1汽車服務(wù)工程專業(yè)導(dǎo)論汽車前沿技術(shù)2025/4/12第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)第二節(jié)汽車減排技術(shù)第三節(jié)汽車安全技術(shù)第四節(jié)汽車智能技術(shù)本章相關(guān)的主要網(wǎng)站思考題汽車前沿技術(shù)本章的主要內(nèi)容2汽車前沿技術(shù)世界汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢可以用“節(jié)能、環(huán)保、安全、智能”八個(gè)字來概括。本章主要介紹汽車節(jié)能、減排、安全、智能化、NVH、先進(jìn)制造等新技術(shù)，以了解汽車工程學(xué)科的一些前沿問題。12四月2025312四月20254第一節(jié)汽車節(jié)能技術(shù)一、發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)二、汽車輕量化節(jié)能技術(shù)三、新能源汽車

發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)、整車輕量化、新能源汽車是節(jié)能的重要途徑和手段。一、發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)是汽車節(jié)能的關(guān)鍵，其主要目的是：提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率提高發(fā)動(dòng)機(jī)比功率12四月20255（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)（可變氣門正時(shí)、可變氣門升程）、改善進(jìn)排氣過程、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。12四月20256（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、配氣機(jī)構(gòu)。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(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，提高升功率的具體措施有：12四月202581.提高充氣量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。12四月202593.改善混合氣質(zhì)量和燃燒過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。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、潤滑質(zhì)量、溫度控制及減少附件等。12四月202510二、汽車輕量化節(jié)能技術(shù)隨著人們對汽車安全性，舒適性，環(huán)保性能要求的提高，汽車安裝空調(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)等越來越普及，這無形中增加了汽車的質(zhì)量、耗油量和耗材量。減輕汽車自重是節(jié)約能源的基本途徑之一。汽車輕量化是目前的前沿和熱點(diǎn)問題，已成為汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)和選材的主要發(fā)展方向。12四月2025111.汽車材料輕量化

采用輕質(zhì)材料是汽車輕量化的主流。汽車上輕質(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

車用鋁材料皆以鋁合金的形式出現(xiàn)。鋁合金在汽車上的應(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(chǔ)上再減輕15%～20%。盡管鎂在當(dāng)前汽車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)開發(fā)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(yīng)汽車輕量化的要求。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、座椅支架、儀表盤框架、車門內(nèi)板、輪輞、轉(zhuǎn)向支架、制動(dòng)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(fā)應(yīng)用鎂合金。12四月202513（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。采用高強(qiáng)度鋼板，即可以減少汽車自身的質(zhì)量，又可以提高汽車的安全性和可靠性。12四月202514高強(qiáng)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(xiǎn)杠防撞板、A柱、B柱、發(fā)動(dòng)機(jī)支撐梁、儀表板支架、門檻加強(qiáng)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(tǒng)。如高碳傳動(dòng)軸管、高強(qiáng)度發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓、高強(qiáng)度減振彈簧、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向扭桿等。12四月202515（4）塑料

塑料應(yīng)用于汽車始于19世紀(jì)60年代，主要用于汽車的內(nèi)飾件上，例如車內(nèi)頂棚、儀表板、轉(zhuǎn)向盤、車門內(nèi)板、座椅和扶手等，目的是實(shí)現(xiàn)汽車內(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)促使汽車制造業(yè)開始大量采用塑料，以減輕汽車自重，降低油耗。20世紀(jì)80年代以后，汽車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(yīng)用部位零部件主要品種外裝件保險(xiǎn)杠及面飾、車身板、照明系統(tǒng)、裝飾件（鏡座、門把手、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、車頂蒙里、門內(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、開關(guān)插座、接頭、燈光系統(tǒng)、電路板、導(dǎo)線高耐熱聚苯乙烯、PP、聚酯、PA、聚酯、乙酰樹脂（開關(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、乙酰樹脂燃料系統(tǒng)燃油箱、燃油管HDPE、PA底盤懸掛系統(tǒng)、制動(dòng)器乙酰樹脂、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）18（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、彈性優(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)在的車身制造中得到了越來越廣泛的應(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。192.汽車零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)輕量化在輕量化材料應(yīng)用的過程中，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。12四月2025203.零部件制造技術(shù)針對新材料的應(yīng)用，開發(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。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)。（1）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，降低整車重量。（2）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。12四月202521（3）在面處理技術(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(guī)的車用燃料作為動(dòng)力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動(dòng)力裝置），綜合車輛的動(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。新能源汽車包括混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車、燃料電池汽車、太陽能汽車、燃?xì)馄嚒⒋萌剂掀嚨取?2四月2025231、混合動(dòng)力汽車（1）混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)

