃油來關閉發動機。

當制動踏板傳感器檢測到駕駛人松開制動踏板,加速踏板傳感器檢測到加速踏板被踩下,且擋位傳感檢測到變速器處于D位時,ISC則判定駕駛人試圖起動車輛,ISC發送信號給電動機/發電機,電動機/發電機利用蓄電池的電力來起動發動機,同時發動機ECU發送命令給點火開關開始點火或燃油泵開始供油,基于電動機/發電機的減振效果,發動機可以平順地起動,然后驅動車輛繼續前進。博世啟動停止系統起動停止系統既可用于手動變速器車輛的發動機,也可用于雙離合器變速器車輛的發動機。

手動變速器車輛上博世起動停止系統結構

豐田啟動停止系統當發動機重新起動時,為了向起動停止系統供電,豐田起動停止系統采用了高性能車用鋰離子蓄電池。

該車智能起動停止系統的工作原理:當變速桿位于D位時,使汽車停車時自動停止發動機運轉,而當腳松開制動踏板時,鋰離子蓄電池向起動機供電,發動機又重新起動,其起動工作狀態如左圖。豐田啟動停止系統汽車起動停止系統的結構與工作原理起動停止系統采用BSG電機微混技術,如圖所示.該系統采用一個起動/發電一體機(M/G)作為動力源,在發動機怠速停止后需要起動時,拖動發動機起動.這套系統不但實現了起動停止技術,而且解決了發動機在怠速停止時空調和水泵等不能工作的問題.該系統通過一個電磁離合器在發動機怠速停止時切斷帶輪與發動機的傳動,這樣怠速時發動機停止轉動,帶輪上的其他設備由M/G驅動,繼續正常工作。馬自達智能怠速停止系統

采用預先控制活塞停止位置的電控技術,在發動機重新點火的初始階段即通過燃料噴射進行燃燒來重新起動發動機。1.7

發動機技術應用發動機小型化的關鍵技術小型化汽油發動機需要直噴和渦輪增壓技術來提高功率。渦輪增壓所產生的動力越大,由于質量而產生的慣性也就越大。這將引起發動機低速時的轉矩損失。Lotus目前可通過使用可變氣門正時技術來補償轉矩的不足。大眾汽車在其高性能的TSI發動機上通過增加一個機械增壓器來作為現有渦輪增壓器的補充。渦輪增壓單元必須足夠小以滿足低速時性能要求。但是小部件在高負載時,容易過熱。為了冷卻充分,系統必須增加額外的燃油使用,這就造成了浪費。另一種解決方案,雙渦輪裝置。該雙渦輪增壓器系統的原理是,一個小型的渦輪增壓器用于低負載工況,當負載增加時,一個大型的渦輪增壓器開始工作.目前霍尼韋爾和博格華納正在生產雙渦輪增壓器。另一個能夠實現發動機小型化的關鍵技術是汽油機缸內直噴技術。以豐田公司四沖程發動機缸內直噴升級版(Direct４SuperiorVersion,D-４S)技術為代表的發動機雙燃油噴射系統則集進氣歧管燃油噴射和缸內直接噴射的優勢,根據不同工況,調節不同噴射方式,提高發動機功率和動力性的同時降低污染排放。雙燃油噴射系統雙燃油噴射系統BMW水噴射系統以往水冷系統是由水對發動機外圍進行降溫,無法針對產生熱源的燃燒室直接降溫,對于加裝渦輪的大馬力車種,高轉速產生的溫度便無法快速降低,尤其渦輪車的進氣溫度更高,空氣含氧量不足會造成爆燃且降低燃油使用效率.所以水噴射系統是將水霧化后注入進氣歧管,水氣進入燃燒室后必能有效降溫,燃燒后的水成為水蒸氣跟著廢氣由排氣閥門排出,不會有水殘留,又能在每次爆炸時進行降溫.水噴射系統能夠直接降低燃燒室溫度,燃燒后的水蒸氣還具有清除積炭的效果.水噴射系統噴嘴第二章汽車傳動系統新技術本課程配套教材：《現代汽車新技術》（第3版）北京大學出版社主編姜立標叢書名：高等院校汽車專業"互聯網+"創新規劃教材樣書申請目錄2.1無級變速器CVT2.2雙質量飛輪2.3汽車雙離合器變速器技術2.4驅動防滑系統2.5四輪驅動系統2.6混合動力汽車的傳動技術2.7純電動汽車的傳動系統2.1無級變速器CVT液力自動變速器(AT)液力自動變速器是將發動機的機械能平穩地傳給車輪的一種液力機械裝置，以其良好的乘坐舒適性、方便的操縱性、優越的動力性、良好的安全性奠定了在汽車工業的主導地位。電控機械式自動變速器(AMT)電控機械式自動變速器既具有液力自動變速器自動變速的優點，又保留了原手動變速器齒輪傳動的效率高、成本低、結構簡單、易制造的長處。