1汽車服務工程專業導論汽車前沿技術2025/4/12第一節汽車節能技術第二節汽車減排技術第三節汽車安全技術第四節汽車智能技術本章相關的主要網站思考題汽車前沿技術本章的主要內容2汽車前沿技術世界汽車技術的發展趨勢可以用“節能、環保、安全、智能”八個字來概括。本章主要介紹汽車節能、減排、安全、智能化、NVH、先進制造等新技術，以了解汽車工程學科的一些前沿問題。12四月2025312四月20254第一節汽車節能技術一、發動機節能技術二、汽車輕量化節能技術三、新能源汽車

發動機節能技術、整車輕量化、新能源汽車是節能的重要途徑和手段。一、發動機節能技術發動機節能技術是汽車節能的關鍵，其主要目的是：提高發動機熱效率提高發動機比功率12四月20255（一）提高發動機熱效率的措施發動機熱效率是指發動機利用燃料熱能的有效程度，目前，一般汽油發動機的熱效率僅為30%左右。提高發動機熱效率就可以節能，其主要措施有：高壓縮比、稀薄燃燒技術（均質稀薄燃燒）、缸內直噴技術、進氣增壓（渦輪增壓，諧波增壓）、增壓中冷技術、可變配氣技術（可變氣門正時、可變氣門升程）、改善進排氣過程、改變混合氣在汽缸中的流動方式、改進點火配置、提高點火能量（如獨立點火）、優化燃燒過程、電控噴射技術、高壓共軌技術、絕熱發動機技術等。12四月20256（二）提高發動機比功率升功率（kw/L）是指發動機每升氣缸工作容積所發出的功率。體現發動機品質高低主要是看動力性和經濟性，也就是說發動機要具有較好的功率、良好的加速性和較低的燃料消耗量。影響發動機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、配氣機構。12四月20257升功率表示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出的功率越大。那么，當發動機功率一定時，升功率越大發動機的重量利用率就越高，相對而言發動機就越小，材料也就越省。升功率的高低反映出發動機設計與制造的質量。升功率（N）大小主要決定于氣缸平均有效壓力（P）和轉速（n）的乘積，即N=P×n。提高升功率就要從提高氣缸壓力和轉速入手，提高升功率的具體措施有：12四月202581.提高充氣量2.提高轉速以增加單位時間內的充氣量現在轎車的發動機一般都是高轉速發動機，每分鐘轉速在5000轉以上。12四月202593.改善混合氣質量和燃燒過程采用電控燃油噴射系統，在所有工況下混合氣的質量盡可能達到最佳，空氣與燃油的混合地點從節氣門處移至噴油嘴處，燃油直接與吸入的空氣混合，從本質上改善了混合氣的均勻性。4.提高發動機機械效率增加有效功的輸出，減少機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、表面加工質量、潤滑質量、溫度控制及減少附件等。12四月202510二、汽車輕量化節能技術隨著人們對汽車安全性，舒適性，環保性能要求的提高，汽車安裝空調，安全氣囊，隔熱隔音裝置，廢氣凈化裝置，衛星導航系統等越來越普及，這無形中增加了汽車的質量、耗油量和耗材量。減輕汽車自重是節約能源的基本途徑之一。汽車輕量化是目前的前沿和熱點問題，已成為汽車優化設計和選材的主要發展方向。12四月2025111.汽車材料輕量化

采用輕質材料是汽車輕量化的主流。汽車上輕質材料主要有鋁合金、鎂合金、高強度鋼、復合材料等（1）鋁合金

車用鋁材料皆以鋁合金的形式出現。鋁合金在汽車上的應用，最初主要是以鑄造的方法生產發動機及其零部件，隨后應用于輪轂等構件。以推出的全鋁空間框架式車身為其主要代表。12四月202512（2）鎂合金。鎂是比鋁更輕的金屬材料，它可在鋁減重基礎上再減輕15%～20%。盡管鎂在當前汽車用材中所占的比例不到1%，但是在輕量化的驅動下，鎂材料技術開發的力度不斷加大，它已步入快速階段。近年來，很多種轎車鑄件開始采用鎂合金，以適應汽車輕量化的要求。這些鎂合金鑄件包括：離合器外殼、發動機罩殼、變速箱外殼、變速箱上蓋、發動機罩蓋、轉向盤、座椅支架、儀表盤框架、車門內板、輪輞、轉向支架、制動支架、氣門支架等，甚至還有缸蓋和缸體。有60多種零部件已采用或正在開發應用鎂合金。12四月202513（3）高強度鋼。高強度鋼是常規高強度鋼（屈服極限大于210MPa）、超高強度鋼（屈服極限大于550MPa）和先進高強度鋼（AHSS）的總稱。采用高強度鋼板，即可以減少汽車自身的質量，又可以提高汽車的安全性和可靠性。12四月202514高強度鋼材使用對象分為兩部分：一部分是用于汽車車身、車輪等部件，如汽車前后保險杠防撞板、A柱、B柱、發動機支撐梁、儀表板支架、門檻加強板、座椅骨架、車輪輪輻和輪輞等；另一部分是底盤和排氣系統。如高碳傳動軸管、高強度發動機螺栓、高強度減振彈簧、轉向節、轉向扭桿等。12四月202515（4）塑料

塑料應用于汽車始于19世紀60年代，主要用于汽車的內飾件上，例如車內頂棚、儀表板、轉向盤、車門內板、座椅和扶手等，目的是實現汽車內飾柔軟化，使乘客有安全舒適感。到了20世紀70年代，能源危機促使汽車制造業開始大量采用塑料，以減輕汽車自重，降低油耗。20世紀80年代以后，汽車零部件的塑料化得到迅速發展，出現了塑料覆蓋件、塑料功能件和結構件。塑料在汽車中的應用遍及所有總成，業內習慣將他們分成內裝飾件、外裝件和功能件（其他結構件），汽車用塑料制品如圖4-1所示。16