它結合了二者優點，是非常適合我國國情的機電一體化高新技術產品。它是在現生產的機械變速器上進行改造的，保留了絕大部分原總成部件，只改變其中手動操作系統的換擋桿部分，生產繼承性好，改造的投入費用少，非常容易被生產廠家接受。它的缺點是非動力換擋，這可以通過電控軟件方面來得到一定彌補。無級變速器的類型駕駛靈活、低油耗和低噪聲要求變速器擋位越多越好，這種思想的進一步延伸就是無級變速。無級變速傳動(ContinuouslyVariableTransmission，CVT)指無級控制速比變化的變速器。它能提高汽車的動力性、燃料經濟性，駕駛舒適性，行駛平順性。電控的CVT可實現動力傳動系統的綜合控制，充分發揮發動機特性。帶式CVT人們首先應用的帶式CVT是橡膠帶式，它裝用于DAT公司的微型乘用車及Volvo340系列乘用車上，但因傳遞功率容量低，而被橡膠與金屬帶、金屬帶及鏈帶等形式所取代。其中又以VDT(VanDoorne’sTransmission)的金屬帶最為成功。除這類濕式帶外，最近由樹脂和鋁合金等構成的干式帶也問世，它用直流電機控制，其特點是：起步由定傳動比的齒輪，即副傳動路線來傳遞動力，保證起步性能；當達到規定車速時，再變換到由帶傳動確定的主傳動路線。鏈式CVT鏈式CVT是帶的另一種形式，類似自行車的鏈條，它由3部分組成：內連接片、壓板連接片和連接它們的浮動銷，銷相互滾動，使鏈條在彎曲時摩擦力小，且具柔性。銷的表面被沖壓，以使其與輪的接觸隨旋轉半徑的減小而從上移到下，使鏈表面保持磨損穩定。鏈輪表面的沿輪向凸起是防止鏈因摩擦系數下降而打滑。鏈可不必有固定周節，從而消除純音色，有利于降低噪聲。另外，它比帶式CVT簡單價廉。CVT的特點汽車采用無級變速器之后，可以實現發動機與變速器的最佳匹配，使發動機長時間工作在最佳工況下，從而可以有效地提高汽車的動力性、經濟性、排放性和舒適性。因此，它具有如下特點：(1)提高燃油經濟性(2)提高動力性能(3)減少排放量(4)節約成本(5)改善了駕駛舒適性能機械式CVT的結構機械式無級變速器由電控系統、液壓控制系統、傳動裝置、速比調節裝置、安全緩沖轉置和金屬帶組成。汽車的橫置發動機通過變速器殼內的離合器與換向機構，帶動金屬帶錐盤變速器、主減速器、差速器和半軸齒輪等，通過半軸帶動左右萬向節軸驅動前輪。車輛行駛時，當主、被動工作帶輪的可動部分通過控制高壓油使其按需要做軸向移動時，改變了主、被動輪的工作半徑比，從而滿足了外界對汽車的要求。機械式CVT變速器的工作原理CVT系統主要由主動輪組、從動輪組、金屬傳動帶和液壓控制系統及電子控制系統等組成。主動輪組和從動輪組都由固定盤和可動盤組成，固定盤在軸上固定不動，而可動盤在液壓控制系統的控制下可以沿軸向移動。可動盤與固定盤都是錐面結構，他們各自的錐面共同形成V型槽與V型金屬傳動帶嚙合。發動機輸出動力首先傳遞到CVT的主動輪，然后通過V型金屬傳動帶傳遞到從動輪，最后經減速器、差速器傳遞給汽車驅動輪。CVT變速是由液壓控制系統控制主動輪與從動輪的可動盤作軸向移動來改變主動輪、從動輪錐面與V型傳動帶嚙合的工作半徑，從而改變傳動比，從而實現了無級變速。汽車開始起步時，主動輪的工作半徑較小，變速器可以獲得較大的傳動比，變速器獲得較大的減速。隨著車速的增加，主動輪的工作半徑逐漸減小，從動輪的工作半徑相應增大，CVT的傳動比下降，變速器輸出轉速升高，使得汽車能夠以更高的速度行駛。機械式CVT變速器的工作原理圖1-主動工作輪不動部分；2-主動工作輪可動部分；3-離合器；4-發動機飛輪；5-主動工作輪液壓控制缸；6-金屬帶；7-從動工作輪固定部分；8-中間減速器；9-主減速器與差速器；10-主動工作輪可動部分；11-從動工作輪液壓控制缸；12-液壓泵機械式CVT的關鍵部件(1)金屬傳動帶金屬帶式無級變速器的核心元件是金屬帶組件，由幾百片(現已達400多片)V形金屬片和兩組金屬環組成高柔性的金屬帶。每個金屬V形塊的厚度為1．4～2．2mm，在兩側工作輪擠壓力作用下推擠前進來傳遞動力。