圖4-1汽車用塑料制品

17表4-1目前汽車的主要塑料零部件所用材料應用部位零部件主要品種外裝件保險杠及面飾、車身板、照明系統、裝飾件（鏡座、門把手、側面飾條）PTO、PC、聚酯、PP、PUR、PA、SMC、PUR-RIM、熱塑性塑料、PC、丙烯酸樹脂、PA、PC、PS、ASA-AES、PVC、PP、聚酯、PUR內裝件內飾件、儀表板、轉向輪、空氣導管、其他（座椅、車頂蒙里、門內板等）發泡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、開關插座、接頭、燈光系統、電路板、導線高耐熱聚苯乙烯、PP、聚酯、PA、聚酯、乙酰樹脂（開關）、PPS、PBT、再生PET、PA、PPA、PVC傳動系統軸承、CV接頭、U型接頭PA、乙酰樹脂燃料系統燃油箱、燃油管HDPE、PA底盤懸掛系統、制動器乙酰樹脂、PA、PP芳香族聚酯胺纖維（制動摩擦片）發動機進氣系統、供油系統、冷卻系統聚酯、PA、PP（空氣清潔系統）、PA（進氣歧管）、PA（散熱器）、PPS（水泵）18（5）復合材料。復合材料是指將兩種或兩種以上物理性質和化學性質不同的物質結合起來而制得的一種多相固體材料。復合材料具有質量輕、強度高、加工成型方便、彈性優良、耐化學腐蝕和耐候性好等特點。復合材料基于這些優良性能，在現在的車身制造中得到了越來越廣泛的應用，特別是纖維增強材料應用最廣、用量最大。在車身制造中應用較多的纖維增強材料主要有：玻璃纖維增強材料、碳纖維增強材料和高彈性機體材料等。其中尤以玻璃纖維增強材料應用最為廣泛。192.汽車零部件優化設計輕量化在輕量化材料應用的過程中，零部件設計技術也得到相應發展，主要表現在新的選材與設計理念的出現，面向新材料的零部件設計方法和規范的制定等。12四月2025203.零部件制造技術針對新材料的應用，開發出了一系列先進的零部件加工技術與設備，其中有很多已進入工業化的應用。主要包括各種先進的成型技術、連接技術和表面處理技術。（1）在成型技術方面。采用激光拼焊、液壓成型、氣體熱成型、電磁成型、半固態鑄造等技術，均可減少零件數量和材料消耗，降低整車重量。（2）在連接技術方面。采用激光焊接鉚接與自沖鉚接粘結及復合連接等技術，代替傳統的鉚接、電阻電焊，可以提高連接質量，工藝性好也降低了自重。12四月202521（3）在面處理技術方面。采用微弧氧化、金屬鋁涂層、含氟協合涂層、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，從而降低車重。12四月202522三、新能源汽車新能源汽車是指采用非常規的車用燃料作為動力來源（或使用常規的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。新能源汽車包括混合動力汽車、電動汽車、燃料電池汽車、太陽能汽車、燃氣汽車、代用燃料汽車等。12四月2025231、混合動力汽車（1）混合動力汽車的特點

混合動力汽車（HEV）是指在一輛汽車上同時配備兩種動力源——熱動力源和電動力源的汽車。熱動力源一般為柴油機、汽油機或燃氣輪機，電動力源為蓄電池和電動機。汽車在不同位置或不同行駛工況下使用不同的驅動方式。例如：城市內行駛使用電能源，蓄電池驅動；城間行駛使用內燃機驅動。12四月202524

混合動力汽車的燃油經濟性可以達到3倍于傳統中型汽車，即每升燃油可行駛34km，折合3L/100km。混合動力汽車既能發揮電驅動汽車在城市里運行時低排放、低噪聲的優點，同時又能保留內燃機汽車能長距離運行的優點，還可以利用驅動系統中的電機回收汽車制動能量。當汽車起動和爬坡時可以利用電機的輔助轉矩，使汽車配置的內燃機排量減小。當汽車在城市內處于低速運行時，可完全依靠電機運行。在長途運輸過程中可利用內燃機為電驅動系統中的蓄電池充電。12四月202525（2）混合動力汽車的類型有多種分類方式，通常采用按動力系統的結構形式不同進行分類，可分為：串聯式，并聯式和混聯式三種（圖4-2）。12四月2025圖4-2混合動力汽車的類型26

1）串聯式混合動力汽車。

串聯式混合動力汽車是由發動機帶動發電機，電能在控制器的調節下帶動電動機運轉，以驅動車輪。發動機始終在熱效率高而排放較低的單一最佳工況下運轉，單一工況運轉也便于排氣后處理裝置始終保持高凈化率。低負荷運轉時，發動機發出的功率超過驅動車輛的需要，多余的電能向蓄電池充電；而高負荷運轉時，除發電機發出的電能外，電池組可提供額外的電能。但最高輸出功率要受到電機功率的限制，如圖4-2a所示。串聯式混合動力車適于城區運行的車輛，如公交汽車等。12四月2025272）并聯式混合動力汽車。

發動機和電動機可以分別獨立地向汽車的驅動系統提供動力，而需要大功率時可以共同提供動力，改進了串聯系統最大功率不足的缺陷，如圖4-2b所示。并聯式混合動力車比較適合于經常在郊區和高速公路上行駛的車輛。12四月202528

3）混聯式混合動力汽車。

通過一種行星齒輪系統組成的動力分配裝置，將整個系統耦合在一起，根據行駛工況靈活采取串聯方式或并聯方式，以達到熱效率最高、排氣污染最低的效果。一般控制策略為：起步或低負荷行駛時，由電池電能驅動；勻速行駛時由發動機提供動力；加速行駛時，發動機與電池共同提供動力；停車或滑行時，發動機帶動發電機向電池充電；制動和減速時通過能量回收系統向電池充電。串并聯靈活驅動方式兼有串聯和并聯的特點，但控制系統最復雜。12四月2025292、電動汽車電動汽車是指以電力驅動的車輛。電力可以從高架電線網上獲取，如無軌電車、有軌電車，也可以從移動電源（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汽車，俗稱純電動汽車或蓄電池電動汽車。（1）電動汽車與燃油汽車的區別

兩者的主要區別是在能源、動力、速度控制、傳動等方面，見表4-2。12四月20253012四月202531（2）電動汽車的結構原理電動汽車的能量傳遞如圖4-3所示。圖4-3電動汽車的能量傳遞12四月202532當汽車行駛時，由蓄電池輸出電能（電流）通過控制器驅動電動機運轉，電動機輸出的轉矩經傳動系統帶動車輪前進或后退。電動汽車續駛里程與蓄電池容量有關，蓄電池容量受諸多因素限制。要提高一次充電續駛里程，必須盡可能地節省蓄電池的能量。電動汽車主要由電力驅動系統、電源系統和輔助系統3部分組成。

1）電力驅動系統。主要包括電子控制器、功率轉換器、電動機、機械傳動裝置和車輪等。它的功用是將存儲在蓄電池中的電能高效地轉化為車輪的動能，并能夠在汽車減速制動時，將車輪的動能轉化為電能充入蓄電池。12四月202533

2）電源系統。主要包括電源、能量管理系統和充電機等。它的功用是向電動機提供驅動電能、監測電源使用情況以及控制充電機向蓄電池充電。

3）輔助系統。主要包括輔助動力源、空調器、動力轉向系統、導航系統、刮水器、收音機以及照明和除霜裝置等。輔助系統除輔助動力源外，其余的依據車型不同而不同。（3）電動汽車的關鍵技術

主要關鍵技術有：電動汽車及控制技術、電池及管理技術、整車控制技術、整車輕量化技術、充電技術等。12四月2025343、燃料電池汽車采用燃料電池作為電源的電動汽車稱為燃料電池汽車。燃料電池汽車一般以質子交換膜燃料電池作為車載能量源。（1）燃料電池汽車的類型

1）按燃料特點不同分類。可分為直接燃料電池汽車和重整燃料電池汽車。直接燃料電池汽車的燃料主要是氫氣。直接燃料電池汽車排放無污染，被認為是最理想的汽車，但存在氫的制取和存儲困難等問題。重整燃料電池汽車的燃料主要有汽油、天然氣、甲醇、甲烷、液化石油氣等。其結構比氫燃料電池汽車復雜得多。12四月202535