兩側的金屬環由多層薄鋼帶、帶環疊合而成，在傳動中正確引導金屬元件的運動。較薄的厚度對減少運動噪聲十分重要。較多的元件與帶輪接觸，降低接觸面壓力，還可允許其表面偶爾出現一兩個損壞，有利于耐久性的提高。這種金屬帶的特點是使帶輪可以最小的卷繞半徑工作，速比范圍大，轉矩傳遞容高。機械式CVT的關鍵部件（2）工作輪主從動工作輪構成變速機構，主動工作輪由固定部分(固定錐盤)和可動部分(可動錐盤)組成，從動工作輪也是由固定部分和可動部分組成。主、從動工作輪的可動部分可做軸向移動；工作輪的固定部分和可動部分間形成V形槽，金屬帶在槽內與它嚙合；工作面大多為直線錐面體，也有球面體、復合母線錐體。在控制系統的作用下，可動錐盤依靠鋼帶一滑道結構做軸向運動，可連續地改變傳動帶的工作半徑，從而實現無級變速傳動。無級變速器動力傳遞是由發動機飛輪經離合器傳到主動工作輪、金屬帶和從動工作輪后再經中間減速齒輪機構和主減速器，最后傳遞給驅動輪。(3)液壓泵液壓泵為系統控制的液壓源，其類型有齒輪泵和葉片泵兩種。CVT的控制系統一般采用機械液壓式控制和電子液壓控制兩種類型的液壓泵。機械式CVT的關鍵部件工作輪的工作原理CVT系統控制(1)機械液壓控制系統機械液壓控制系統主要由油泵、主閥體、控制閥、離合器和制動器等組成。有的轎車無級變速器還裝有液力變矩器，例如日產天籟轎車。右圖所示為機械液壓控制系統工作原理示意圖。當駕駛員踩下加速踏板，通過柔性鋼索1帶動換擋凸輪2轉動，控制速比控制閥3。由發動機驅動的液壓泵8將壓力油輸送給主壓力控制閥9。主壓力控制閥9根據工作輪位置傳感器4的液壓信號，控制速比控制閥3中的壓力，從而控制主、從動工作輪可動部分的液壓缸中油液的壓力，以調節金屬帶與工作輪的工作半徑，實現無級自動變速。1-柔性鋼索；2-換擋凸輪；3-速比控制閥；4-工作輪位置傳感器；5-主動工作輪液壓缸；6-從動工作輪液壓缸；7-金屬帶；8-液壓泵；9-主壓力控制閥；10-加速踏板；11-節氣門CVT系統控制(2)電液控制系統目前CVT電液控制系統主要有單壓力回路和雙壓力回路兩種。其工作原理如左圖所示。系統中包括電磁離合器的控制和主從帶輪的傳動比控制。傳動比由發動機節氣門信號和主從帶輪轉速所決定。電子控制單元根據發動機轉速、車速、節氣門開度和換擋控制信號等控制主從動帶輪上伺服液壓缸的壓力，主、從工作輪的可動部分軸向移動，改變金屬帶與工作輪間的工作半徑，從而實現無級變速。幾種無級自動變速器的典型應用(1)CVT與電磁離合器組成無級變速傳動用磁粉式離合器與采用VDT鋼帶的CVT組合的無級變速傳動系統，簡稱為“ECVT”。磁粉式離合器是靠本身的電磁力來傳遞扭矩的。在離合器主、從動部分之間有密閉空間，內放30～50的磁化鋼微粒(磁粉)，密閉空間外纏繞有線圈。通電后散狀磁粉在磁場中開始“凝固”，即磁粉在磁場中形成磁鏈，把從動轂與電磁鐵連在一起。通電電流越大，磁鏈數目越多，磁鏈強度也越高，則磁粉式離合器傳遞轉矩的能力也越大。當電流大到足以使磁粉離合器主、從動部分牢牢地接合在一起時，離合器便停止打滑。磁粉的粘結力特性與電流值成正比，所以對離合器的接合時間和力的控制，可通過發動機節氣門開度與車速兩個參數來控制線圈中電流的大小和通電時間的長短。幾種無級自動變速器的典型應用電磁離合器與CVT組成的無級變速傳動機構這種離合器結構簡單，容易實現轉矩平穩增長，主、從動部分不接觸，無磨損，而且電磁鐵與從動轂之間的間隙在工作中不發生變化，故無需調整間隙，且允許主、從動部分存在較長時間的滑磨。因此，它不僅很理想地解決了裝用CVT車輛的起步問題，而且與裝用液力耦合器的CVT車輛相比，可以防止變速時爬行和消除始終存在的滑轉損失；但它要求磁粉材料的化學物理性能穩定。幾種無級自動變速器的典型應用(2)雙狀態無級變速傳動液力耦合器、電磁離合器等僅解決起步平穩問題，因其均不變更轉矩，所以并未擴大CVT總傳動比范圍。但用液力變矩器組合，不僅能提供最佳起步性能，而且由于它的變矩作用擴大了總傳動比的變化范圍，降低了CVT自身的變化范圍，從而使CVT傳動易于使發動機調節到處于最佳燃油經濟性的區域內工作。