2）按燃料氫的存儲方式不同分類。可分為壓縮氫燃料電池汽車、液氫燃料電池汽車和合金（碳納米管）吸附氫燃料電池汽車。

3）按“多電源”的配置不同分。可分為純燃料電池驅動(PFC)的燃料電池汽車，燃料電池與輔助蓄電池聯合驅動（FC+B）的燃料電池汽車，燃料電池與超級電容聯合驅動（FC+C）的燃料電池汽車以及燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯合驅動（FC+B+C）的燃料電池汽車，如圖4-4所示。12四月202536圖4-4燃料電池汽車的類型12四月202537（2）燃料電池汽車的基本組成燃料電池汽車主要由儲氫罐、燃料電池組、電機控制系統、驅動電動機、超級電容或輔助蓄電池及熱交換器等部件組成，如圖4-5所示。a）布置示意圖b）實物圖圖4-5燃料電池汽車的基本組成12四月202538燃料電池汽車的結構12四月202539（3）燃料電池汽車的工作原理作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧氣發生氧化還原化學反應，產生出電能來帶動電動機工作，由電動機帶動汽車中的機械傳動結構，進而帶動汽車的前橋（或后橋）等行走機械結構工作，從而驅動汽車前進，如圖4-6所示。12四月202540圖4-6燃料電池汽車的工作原理12四月202541燃料電池汽車是電動汽車的一種，其核心部件為燃料電池。通過氫氣和氧氣的化學作用，而不是經過燃燒，直接變成電能動力。燃料電池雖然稱電池但不是電池，而是相當于一臺氫燃料發電機。它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質板所組成。燃料電池的反應結果會產生極少的二氧化碳和氮氧化物，副產品主要是水，因此被稱為綠色新型環保汽車。12四月202542（4）燃料電池汽車的特點與傳統汽車相比，燃料電池汽車的優點有：節能、轉換效率高、不需要石油燃料且穩定性和可靠性高于內燃機；零排放或近似零排放；汽車的性能接近內燃機方式驅動的汽車水平；減少了機油泄漏帶來的水污染；降低了溫室氣體的排放；提高了燃油經濟性；提高了發動機燃燒效率；運行平穩、無噪聲。與傳統汽車相比，燃料電池汽車的缺點是：燃料種類單一；要求高質量的密封；造價太高；需要配備輔助電池系統。12四月202543（5）燃料電池汽車的關鍵技術燃料電池汽車的關鍵技術主要包括燃料電池技術、電機技術、控制器技術，這3項技術也是一直制約燃料電池汽車大規模進入市場的關鍵因素。12四月2025444、太陽能汽車太陽能汽車是利用太陽能電池將太陽能轉換成電能，并利用該電能作為能源驅動行駛的汽車，它是電動汽車的一種。太陽能車的基本原理是：首先車身表面的太陽能電池把太阻能轉化為電能，此電能通過峰值功率跟蹤器給負荷供給能量。從峰值功率跟蹤器出來的電能給電動機的速度控制裝置及蓄電池供電，使電動機驅動。一般情況下，電動機轉矩通過側鏈等傳動機構和減速機構傳到車輪上，使車輪轉動（圖4-7）。12四月202545圖4-7太陽能汽車基本工作原理與外形12四月202546

太陽能電動車的應用技術涉及光電、電機、電子、控制、汽車工程、機械、化學等各個方面。作為電動車密不可分的一部分，其應用關鍵技術可以歸納為五個主要方面：光電技術、車體技術、電力驅動技術、儲能電池技術和能量管理系統技術。12四月2025475、代用燃料汽車

代用燃料是指能夠取代或部分取代目前內燃機傳統燃料（汽油、柴油、煤油）的燃料。代用燃料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。（1）天然氣汽車按照所使用天然氣燃料狀態的不同，天然氣汽車可以分為壓縮天然氣（CNG）汽車和液化天然氣（LNG）汽車。目前世界上使用較多的是壓縮天然氣汽車。12四月202548按照燃料使用狀況的不同，天然氣汽車可分為專用燃料天然氣汽車、兩用燃料天然氣汽和雙燃料天然氣汽車。天然氣汽車與普通燃油汽車相比，在結構上主要增加了燃氣供給系統。天然氣供給系統由儲氣部件供氣部件控制部件和燃料轉換部件組成，如圖4-8。天然氣汽車的關鍵技術有：加氣站技術、發動機技術、氣瓶技術、混合控制技術。12四月202549圖4-8天然氣汽車12四月202550（2）液化石油氣汽車以液化石油氣為燃料的汽車稱為液化石油氣汽車。液化石油氣汽車與燃油汽車相比，其特性見表4-3。12四月202551（3）氫氣汽車氫氣汽車是在傳統發動機的基礎上加以改進后可以直接用氫氣為燃料進行燃燒產生動力的汽車。氫燃料的燃燒產物只有H2O和NOx，不會產生顆粒、積炭等，從而大大減少了發動機的磨損，減輕了潤滑油被污染的程度，可以認為氫是發動機最清潔的燃料，氫燃料汽車不污染環境，是一種環境友好的綠色交通工具。缺點是氫燃燒效率低，大約只有38%，且由于氫燃料熱值高、火焰傳播速度快和著火范圍寬等，氫燃料發動機容易出現早燃、回火、敲缸、負荷高以及NOx排放偏高等情況。12四月202552（4）甲醇汽車甲醇燃料汽車是指利用甲醇燃料做能源驅動的汽車。甲醇作為燃料在汽車上的應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，作為發動機的燃料，一般稱為甲醇汽油；純甲醇替代是指將高比例甲醇（如M85、M100）直接用作汽車燃料。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配的M系列混合燃料。目前我國市場上使用的甲醇汽油主要有M5、M15、M50、M85以及M100等。12四月202553甲醇作為車用燃料有如下優點：1）辛烷值高，能顯著提高燃料的混合辛烷值，增強抗爆性能，可以提高發動機的壓縮比，從而提高發動機的功率。2）甲醇是高含氧量物質，它在氣缸內完全燃燒時所需要的過量空氣系數可以遠遠小于燃用汽油時所要求的值，燃燒更為充分。3）揮發性好于與空氣的混合。12四月2025544）可顯著降低尾氣排放。5）在高油價、低甲醇價格情況下，經濟上甲醇燃料占有很大優勢。6）靈活性高，經改裝后的甲醇燃料汽車，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，對于現有的汽油車，無需任何改動裝置，既可以使用汽油，也可以使用低比例甲醇汽油。12四月202555（5）乙醇汽車

乙醇汽車是指使用車用乙醇汽油作為主要的動力燃料的機動車。乙醇燃料已成為國際上普遍公認可降低環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巨頭紛紛把目光投向乙醇汽車的研發和推廣上。車用乙醇汽油是指在汽油組分油中，按體積比加入一定比例（中國暫按10%）的變性燃料乙醇混配而成的一種新型清潔車用燃料。12四月202556