德國ZF公司于1991年開發出適用于轎車的無級變速傳動裝置。它是CVT與綜合式液力變矩器(即帶鎖止離合器的液力變矩器)組成的組合式無級變速傳動系統。其動力傳動路線是：發動機動力經液力變矩器2(或鎖止離合器1)、行星齒輪機構5，再經CVT7、減速齒輪8、最后傳給差速器9、半軸10和驅動輪。所謂雙狀態是指當起步和低速時液力變矩器工作；當速度增加至變矩器耦合點工況時，轉換到CVT傳動，此時變矩器轉換成鎖止離合器鎖止工況下工作。這種先為液力無級變速，后轉為“純機械無級變速(CVT)”的組合，稱為雙狀態無級變速傳動。幾種無級自動變速器的典型應用CVT與液力變矩器組成的無級變速傳動1-鎖止離合器；2-液力變矩器；3-液壓泵；4-前進擋離合器；5-行星齒輪機構；6-倒擋離合器；7-金屬帶無級變速器；8-減速齒輪；9-差速器；10-半軸幾種無級自動變速器的典型應用雙狀態無級變速傳動系統示意圖1-發動機；2-扭轉減振器；3-液力變矩器；4-轉換離合器；5-工作輪；6、9-內、外側萬向節；7-單向離合器；8-差速器；10-傳動鏈；F-前進擋離合器；R-倒擋離合器液力變矩器的功率通過傳動鏈10傳至差速器8，CVT無級變速傳動與其平行布置。這種組合在傳動比7:1范圍內可提高30％的效率，故即使在公路上行駛仍可提高燃油5％～8％的經濟性。當加速行駛接近變矩器耦合點工況時，轉換離合器4開始工作，CVT、開始工作。傳遞變矩器動力的傳動鏈10的傳動比基本上與CVT鋼帶傳動的低擋傳動比相同，故當液力變矩器傳動轉換為CVT傳動時，車輛在重載、大節氣門開度下工作，轉換離合器基本上能與CVT的工作輪同步轉換。因此，從液力變矩器換入純機械無級變速非常平順。活齒式無級變速器在機械傳動領域，攻率和效率是兩個最主要的指標，現有汽車變速領域認為，只有齒輪傳動才能使功率和效率達到最高，但純粹的齒輪傳動是不可能實現無級變速的。活齒嚙合這項全新理論的提出，突破了傳統CVT的功率極限，活齒無級變速器巧妙地將齒輪傳動進行“活齒微積分”實現了活齒無級嚙合傳動，于是，活齒無級變速器就擁有了齒輪傳動和現有金屬帶無級變速傳動的全部優點。目前，樣機測試扭矩已超800Nm，超出國際指標近三倍。這種活齒無級變速器的結構非常簡單，制造成本低。活齒無級變速器的動力傳動仍然依賴鋼帶和帶輪，但是此帶輪是帶有活動齒帶輪，鋼帶則是帶有活齒的鋼帶。可以看成是具有活動持的齒輪和齒條系統。活齒式無級變速器活動齒輪由調位圈調整成圓周的形式，調位圈要使用韌性和強度和高的材料制成。活齒無級變速器的關鍵設計在于活齒的鋼帶。活動齒條、定位鍵可以在內鋼帶上套動，內鋼帶起限制并使其繞活動齒輪嚙合運動的作用，外剛帶則是貫穿各個活動齒條，起各條齒分力收集，保持結構的作用。定位鍵的第一個主要作用是連接各調位鋼片彈簧；第二個主要作用是保證各活動齒條的最小齒距，確保活動條齒與活動輪齒的嚙合。活齒式無級變速器活齒無級變速器的變速原理為活動齒輪通過兩端的凸臺受帶輪的凹形導軌控制改變各齒輪單元構成的虛擬齒輪圓的半徑大小，活動條齒則在鋼片彈簧的作用下與活動齒輪單元的三聯齒嚙合，不嚙合的部分也由鋼片彈簧自動調整齒距，所有活動條齒可以在鋼帶上作細微套動。所有活動條齒和鋼帶之間的摩擦系數要取值適當，否則鋼片彈簧不能起調整作用或活動條齒繞鋼帶空轉。又因為嚙合的三聯齒部分受到鋼帶的束縛力，摩擦力會自動增大，而不嚙合的部分則可以由鋼片彈簧自動均勻調整，所以在活動齒輪單元組成的虛擬齒輪圓半徑發生變化后，不嚙合的活動條齒的齒距會自動調整，嚙合活動齒在鋼帶壓力下產生足夠有益摩擦力將動力在鋼帶與帶輪之間工作，開始穩定傳輸動力。這種將摩擦按要求分配的設計將能承受更大的扭矩也將擁有更高的工作效率。活齒式無級變速器活齒式無級變速器活齒無級變速器變速原理示意圖2.2雙質量飛輪雙質量飛輪雙質量飛輪是當前汽車上隔振減振效果最好的裝置。因此20世紀90年代以來在歐洲得到廣泛推廣，已從高級乘用車推廣到中級乘用車，這與歐洲人喜歡手動擋和柴油車有很大關系。眾所周知，柴油機的振動比汽油機大，為了使柴油機減少振動，提高乘坐的舒適性，現在歐洲許多柴油乘用車都采用了雙質量飛輪，使得柴油機乘用車的舒適性可與汽油機乘用車媲美。雙質量飛輪的結構雙質量飛輪式扭轉減振器的基本結構有三部分：第一質量(第一飛輪)，第二質量(第二飛輪)和兩質量之間的減振器。兩種扭轉減振器的結構比較示意圖1-第一飛輪；2-減振器；3-第二飛輪雙質量飛輪的減振原理雙質量飛輪式扭轉減振器的實質在于：一方面由彈簧扭轉減振系統，來吸收發動機輸出扭矩中所包含的變動扭矩成分，將平均化的扭矩傳遞給變速器，衰減扭轉與振動有關的振動和噪聲；另一方面，通過將飛輪分成不同質量的兩塊，使整個動力傳動系統的固有頻率大大降低，從而使發動機的工作轉速范圍避開共振區。與采用整體型飛輪相比，采用雙質量飛輪式扭轉減振器對降低動力傳動系的扭轉振動有著十分顯著的效果。通過對雙質量飛輪式扭轉減振器的扭轉特性進行最佳的選擇和優化，確定其相應的結構性能數，可以使發生扭轉共振現象時的發動機轉速下降到實際使用的工作轉速范圍以下，也即是發動機怠速轉速范圍以下，從而確保雙質量飛輪式扭轉減振器對發動機的變動扭矩的激勵達到較理想的吸收能力。雙質量飛輪扭振減振器的優點(1)可以降低發動機—變速器振動系統的固有頻率

，以避免發動機處于怠速時發生共振。(2)可以加大減振彈簧的安裝半徑，降低減振彈簧剛度K并容許增大轉角

。(3)由于雙質量飛輪扭轉減振器的減振效果較好，因此在變速器中可以采用黏度較低的SAE80號齒輪油而不致產生齒輪沖擊噪聲，并可改善冬季的換擋過程。(4)由于采用雙質量飛輪后，空間變大，限制和約束減少，所以我們可以嘗試著使用其他形式的彈性和阻尼，如液力阻尼、橡膠彈簧等，以期達到最佳減振效果。(5)改善傳動系的布置，延長傳動系零部件壽命。雙質量飛輪扭振減振器的缺點(1)結構較離合器從動盤式復雜，加工制造困難且成本高。(2)減振彈簧分布半徑增大，在發動機高速轉動下，彈簧徑向的離心力和切向的變形量增加，使彈簧的磨損加劇。主要原因如下：(1)由于飛輪上靠近中心的位置用于安裝與曲軸法蘭盤連接的螺栓和支撐第二質量的軸承了，因此減振器彈簧在徑向上向外移動了一定距離，使分布半徑變大，因而，在同樣的轉速下意味著彈簧要承受更大的離心力。(2)在同樣的轉速下，由于半徑增大，彈簧在切向上的運動量也會加大，這也會加大彈簧的磨損速度。(3)為了適應雙質量飛輪式扭振減振器的功能要求，雙質量飛輪式扭振減振器要吸收更大的轉速波動，這也會導致彈簧運動量加大而加速彈簧的磨損。雙質量飛輪的分類目前，雙質量飛輪的結構有很多種，但是不論結構如何，雙質量飛輪都是由第一質量、第二質量和扭轉減振器等三部分組成的。第一質量與發動機曲軸輸出法蘭盤相連接，第二質量通過一個軸承安裝在第一質量上，第二質量上又安裝有離合器殼等。第一質量和第二質量之間設置了彈性機構和阻尼機構，通過彈性機構傳動實現二者相對轉動并傳遞扭矩。雙質量飛輪的種類主要包括：(1)就雙質量飛輪采用的彈性元件而言，有螺旋彈簧式和橡膠彈簧式兩種，螺旋彈簧式又可根據彈簧的布置分為徑向彈簧式和周向彈簧式，其中周向彈簧式又有長曲線彈簧式和短輕直彈簧式之分。(2)就雙質量飛輪采用的摩擦阻尼類型而言，有干摩擦阻尼式、粘性摩擦阻尼式和空氣阻尼式。(3)就雙質量飛輪采用的軸承類型而言，有滾動軸承式、滑動軸承式和推力軸承式。雙質量飛輪的典型結構及特點這種雙質量飛輪式扭振減振器在飛輪第一質量和減振器之間形成一個封閉的隔腔，在隔腔內布置長弧形螺旋彈簧，并采用內、外組合式彈簧或長、短彈簧分層布置等多種設計方案，從而實現彈性分級。同時，在隔腔內充滿了油脂，由于油脂在對運動起阻尼作用的同時也能潤滑彈簧，此時彈簧的磨損成為次要問題，因而可以加長彈簧長度，增加其有效壓縮量，進而使飛輪兩質量間有較大的相對扭轉角(一般可達20°～30°)，最高可達45°。由于其扭轉剛度小，共振頻率低，因而控制扭振和噪聲的能力增強，是一種具有代表性的雙質量飛輪。采用長螺旋彈簧的雙質量飛輪(DoubleMassFlywheel-CircumferentialSpring，DMF-CS)雙質量飛輪的典型結構及特點DMF-CSS扭振減振器采用直螺旋彈簧作為彈性元件，通過選擇彈簧的線性剛度、彈簧帽與滑塊或滑塊之間的初始距離等實現多級非線性彈性特性。