車用乙醇的特性和優點：第一，它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的排放；第二，有效提高汽油的標號，使發動機運行平穩；第三，有效消除火花塞、氣門、活塞頂部及排氣管、消聲器部位積炭的形成，可以延長主要部件的使用壽命。巴西環境部發布了一項研究報告，宣稱使用乙醇作燃料驅動汽車產生的有害污染物并不比普通汽油少。12四月202557（6）二甲醚汽車二甲醚汽車是指使用二甲醚作為動力燃料的機動車。二甲醚作為環保、清潔、安全的新型替代能源，已經得到國際社會的公認。二甲醚是汽車發動機，特別是柴油發動機燃料的理想替代品。二甲醚汽車具有節能環保安全性高燃燒效率高等優點。針對我國自然條件和“富煤、少油、有氣”的能源資源特色，發展潔凈能源二甲醚，對于我國經濟發展、環境保護平衡具有重大戰略意義。12四月202558（7）生物柴油汽車生物柴油汽車是指以生物柴油作為動力的一種新型新能源柴油車。柴油作為一種重要的石油鏈煉制產品，在各國燃料結構中占有較高的份額，以成為重要的動力燃料。隨著世界范圍內車輛柴油化趨勢的加快，未來柴油的需求量會愈來愈大，而石油資源的日益枯竭和人們環保意識的提高，大大促進了世界各國加快柴油替代燃料的開發步伐。由于生物柴油燃燒時排放的二氧化碳遠低于該植物生長過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致的全球變暖這一有害于人類的重大環境問題。因而生物柴油是一種綠色柴油。生物柴油以其優越的環保性能受到了各國的重視。12四月202559生物柴油車具有優良的環保特性、較好的低溫發動機啟動性能、較好的潤滑性能、較好的安全性能、良好的燃料性能、可再生性能等優點。因此，生物柴油汽車是今年汽車節能環保發展的主要方向之一。12四月202560第二節汽車減排技術12四月2025一、汽車減排的強制性標準二、汽油機排放控制技術三、柴油機排放控制技術61隨著我國汽車工業的迅猛發展和城市化進程的加快，汽車保有量的急劇增加，我國的大部分城市的霧霾天氣增多，PM2.5值攀升，環境污染日趨嚴重，汽車是造成環境污染的主要因素之一。為此，汽車減排是目前熱點問題之一，人們提出了許多防治汽車尾氣污染的控制措施。12四月202562一、汽車減排的強制性標準為了治理環境污染，各國根據大氣環境污染的具體情況，制定有關環境保護的法律與大氣污染治理目標，對各種污染源的排放提出控制要求，針對不同類型的機動車制定出不同的排放標準，這些標準是要求強制性執行的，因而也稱為排放法規。排放法規由一系列各種污染物的限值組成，還包括檢測、認證和強制執行的方法，其每一部分內容互相聯系，互相一致。當今世界上主要有三種排放法規體系，即美國、歐洲和日本的排放法規體系。這些汽車排放法規已成為汽車設計與制造的準則、汽車強制性認證的主要依據和汽車產品國際貿易的保障。12四月202563與先進國家相比，我國汽車尾氣排放法規起步較晚、水平較低，根據我國的實際情況，從20世紀80年代初期開始采取了先易后難分階段實施的具體方案，其具體實施至今主要分為六個階段（圖4-9）。12四月2025圖4-9我國汽車尾氣排放法實施的六個階段64二、汽油機排放控制技術降低汽油發動機排放主要從機內凈化與機外凈化方面進行。1、汽油機機內凈化技術降低汽油發動機排放的關鍵是從汽油機內部解決，其主要技術有：電子控制汽油噴射技術、電控點火系統、可變氣門正時技術、可變長度進氣歧管、廢氣再循環技術、進氣增壓技術、均質充量壓燃技術、多氣門技術、缸內直噴技術、可變壓縮比、停缸技術、OBD診斷技術等。12四月202565

（1）電子控制汽油噴射技術

電子控制汽油噴射系統采用多種傳感器，將發動機的負荷、轉速、吸入空氣量、冷卻水溫、排放狀態、燃燒狀況等轉換成電信號，并輸入到電子控制單元。電子控制單元按給定程序和標準數據，對這些電信號進行轉換后，發出相應的指令（電信號）驅動噴油器。噴油器開閉時刻、次數及時間等受到嚴格控制，從而使發動機獲得能夠適應各種工況的最佳混合氣。電子控制汽油噴射系統，如圖4-10所示.12四月202566圖4-10電子控制汽油噴射系統12四月202567電子控制汽油噴射系統節能減排的基本原理：1）用微機來控制每循環的噴油量和噴油時刻，可按各種工況的要求用微機來控制每循環的噴油量和噴油時刻，對燃油量進行校正，其廢氣排放指標比化油器汽油機好得多。2）每缸采用單獨噴油器供油，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，與汽油機的轉速無關。因此，起動時仍能保持良好的霧化特性，起動性能良好，且起動時HC排放量少。12四月202568（2）電控點火系統

在汽油機中，點火系統的任務是提供足夠能量的電火花適時的點燃燃燒室內的混合氣。點火系統的性能，如點火正時和點火能量對汽油機的燃燒有很重要的影響，從而影響發動機的性能和排放。為使汽油機高效節能、動力強勁、排放低，要求點火可靠、正時優化。現代發動機上普遍采用高能點火系統，其點火電壓已高達30～40kV，火花塞間隙已達l～1.5mm，能保證可靠點火，增大火花強度，延長火花持續時間，從而改善了混合氣燃燒過程，降低了HC排放。12四月202569電控點火系統可根據發動機轉速發動機負荷以及節氣門開度冷卻液溫度進氣溫度爆燃等信號可對點火提前角進行優化計算以實現精準控制，從而可有效降低發動機的燃油消耗率和有害排放物。（3）可變氣門正時技術傳統發動機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。可變氣門定時技術（VariableValveTiming，VVT）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。12四月202570可變氣門定時技術可分為3種：可變相位技術、可變升程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、豐田公司的VVT-i以及寶馬公司的Valvetronic技術。這一技術使發動機設計師無需再在低速轉矩與高速功率之間作抉擇，實時的氣門定時調整使得同時顧及低速轉矩與高速功率成為可能。

連續可變氣門定時技術加上先進的發動機控制策略，可以巧妙地實現可變壓縮比。12四月202571

如在大負荷時，發動機容易發生自燃引起的爆燃，通過推遲進氣門關閉的時間來達到降低有效壓縮比的目的，從而避免爆燃。而在中小負荷時，爆燃不再是個問題，可以通過調整氣門關閉時間達到提高有效壓縮比的目的，從而使發動機在中小負荷時有優異的熱效率。可變氣門技術也可使汽油機排放品質達到更好的水平。發動機采用可變氣門正時技術可以提高進氣充量，使充量系數增加，發動機的轉矩和功率可以得到進一步的提高。它的特點是在大幅提高了燃油的經濟效益的同時增加發動機的功率，但對油品的要求十分苛刻。

12四月202572

a）本田VTEC

b）豐田VVT-i

c）寶馬Valvetronic圖4-11幾種可變氣門正時技術

12四月202573（4）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。圖4-12所示為可變長度進氣歧管。可變長度進氣歧管的工作原理是：隨著進氣門的開啟和關閉，在進氣管內會產生壓波動，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。發動機ECU根據轉速信號，控制驅動馬達來調整歧管開度，從而改變歧管長度。根據發動機轉速調整進氣歧管長度，低速時使用長進氣歧管來提高進氣量，增大轉矩，高速時，使用短進氣歧管來提高進氣量，提高發動機功率。12四月202574圖4-12可變長度進氣歧管12四月202575(5)廢氣再循環技術