由于在雙質量飛輪式扭振減振器中，減振彈簧分布的半徑較大，所受的離心力大，在與傳統從動盤式扭振減振器減振彈簧分布角相同的情況下，其彈簧的長度增加，因此彈簧易發生徑向變形，導致彈簧與窗口接觸，加劇彈簧的磨損。為了解決這個問題，選擇較輕的彈簧，使其離心力減小，同時又因其較短，徑向彎曲和周向變形也小，因而較好地解決了彈簧的壽命問題。同時，彈簧帽和滑塊大大降低了彈簧的磨損程度，也減小了彈性機構在制造、裝配等環節的難度。為了保證傳遞足夠大的轉矩，通常由多組彈簧共同工作。采用短輕直彈簧的雙質量飛輪(DoubleMassFlywheel-CircumferentialShortSpring，DMF-CSS)雙質量飛輪的典型結構及特點為了使減振器在各種不同工況下均能很好地工作，常將彈簧分組，各組彈簧的剛度不一樣，起作用的時間不一樣，從而獲得良好的非線性特性。帶怠速減振級的減振器就是將先起作用的一組彈簧剛度設計得很低，專門用于減緩怠速時的噪聲。帶怠速減振級的DMF-CSS采用短輕直彈簧的雙質量飛輪按其與摩擦阻尼元件的連接方式還可以分為串聯式和并聯式兩種，前者的實際使用效果更好些，但結構復雜，設計和布置較困難。為了更好地發揮減振性能，人們還采用了行星齒輪機構。雙質量飛輪的典型結構及特點帶行星齒輪機構的DMF-CSS徑向雙質量飛輪式扭振減振器的結構特點是其減振彈簧為直彈簧，并分組安裝在由減振器側板、從動板組成的沿飛輪徑向的彈簧室中，側板和從動板通過兩個傳動銷分別與飛輪的第一質量和第二質量相連。當減振器不承受轉矩時，彈性機構組件處于沿飛輪徑向的初始位置；當其受到轉矩作用時，第一飛輪、第二飛輪之間產生相對轉角，而減振彈簧只產生簡單的軸向壓縮變形。這樣布置彈簧可使減振器具有非常理想的光滑漸硬的非線性彈性特性，其扭轉剛度隨著傳遞扭矩的增加而逐漸增大。雙質量飛輪的典型結構及特點徑向雙質量飛輪(DoubleMassFlywheel-RadialSpring，DMF-RS)采用橡膠彈簧的雙質量飛輪如右圖所示，減振器用橡膠彈簧代替了前一方案中鋼絲螺旋彈簧，這樣就不存在前述的彈簧磨損問題，同時由于橡膠的非線性彈性特性和較高的內阻尼，使得減振器的彈性特性更為合理，同時還簡化了結構。這種減振器的主要缺點是：橡膠彈簧容易老化；長時間工作后橡膠發熱，會使其阻尼下降。雙質量飛輪的典型結構及特點橡膠彈簧雙質量飛輪大多數雙質量飛輪采用的都是干摩擦阻尼或粘性阻尼，這兩種阻尼都很好實現。粘性阻尼一般都是將彈簧艙密封，并在里面注滿粘性材料來實現的。干摩擦阻尼一般是在兩個飛輪之間添加摩擦材料來實現的。除此之外，還有一種概念，就是采用空氣阻尼來實現減振。空氣阻尼雙質量飛輪通常是由三組行駛級彈簧和三組怠速級彈簧交叉布置。其中每組怠速級彈簧由兩個端頭，中間柱狀像膠塊及兩個彈簧組成，端頭與柱狀橡膠塊形成封閉腔室，傳遞轉矩時封閉室受壓，空氣經端頭中間的排氣孔排出，起到阻尼的作用。雙質量飛輪的典型結構及特點采用空氣阻尼的DMF絕大部分雙質量飛輪都使用滾動軸承，但也有一些使用滑動軸承和推力軸承的。采用滑動軸承的雙質量飛輪結構的飛輪減振器其兩個飛輪之間采用滑動軸承連接，使得彈簧的布置空間變大，但加工和制造相對困難一些。采用推力軸承的雙質量飛輪結構的飛輪減振器結構更為簡單，加工和制造也更為方便。雙質量飛輪的典型結構及特點采用滑動軸承的DMF采用推力軸承的DMF液力雙質量飛輪式扭振減振器是在上個世紀80年代末、90年代初期出現的一種新型雙質量飛輪式扭振減振器，它從根本上擺脫了傳統離合器從動盤式扭振減振器設計思想的束縛，為扭振減振器的設計開辟了一個新思路。液力雙質量飛輪的基本原理是：油路連接飛輪的第一質量和第二質量，液壓泵驅動油液傳遞動力，在不同的工況下，不同的閥體處于不同的工作狀態，從而控制阻尼的大小，利用減振彈簧室來平滑轉矩波動，并由彈簧室的大小來控制其極限轉角。