廢氣再循環技術是控制氮氧化合物排放的主要措施，它將汽油機排出的一部分廢氣重新引入發動機進氣系統，與混合氣一起再進入汽缸燃燒。12四月202576NOx是在高溫和富氧條件下,N2和O2發生化學反應的產物。燃燒溫度和氧濃度越高，持續時間越長，NOx的生成物也越多。一方面,廢氣對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，而且三種氣體的比熱容較高，從而提高了混合氣的比熱容，加熱這種經過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在燃燒過程中的生成受到抑制，明顯的降低了NOx的排放。廢氣再循環系統如圖4-13所示。12四月202577

圖4-13廢氣再循環系統12四月202578（6）進氣增壓技術在汽油機中，燃料所供能量中有20%～45%是由排氣帶走的，對于非增壓汽油機可取上述百分比范圍的低限值，對于高增壓汽油機可取高限值。例如，一臺平均有效壓力為1.8MPa的高增壓中速四沖程汽油機，燃料中將近47%的能量傳給活塞做功，約10%的能量通過汽缸壁散失掉，約43%的能量隨排氣流出汽缸。增壓技術的作用就在于利用這部分排氣能量，使它轉換為壓縮空氣的有效功以增加汽油機的充氣量。增壓對提高汽油機功率和改善其燃油經濟性及排放都有積極意義。12四月202579

所謂增壓，就是利用增壓器將空氣或可燃混合氣預先進行壓縮，再送入汽油機汽缸的過程。增壓后，雖然汽缸的工作容積不變，但每循環進入汽缸的新鮮空氣或混合氣充量密度增大，使實際混合氣充量增加，因此不僅可使燃料燃燒更加充分，還可增加每循環的燃料添加量，從而達到提高汽油機功率和經濟性，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。汽油機增壓通常有機械增壓、渦輪增壓、氣波增壓、復合增壓等類型（圖4-14）。12四月202580a）機械增壓b）渦輪增壓c）氣波增壓d）復合增壓圖4-14汽油機增壓方式12四月202581（7）均質充量壓燃技術均質充量壓縮燃燒（HomogeneousChargeCompressionIgnition，HCCI）是一種全新的內燃機燃燒概念，既不同于柴油機（非均質充量壓縮點燃），又不同于汽油機（均質充量火花點燃），它是一種火花點燃式發動機和壓縮點燃式發動機概念的混合體。12四月202582均質充量壓縮燃燒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。由于不受燃油和氧化物分離面處混合比的限制，也沒有點火式燃燒的局部高溫反應區，使得N2和微粒（PM）排放很低，而且具有較高的熱效率。HCCI汽油機與傳統汽油機、柴油機的比較如圖4-15所示。12四月202583圖4-15HCCI汽油機與傳統汽油機、柴油機的比較12四月202584（8）多氣門技術以前的汽油機每個氣缸只有兩個氣門（進、排氣門各一個），如果每個氣缸多于兩個氣門，就稱為多氣門汽油機（圖4-16）。圖4-16多氣門技術12四月202585采用多氣門汽油機的節能減排機理是：

1）擴大進、排氣門的總流通截面面積，增大汽油機的進、排氣量，降低泵氣損失，使汽油機的燃燒更徹底，功率提高。

2）可實現關閉部分通道，形成與汽油機轉速相適應的進氣滾流強度，拓寬汽油機的高效工作轉速范圍。低速運轉時采用上述方法，可使進氣滾流強度比高速時更強，提高了低速時的混合氣質量，使燃燒更充分，功率也得到提升。12四月202586

3）氣門增多，則氣門變小變輕，不但允許氣門以更快的速度開啟和關閉，增大了氣門開啟的時間-斷面值（時面值），而且使相鄰氣門之間被浪費的燃燒室面積大為減少，從而提高了燃燒室表面積利用率，也使氣門流通總面積增大。

4）由于多氣門改善了進氣能力，因此進、排氣重疊角可以減小，從而有效降低了小負荷工況時的排放，再者，多氣門排氣阻力小，進氣量大，掃除缸內廢氣效果提升。總之，采用多氣門技術，不僅能夠有效降低汽油機的主要排放物，而且能有效提升動力性和燃油經濟性，因此多氣門技術目前已被廣泛應用。12四月202587（9）缸內直噴技術開發車用具有汽油機優點同時具有柴油機部分負荷高燃油經濟性優點的發動機是主要的研究目標。以缸內直噴汽油機（GasolineDirectInjection，GDI）為代表的新型混合氣形成模式的研究和應用，極大地提高了汽油機的燃油經濟性，有效地控制NOx和HC的排放。直噴式發動機（缸內噴注式汽油機）與一般汽油發動機的主要區別在于汽油噴射的位置。12四月202588GDI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（圖4-17）。汽油直噴入缸內有利于汽油的霧化，使汽油和空氣更好地混合，燃燒更為完全。另外進氣管道中沒有狹窄的喉管，空氣流動的阻力小，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，靠進氣系統形成渦流帶動油霧在缸內形成混合氣，與周圍的稀區形成分層氣體，雖然混合比達到40:1，但高壓旋轉噴射器噴射出霧狀汽油，在壓縮沖程后期的點火前夕，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，聚集在火花塞周圍的混合氣很濃厚，很容易點火燃燒。12四月202589圖4-17缸內直噴技術（GDI）12四月202590（10）可變壓縮比壓縮比是氣缸總容積與燃燒室容積的比值，它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。它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。對于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。12四月202591

可變壓縮比（VCR）技術主要是針對增壓發動機的一種技術。固定的壓縮比不能充分發揮發動機的性能，事實上在小負荷、低轉速運轉時，發動機的熱效率低，相應地綜合性能比較差，這時可以用較大的壓縮比；而在大負荷、高轉速運轉時，若壓縮比過高，則很容易發生爆燃并產生很大的熱負荷和機械負荷，這時可以用較小的壓縮比。隨著負荷的變化連續調節壓縮比，可以最大限度地挖掘發動機的潛力，使其在整個工況區域內有效提高熱效率，進而提高發動機的綜合性能。12四月202592可變壓縮比的目的在于提高增壓發動機的燃油經濟性。在增壓發動機中，為了防止爆燃，其壓縮比低于自然吸氣式發動機。在增壓壓力低時熱效率降低，使燃油經濟性下降。特別在渦輪增壓發動機中由于增壓度上升緩慢，在低壓縮比條件下轉矩上升也很緩慢，形成所謂的增壓滯后現象。也就是說發動機在低速時，增壓作用滯后，要等到發動機加速至一定轉速后增壓系統才起到作用。為了解決這個問題，可變壓縮比是重要方法。就是說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負荷的整個工況范圍內有效提高熱效率。12四月202593由壓縮比的定義可知，要想使壓縮比有所變化，就必須從怎樣改變燃燒室容積和工作容積方面入手。發動機的燃燒室由活塞頂、氣缸和氣缸蓋3部分構成，迄今為止出現的一些可變壓縮比實現方案都是圍繞這3個元素而行的。通常采用的手段大致為下面3種：①通過改變氣缸蓋的結構來實現；②通過改變缸體結構來實現；③通過改變活塞及曲柄連桿機構來實現。幾種可變壓縮比技術如圖4-18所示。12四月202594圖4-18幾種可變壓縮比技術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12四月202595（11）停缸技術發動機部分負荷時，切斷部分氣缸的供油而使工作氣缸的負荷提高，以改善發動機性能的技術稱為停缸技術。由于停缸工況下發動機的泵氣損失功減少，同時發動機的機械摩擦損失功也減少，從而可明顯提高發動機的燃油經濟性，這是停缸節油的主要原因。實現停缸的方法有3種：①僅僅停止供油（簡稱斷油）；②停止氣門運動和斷油（簡稱停閥機）；③斷油的同時引入工作缸的廢氣到不作功的氣缸內（斷油回流），停缸技術原理如圖4-19所示。12四月202596圖4-19停缸技術12四月202597（12）OBD診斷技術

OBD診斷技術是全面達到國Ⅳ、國Ⅴ汽車排放標準的一種技術措施，并不能簡單地理解為發動機或汽車故障在線診斷技術和方法。OBD實質性能就是全面監測汽車運行的排放污染物，主要目的是使汽車的檢測、維護和管理融為一體，以滿足環境保護的要求。OBD系統可監測車輛多個系統和部件，包括發動機、三元催化轉化器、顆粒捕集器、氧傳感器、排放控制系統、燃油系統、廢氣再循環（EGR）系統等，確保車輛始終處于良好的技術狀況。12四月2025982、汽油機后處理凈化技術隨著對發動機排放要求的日趨嚴格，改善發動機工作過程的難度越來越大，能統籌兼顧動力性、經濟性和排放性能的發動機將越來越復雜，成本也急劇上升。因此，世界各國都先后開發廢氣后處理凈化技術，在不影響或少影響發動機其他性能的同時，在排氣系統中安裝各種凈化裝置，采用物理的和化學的方法降低排氣中的污染物最終向大氣環境的排放。汽油機后處理凈化技術主要有三元催化轉化技術、稀薄燃燒技術、熱反應器、二次空氣噴射等。12四月202599（1）三元催化轉化技術三元催化轉化器是目前應用最多的汽油機廢氣后處理凈化技術。當汽油機工作時，廢氣經排氣管進入催化器，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氣和氧氣；而碳氫化合物和一氧化碳在催化作用下充分氧化，生成二氧化碳和水蒸氣，如圖4-20所示。三元催化轉化器的載體一般采用蜂窩結構，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，當發動機的空燃比在理論空燃比附近時，三元催化器可將90%的碳氫化合物和一氧化碳及70%的氮氧化物同時凈化，因此這種催化器被稱為三元催化轉化器。目前，電子控制汽油噴射加三元催化轉化器已成為國內外汽油車排放控制技術的主流。12四月2025100圖4-20三效催化轉換器12四月2025101（2）稀薄燃燒技術稀薄燃燒技術是降低CO排放的有效手段。所謂稀薄燃燒，是指發動機在空燃比大于化學計量比的條件下運行，其排放尾氣與普通發動機有相似的化學成分，但其中還原性及氧化性氣體的相對含量不同于普通發動機的尾氣，因而其排放尾氣的凈化處理技術有明顯區別。采用稀薄燃燒技術，可提高燃料的利用率，從而提高燃料的經濟性，減少CO2、CO排放濃度，在一定空燃比范圍內，HC和NOx也有所減少，但O2的濃度卻明顯升高，導致NOx的轉化效率會大大降低，在這種富氧條件下，催化還原其中的NOx是稀燃催化技術的關鍵所在。12四月2025102目前針對稀燃催化技術研究較多的是Pt-Rh氧化還原催化劑、Pt-Pd-Rh三元催化劑、全Pd催化劑和后來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，因此難以廣泛應用。目前，在稀薄燃燒汽油機排放的尾氣凈化技術中，廣泛研究的是吸附還原催化技術。吸附還原催化技術對NOx的轉化效率可達70%～90%，其最佳工作溫度在150℃～450℃之間，并已在缸內直噴汽油機中得到了應用。

NOx吸附還原催化器主要安裝在缸內直噴發動機的排氣管上，當發動機稀薄燃燒時，將NOx氧化，并與堿土金屬發生化學反應，生成氮化物，并被吸附在吸附劑上。12四月2025103

當發動機處于濃燃時，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，被還原為無害的氮氣（N2）。

NOx吸附還原催化器的工作原理如圖4-21所示。

圖4-21NOx吸附還原催化器的工作原理12四月2025104吸附還原催化器的吸附能力是有限的，當催化器在稀燃工況下連續運行時，吸附量將達到飽和，不能繼續起作用。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NOx還原過程是否結束，從而使NOx排放和燃油經濟性都達到最優。12四月2025105（3）熱反應器汽油機工作過程中的不完全燃燒產物CO和HC在排氣過程中可以繼續氧化，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器，使尾氣中未燃的碳氫化合物和一氧化碳在熱反應器中保持高溫并停留一段時間，使之得到充分氧化從而降低其排放量。12四月2025106熱反應器一般采用耐熱耐腐蝕的不銹鋼制成，其結構見圖4-22。熱反應器由殼體、外筒和內筒三層構成，中間加保溫層，使內部保持高溫。熱反應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，反應器內部的溫度可高達600～1000℃。同時在緊靠排氣門處噴入空氣（即二次空氣），以保證CO和HC氧化反應的進行。12四月2025107圖4-22熱反應器12四月2025108（4）二次空氣噴射

空氣噴射就是將新鮮空氣噴射到排氣門的后面，使尾氣中的碳氫化合物（HC）和一氧化碳（CO）在排氣管內與空氣混合，繼續進行氧化的方法，又稱二次空氣法。當噴射的新鮮空氣與尾氣結合時，空氣中的氧和碳氫化合物反應生成水，并呈蒸氣狀；而氧和一氧化氮反應生成CO2，如圖4-23所示。12四月2025109圖4-23二次空氣噴射技術12四月2025110三、柴油機排放控制技術柴油機排放控制技術也包括機內凈化技術和后處理凈化技術。1、柴油機機內凈化技術相對于汽油機而言，柴油機由于過量空氣系數比較大，一氧化碳（CO）和碳氫化合物（HC）排放量要低得多，但普通的燃油供給系統使柴油機具有致癌作用的微粒排放量比汽油機大幾十倍甚至更多。因此，控制柴油機排放物的重點，就在于降低柴油機的N0、和微粒（包括碳煙）排放。12四月2025111降低柴油機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NOx的技術都有使微粒排放增加的趨勢，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，柴油機排放控制技術還是取得了很大的進展，研制出了一些低排放、高燃油經濟性的柴油機，這些機型不用任何后處理裝置即可以達到較高的排放法規要求，顯示出柴油機機內凈化技術的巨大潛力。表4-4給出了降低柴油機NOx和微粒排放的相關技術措施。12四月202511212四月2025113需要指出的是，每一種技術措施在降低某種排放成分時，往往效果有限，過度使用則會帶來另一種排放成分增加或動力性、經濟性的惡化，因而在工程實際中常常是幾種技術措施同時并用。在柴油機機內凈化措施中，進氣控制、排氣控制、增壓技術、廢氣再循環技術、均質壓縮技術均與汽油機相似。12四月20251142、柴油機后處理凈化技術（1）微粒凈化處理技術柴油機排放污染物主要是微粒和NOx，其中，微粒排放是汽油機的30～80倍，僅靠機內凈化技術很難使柴油機的微粒排放滿足新的排放法規，所以，必須采用微粒后處理技術。目前，柴油機微粒后處理凈化技術主要有：微粒捕集技術、靜電分離、溶液清洗、等離子凈化、離心分離袋式過濾等。12四月20251151）微粒捕集器法。是采用過濾材料對排氣進行過濾捕集。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濾材料。當排氣通過微粒捕集器時，過濾體將排氣中微粒捕集于過濾體內，達到凈化排氣的目的（見下圖）。帶再生燃燒器的微粒捕集器12四月2025116微粒捕集器的關鍵技術是過濾材料的選擇與過濾體的再生，其中又以后者尤為重要。由于柴油機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是最簡單可行的辦法。再生系統根據原理和再生能量來源的不同可分為主動再生系統與被動再生系統兩大類。12四月2025117根據柴油機的使用特點和使用工況合理選擇再生技術，對于微粒捕集器的安全有效再生具有重要的意義。主動再生系統是通過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，達到再生過濾體的目的，主動再生系統通過傳感器監視微粒在過濾器內的沉積量和產生的背壓，當排氣背壓超過預定的限值時就啟動再生系統。根據外加能量的方式，這些系統主要有：噴油助燃再生系統，電加熱再生系統、微波加熱再生系統、紅外加熱再生系統以及反吹再生系統。12四月2025118被動再生系統利用柴油機排氣自身的能量使微粒燃燒，達到再生微粒捕集器的效果。一方面可通過改變柴油機的運行工況提高排氣溫度達到微粒的起燃溫度使微粒燃燒；另一方面可以利用化學催化的方法降低微粒的反應活化能，使微粒在正常的排氣溫度下燃燒。12四月20251192）等離子凈化技術。