這種形式的雙質量飛輪式扭振減振器性能優良、結構緊湊，但加工制造成本較高，其控制系統也較復雜。雙質量飛輪的典型結構及特點液力雙質量飛輪近年來，有人開始研究采用離心擺來消除發動機的振動。這種結構的雙質量飛輪有兩種實現方案：一種是將離心擺安裝在第一飛輪上，另一種是將離心擺安裝在第二飛輪上。離心擺安裝在第一飛輪上時，它可同時對作用在附件上的激勵起到減振作用，第一飛輪密封艙內的潤滑材料也可以對它起到潤滑作用，但所需的離心擺的質量很大，大約為3～5kg。離心擺安裝在第二飛輪上時，不能對作用在附件上的激勵起作用，但卻可將離心擺的質量降低到約1kg。擺式雙質量飛輪雙質量飛輪的典型結構及特點2.3汽車雙離合器變速器技術雙離合器變速器的結構雙離合器變速器使用兩個離合器，但沒有離合器踏板。最新的電子系統和液壓系統控制著離合器，正如標準的自動變速器中的一樣。在雙離合器變速器中，離合器是獨立工作的。一個離合器控制了奇數檔位(如：1檔、3檔、5檔和倒檔)，而另一個離合器控制了偶數檔位(如：2檔、4檔和6檔)。使用了這個布局，由于變速器控制器根據速度變化，提前嚙合了下一個順序檔位，因此換檔時將沒有動力中斷。雙離合器變速器主要由雙離合器、機械部分變速器、自動換檔機構、電子控制液壓控制系統組成。其中最具創意的核心部分是雙離合器和機械部分變速器中的兩軸式的輸入軸。這個精巧的兩軸式結構分開了奇數檔和偶數檔。不象傳統的手動變速器將所有檔位集中在一根輸入軸上，雙離合器變速器將奇數檔和偶數檔分布在兩根輸入軸上。外部輸入軸被挖空，給內部輸入軸留出嵌入的空間。以6檔變速器為例，內部輸入軸上安裝了1檔、3檔、5檔和倒檔的齒輪，外部輸入軸上安裝了2檔、4檔和6檔的齒輪。這使得快速換檔成為可能，維持了換檔時的動力傳遞。雙離合器變速器的結構雙離合器自動變速器結構簡圖目前已上市的雙離合器變速器使用了濕式多片式的離合器。濕式離合器就是將離合器零部件浸入潤滑油中以減少摩擦和限制熱量的產生。一些制造商正開發使用干式離合器的雙離合器變速器，干式離合器通常跟手動變速器相關，但目前所有裝備雙離合器變速器的量產車均使用濕式離合器。雙離合器變速器的結構濕式離合器結構圖雙離合器變速器的工作過程濕式多片式離合器是利用液壓壓力來驅動齒輪。當離合器結合時，離合器活塞內的液壓使一組螺旋彈簧零件受力，這將驅使一組離合器盤和摩擦盤壓在固定的壓力盤上，油壓的建立是由變速器控制器指令電磁閥來控制的。摩擦片內緣處有內花鍵齒，以便與離合器鼓上的外花鍵相嚙合。離合器鼓與齒輪組相連，這樣就可以接受傳遞過來的力。為分離離合器，離合器活塞中的液壓就會降低，在彈簧的作用下，離合器就會分開。雙離合器變速器的工作過程雙離合器式自動變速器工作原理1、換檔工作過程如左圖所示，為一個雙離合器式自動變速器的工作原理圖，它為了實現動力換檔，將檔位按奇數檔(1、3、5檔)與偶數檔(2、4檔)分開配置，分別與兩個濕式離合器相連。其1、3、5檔與離合器C1聯結在一起，而2、4檔聯結在離合器C2上。離合器C1的輸出軸為一個實心軸，而離合器C2的輸出軸是套在C1輸出軸外面的一個空心軸，兩個輸出軸是同心的。雙離合器自動變速器的工作原理圖在車輛處于停車狀態時，兩個離合器都是常開式的，即在平時兩個離合器均處于分離狀態，不傳遞動力。當車輛起步時，因C1分離，自動換檔機構將檔位切換為I檔，然后離合器C1接合，車輛開始起步運行，這時的控制過程與電控機械式自動變速器類似。車輛換入I檔運行后，因為此時離合器C2處于分離狀態，不傳遞動力，當車輛加速，達到接近II檔的換檔點時，自動換檔機構可以將檔位提前換入II檔，離合器C1開始分離，同時離合器C2開始接合，兩個離合器交替切換，直到離合器C1完全分離，離合器C2完全接合，整個換檔過程結束，與目前的AT自動變速器相同。車輛進入II檔運行后，車輛自動變速器電控單元可以根據相關傳感器信號知道車輛當前運行狀態，進而判斷車輛即將進入運行的檔位，如果車輛加速，則下一個檔位為III檔，如果車輛減速，則下一個檔位為I檔。而I檔和III檔均聯接在離合器C1上，因為該離合器處于分離狀態，不傳遞動力，故可以指令自動換檔機構十分方便的預先換入即將進入工作的檔位，當車輛運行達到換檔點時，只需要將正在工作的離合器C2分離，同時將另一個離合器C1接合，配合好兩個離合器的切換時序，整個換檔動作全部完成。雙離合器式自動變速器工作原理2、離合器切換控制在換檔過程中，發動機的動力始終不斷的被傳遞到車輪，所以這樣完成的換檔過程為動力換檔。但是在兩個離合器切換過程中，與AT自動變速器一樣，必然存在工作重疊的部分。如何控制好C1與C2的配合時序，是雙離合器控制策略中最重要的問題之一，在這方面，我們經過摸索，已經總結出了成熟的控制規律。如果兩個離合器重疊量過大，則會出現雙鎖死的情況，會產生破壞作用；如果兩個離合器重疊量過少，則仍會出現少量動力切換中斷的情況。所以，需要對兩個離合器的工作進行精確的調節。雙離合器式自動變速器工作原理雙離合器工作切換過程雙離合器式自動變速器工作原理雙離合器式自動變速器控制系統框圖典型的雙離合器變速器目前唯一量產的雙離合器變速器是德國大眾的DSG(DirectShiftGearbox)變速器。下面以DSG變速器為例，簡單介紹雙離合器變速器的工作過程。在1檔起步行駛時，動力傳遞路線如下圖中直線和箭頭所示，外部離合器接合，通過內部輸入軸到1檔齒輪，再輸出到差速器。同時，圖中虛線和箭頭所示的路線是2檔時的動力傳輸路線，由于離合器2是分離的，這條路線實際上還沒有動力在傳輸，是預先選好檔位，為接下來的升檔做準備的。當變速器進入2檔后，退出1檔，同時3檔預先結合。所以在DSG變速器的工作過程中總是有2個檔位是結合的，一個正在工作，另一個則為下一步做好準備。DSG變速器在降檔時，同樣有2個檔位是結合的，如果6檔正在工作，則5檔作為預選檔位而結合。DSG變速器的升檔或降檔是由變速器控制器(TCU)進行判斷的，踩油門踏板時，變速器控制器判定為升檔過程，作好升檔準備；踩制動踏板時，變速器控制器判定為降檔過程，作好降檔準備。一般變速器升檔總是一檔一檔地進行的，而降檔經常會跳躍地降檔，DSG變速器在手動控制模式下也可以進行跳躍降檔，例如，從6檔降到3檔，連續按3下降檔按鈕，變速器就會從6檔直接降到3檔，但是如果從6檔降到2檔時，變速器會降到5檔，在從5檔直接降到2檔。在跳躍降檔時，如果起始檔位和最終檔位屬于同一個離合器控制的，則會通過另一離合器控制的檔位轉換一下，如果起始檔位和最終檔位不屬于同一個離合器控制的，則可以直接跳躍降至所定檔位。典型的雙離合器變速器DSG變速器各檔位動力傳遞路線DSG變速器各檔位動力傳遞路線DSG變速器各檔位動力傳遞路線七速雙離合器變速器與托森差速器的傳動原理七速雙離合器變速器采用了“直接動力傳遞”換擋,換擋時間短.傳動過程中的能耗損失非常有限,大大提高了車輛的燃油經濟性;反應非常靈敏;車輛在加速過程中不會有動力中斷的感覺,使車輛的加速更加強勁、平穩.

2.4驅動防滑系統防滑控制系統主要包括制動防滑系統和驅動防滑系統兩種。前者的功能是防止汽車在制動過程中車輪被抱死滑移，使汽車的制動力達到最大，縮短車輛的制動距離，并且能提高汽車在制動過程中的方向穩定性和轉向操縱能力，被稱為制動防抱死系統(AntilockBrakeSystem，ABS)；但是當汽車在驅動過程(如起步、轉彎、加速等過程)中，ABS系統不能防止車輪的滑轉，因此針對這個要求又出現了防止驅動車輪發生滑轉的驅動防滑系統(AccelerationSlipRegulation，ASR，也稱為TRC)。由于驅動防滑系統是通過調節驅動車輪的驅動力來實現工作的，故它也常被稱為牽引力控制系統(TractionControlSystem，TCS)。驅動防滑系統的理論基礎在硬質路面上，車輪與路面之間的附著力就是車輪與路面之間的摩擦力。由摩擦定律可推知，車輪與地面之間的附著力取決于車輪的垂直載荷與附著系數。即：

Fδ=G·φ

實際在汽車行駛過程中，車輪與地面之間的垂直載荷和附著系數都會隨著很多因素的變化而變化，所以，車輪與地面之間的附著力也是變化的。假設忽略車輪垂直載荷的變化，那么，附著力就只取決于車輪與地面之間的附著系數，而附著