柴油機排氣中的有害成分經過等離子反應器，發生復雜的化學反應，其中NO很容易被氧化成NO2，NO2的強氧化性能在柴油機正常排氣溫度下將微粒氧化。此外，通過添加劑或催化劑等方式可提高微粒凈化的效率，降低能耗。等離子凈化技術具有結構簡單、不影響柴油機運行性能以及在捕集微粒的同時降低NOx等優勢，是柴油機后處理研究發展的新方向。12四月20251203）靜電分離凈化技術。

靜電分離技術是指利用靜電力吸附排氣中的懸浮微粒，從而達到捕集微粒的目的。雖然柴油機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，每個帶電粒子有l～5個基本正電荷或負電荷。柴油機排氣微粒的電阻率在106～108Ω·cm數量級內變化，適合利用電場對排氣微粒進行靜電吸附，達到微粒凈化的目的。在排氣通道中建立高壓強電場，排氣流過電場時，帶電粒子分別被異性電極吸附。靜電捕集技術的主要問題是設備體積大、結構復雜、成本高，且氣流流速對靜電捕集效率的影響較大。12四月20251214）溶液清洗凈化技術。

溶液清洗技術是讓排氣通過水或油來清洗微粒。這種方法簡單，適合于固定的排氣設備。瑞典研究人員曾嘗試將車用柴油機的排氣管做成文氏管，利用喉管處的負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。12四月2025122

5）離心分離凈化技術。

離心分離技術是將排氣引入旋風分離器中，利用微粒離心力，將微粒從氣流中分離出來。目前比較有效的分離形式有軸流直流式和渦流式。軸流直流式柴油機排氣旋流凈化器是采用軸流直流式旋流子作分離器件，當氣流通過分離室時，微粒沿徑向由筒體軸線處移動到筒體內壁，與筒體內壁碰撞粘附而被捕集。渦流式的除塵機理是：使具有很高壓力和速度的排氣沿切向進入渦流室，當氣流在其中高速旋轉時，離心力使其中粒徑較大的微粒分離出來，同時高速旋轉的氣流還可以形成一定的真空度，使發動機的排氣更加順暢。12四月2025123由于柴油機微粒很小，直徑大多在1μm以下，離心分離技術只能分離微粒的5%～10%，效果較差，但是這種方法可與其他方法一起使用。

6）袋式過濾凈化技術。袋式過濾器是一種利用纖維作為過濾介質，將排氣中的微粒過濾出來的凈化設備。濾布做成袋形，其結構簡單、工作可靠、成本低、過濾效率高，對半徑大于0.1μm的微粒，過濾效率達90%以上，被認為是一種有效的柴油機微粒凈化裝置。12四月2025124袋式過濾技術的主要缺點在于：結構不夠緊湊，需停車采用手動清灰，使用不便，影響車輛機動性。若能夠采用兩組袋濾器輪流工作并加以電控，則可在不影響車輛正常運行的情況下實現自動清灰的連續操作，又可縮短清灰周期，允許通過較大的廢氣流量。此設想的實現尚需合理設計以保證工作的可靠性，同時減少其體積，以利于安裝在汽車上。12四月2025125（2）NOx的凈化處理技術由于三元催化轉換器不適于在柴油機上降低NOx的含量，所以降低柴油機NOx排放的后處理凈化技術主要有：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。12四月20251261）選擇性催化還原凈化技術。

選擇性催化還原也叫SCR（SelectiveCatalyticReduction）方法。SCR轉化器的催化作用具有很強的選擇性：NOx的還原反應被加速，還原劑的氧化反應則受到抑制。選擇性催化還原系統的還原劑可采用各種氨類物質或各種碳氫物質。①NH3-SCR技術：是指以尿素（（NH2）2CO）水溶液作為還原性催化還原技術，即尿素的水溶液在高于200℃時產生氨氣（NH3），通過SCR催化劑，將排氣管中的NOx還原成N2。車載NH3-SCR系統如圖所示。12四月2025127車載NH3-SCR系統12四月2025128②HC-SCR技術：HC-SCR技術是指以HC作為還原劑的選擇性催化還原技術，即HC在催化劑的作用下將NOx還原成N2。HC-SCR技術中HC的來源有兩個：一是柴油機尾氣中未燃燒完全的HC，另一個是燃料柴油或醇類，可通過向排氣管中直接噴射燃料實現。12四月20251292）選擇性非催化還原凈化技術。

選擇性非催化還原也稱為SNCR（SelectiveNonCatalyticReduction），它的原理是在高溫排氣中加入NH3，作為還原劑，與NOx反應后生成N2和H2O。3）吸附催化還原凈化技術。

吸附催化還原是基于發動機周期性稀燃和富燃工作的一種NOx凈化技術，吸附器是一個臨時存儲NOx的裝置，具有NOx吸附能力的物質有貴金屬和堿金屬（或堿土金屬）的混合物。當發動機正常運轉時處于稀燃階段，排氣處于富氧狀態，NOx被吸附劑以硝酸鹽（MNO3，M表示堿金屬）的形式存儲起來。12四月2025130當吸附達到飽和時，也需要再生吸附器使其能夠繼續正常工作，吸附器的再生可通過柴油機周期性的稀燃和富燃工況進行，也可通過人為調整發動機的工作狀況，使其產生富燃條件，使硝酸鹽分解釋放出NOx，NOx再與HC和CO在貴金屬催化器下被還原為N2。12四月20251314）等離子輔助催化還原凈化技術。

目前，利用低溫等離子輔助HC的選擇性催化還原系統降低NOx，排放是研究的另一熱點。根據等離子的特點，較多采用二級系統，如圖4-26所示。等離子技術是指由電子、離子、自由基和中性粒子等組成的導電性流體，整體保持電中性。離子、激發態分子、原子和自由基等都是化學活性極強的物種，首先利用這些活性物種把NO和HC氧化為NO2和部分氧化的高選擇性含氧CH類還原劑，然后再在催化劑作用下促使新產生的高選擇性活性物種還原NO2，生成無害的N2。12四月2025132等離子輔助催化還原凈化技術12四月2025133第三節汽車安全技術12四月2025一、汽車主動安全技術二、汽車被動安全技術134汽車行駛安全性是世界汽車技術發展關注的熱點問題之一。在汽車的安全性研究和現有的汽車安全技術中，汽車的安全性分為主動安全性和被動安全性兩大類。

主動安全性是指通過對汽車內部結構進行更趨合理有效的設計，優化車輛駕駛操縱系統的人機環境，主動防預事故的發生。

被動安全性主要是指汽車在發生意外的汽車碰撞事故時，如何對駕乘者進行保護，盡量減少其所受傷害。12四月2025135一、汽車主動安全技術汽車主動安全控制系統的基本原理，首先是利用各種傳感器感知駕駛員對汽車的操作情況以及汽車本身的運動狀態，然后由電子控制單元（ECU）根據傳感器獲得的信息確定出相應的控制策略，最后控制執行機構采取相應的動作，直接影響和控制車輪滑轉（移）率、車輪側偏角和車輪垂向運動，從而間接控制輪胎和路面接觸面上的縱向力、側向力和垂向力，提高汽車的主動安全性、機動性和舒適性。汽車主動安全控制是一個多系統互相影響、相互作用的復雜控制過程。12四月2025136目前汽車主動安全控制系統主要包括：汽車防抱制動系統（ABS）、汽車驅動防滑系統（TCS/ASR）、汽車穩定性控制系統（ESP）、汽車制動輔助系統（BA）、汽車四輪轉向（4WS）、汽車主動前輪轉向（AFS）、汽車橫擺運動控制系統（DYC）、汽車主動懸架（AS）、汽車主動車身控制（ABC）以及作為智能交通系統（ITS）一個分支的先進汽車控制與安全系統（AVCSS）等。12四月20251371.汽車防抱死制動系統防抱死制動系統（Anti-lockBrakeSystem，ABS）是在傳統的制動系統上采用電子控制技術，防止車輛制動時車輪抱死的一種機電一體化系統。

ABS系統對于汽車在各種行駛條件下的制動效能及制動安全尤為重要，特別是緊急制動時，能夠充分利用輪胎和路面之間的峰值附著性能，提高汽車抗側滑性能并縮短制動距離，充分發揮制動效能，同時增加汽車制動過程中的可控性。如圖4-24所示，ABS系統主要由液壓調節單元及電子控制單元（ECU）組成。12四月2025138圖4-24ABS系統結構組成12四月2025139在車輛制動過程中，ABS對車輪的運動狀態進行迅速、準確而又有效的控制，使車輪盡可能地處于最佳滑移率運動狀態，即充分利用地面的縱向附著力和側向附著力，從而使車輛獲得最佳的制動距離和制動方向穩定性，提高車輛行駛安全性。

裝配有ABS的車輛具有制動強度高、制動穩定性好，轉彎制動時不喪失轉向操縱能力等特點。12四月20251402.汽車驅動防滑系統當汽車在驅動過程（如起步、轉彎、加速等過程）中，ABS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（AccelerationS1ipRegulation，ASR）。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）。12四月2025141牽引力控制系統是一種根據驅動車輪的滑轉狀態來控制車輛牽引性能的汽車主動控制系統。通過充分利用地面所提供的附著力，牽引力控制系統能夠有效地改善車輛牽引性能和行駛安全性，可以使車輛在濕滑或泥濘路面起步、加速，加速轉彎時避免驅動輪打滑，并將滑動率控制在15%～20%范圍內。12四月2025142牽引力控制系統的功能是既可以提高牽引力，又可以保持汽車的行駛穩定。當驅動輪出現打滑時，系統將對打滑的驅動輪的制動壓力進行控制同時控制發動機的輸出轉矩，使驅動輪的牽引力控制在最佳區域并提高了汽車的方向穩定性，避免輪胎的不均勻磨損。因此，對于行駛在困難地面條件下，要求高機動性和越野性的軍用車輛來說，裝備牽引力控制系統具有重要意義。目前，在汽車驅動防滑系統中，廣泛采用的是發動機節氣門調節和驅動輪制動力矩調節的控制方式。12四月20251433.汽車電子制動力分配系統汽車制動時，如果4個輪胎附著地面的條件不同，比如，左側輪附著在濕滑路面，而右側輪附著于干燥路面，4個輪子與地面的附著力不同，在制動時（4個輪子的制動力相同）就容易產生打滑、傾斜和側翻等現象。

汽車電子制動力分配系統（EBD）的功能就是在汽車制動的瞬間，高速計算出四個輪胎由于附著不同而導致的附著力數值，然后調整制動裝置，達到制動力與附著力的匹配，以保證車輛的平穩和安全。12四月2025144在本質上EBD可以說是ABS的輔助功能，它可以提高ABS的功效。所以在安全指標上，汽車的性能更勝一籌。當重踩制動時，EBD在ABS作用之前，依據車輛的質量和路面條件，自動以前輪為基準去比較后輪輪胎的滑動率，如發覺此差異程度必須被調整時，制動油壓系統將會調整傳至后輪的油壓，以得到更平衡且更接近理想化制動力的分布。所以，EBD+ABS就是在ABS的基礎上，平衡每一個輪的有效地面附著力，改善制動力的平衡，防止出現甩尾和側滑，并縮短汽車制動距離。12四月2025145現在，一般配備ABS系統的車輛都配有EBD，標記為“EBD+ABS”。從文字上，就不難看出EBD+ABS是ABS的升級版本。EBD和ABS共用同樣的傳感器，以及ECU和執行機構（制動裝置），并且EBD必須配合ABS使用，在汽車制動的瞬間，分別對4個輪胎附著的不同地面進行感應、計算，得出附著力數值，根據各輪附著力數值的不同分配相應的制動力，避免因各輪制動力不同而導致的打滑，傾斜和側翻等危險。4.電控輔助制動系統汽車電控輔助制動系統EBA是ElectronicBrakeAssist的縮寫，有時也被稱為BA（BrakeAssist）或BAS（BrakeAssistSystem）。12四月2025146在正常情況下，大多數駕駛員開始制動時只施加很小的力，然后根據情況增加或調整對制動踏板施加的制動力。如果必須突然施加大得多的制動力，或駕駛員反應過慢，這種方法會阻礙他們及時施加最大的制動力。許多駕駛員也對需要施加比較大的制動力沒有準備，或者他們反應得太晚。據統計，在緊急情況下有90%的汽車駕駛員踩制動踏板時缺乏果斷，另外，傳統的制動系統，其設計是將駕駛施加于制動踏板上的力以固定的倍數放大，因此對于體力較弱的駕駛員而言，其可能面臨制動力不足的問題，而若是在緊急的狀況下，將可能造成事故的發生。制動輔助系統EBA正是針對上述情況而設計的。12四月2025147EBA通過駕駛員踩踏制動踏板的速率來理解制動行為，如果察覺到制動踏板的制動壓力恐慌性