混合動(dòng)力汽車（HEV）是指在一輛汽車上同時(shí)配備兩種動(dòng)力源——熱動(dòng)力源和電動(dòng)力源的汽車。熱動(dòng)力源一般為柴油機(jī)、汽油機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)，電動(dòng)力源為蓄電池和電動(dòng)機(jī)。汽車在不同位置或不同行駛工況下使用不同的驅(qū)動(dòng)方式。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)。12四月202524

混合動(dòng)力汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性可以達(dá)到3倍于傳統(tǒng)中型汽車，即每升燃油可行駛34km，折合3L/100km。混合動(dòng)力汽車既能發(fā)揮電驅(qū)動(dòng)汽車在城市里運(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)汽車能長距離運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，還可以利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電機(jī)回收汽車制動(dòng)能量。當(dāng)汽車起動(dòng)和爬坡時(shí)可以利用電機(jī)的輔助轉(zhuǎn)矩，使汽車配置的內(nèi)燃機(jī)排量減小。當(dāng)汽車在城市內(nèi)處于低速運(yùn)行時(shí)，可完全依靠電機(jī)運(yùn)行。在長途運(yùn)輸過程中可利用內(nèi)燃機(jī)為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的蓄電池充電。12四月202525（2）混合動(dòng)力汽車的類型有多種分類方式，通常采用按動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式不同進(jìn)行分類，可分為：串聯(lián)式，并聯(lián)式和混聯(lián)式三種（圖4-2）。12四月2025圖4-2混合動(dòng)力汽車的類型26

1）串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車。

串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車是由發(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)出的功率超過驅(qū)動(dòng)車輛的需要，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4-2a所示。串聯(lián)式混合動(dòng)力車適于城區(qū)運(yùn)行的車輛，如公交汽車等。12四月2025272）并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車。

發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)可以分別獨(dú)立地向汽車的驅(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)力車比較適合于經(jīng)常在郊區(qū)和高速公路上行駛的車輛。12四月202528

3）混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車。

通過一種行星齒輪系統(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。12四月2025292、電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車是指以電力驅(qū)動(dòng)的車輛。電力可以從高架電線網(wǎng)上獲取，如無軌電車、有軌電車，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，俗稱純電動(dòng)汽車或蓄電池電動(dòng)汽車。（1）電動(dòng)汽車與燃油汽車的區(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，見表4-2。12四月20253012四月202531（2）電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)原理電動(dòng)汽車的能量傳遞如圖4-3所示。圖4-3電動(dòng)汽車的能量傳遞12四月202532當(dāng)汽車行駛時(shí)，由蓄電池輸出電能（電流）通過控制器驅(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)車輪前進(jìn)或后退。電動(dòng)汽車?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)裝置和車輪等。它的功用是將存儲在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車輪的動(dòng)能，并能夠在汽車減速制動(dòng)時(shí)，將車輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能充入蓄電池。12四月202533

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)車型不同而不同。（3）電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)

主要關(guān)鍵技術(shù)有：電動(dòng)汽車及控制技術(shù)、電池及管理技術(shù)、整車控制技術(shù)、整車輕量化技術(shù)、充電技術(shù)等。12四月2025343、燃料電池汽車采用燃料電池作為電源的電動(dòng)汽車稱為燃料電池汽車。燃料電池汽車一般以質(zhì)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(diǎn)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(rèn)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(jié)構(gòu)比氫燃料電池汽車復(fù)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?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)(PFC)的燃料電池汽車，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，燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（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(lián)合驅(qū)動(dòng)（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(jī)控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、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(shí)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(jié)構(gòu)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(fā)生氧化還原化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生出電能來帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)汽車中的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而帶動(dòng)汽車的前橋（或后橋）等行走機(jī)械結(jié)構(gòu)工作，從而驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)，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(dòng)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(xué)作用，而不是經(jīng)過燃燒，直接變成電能動(dòng)力。燃料電池雖然稱電池但不是電池，而是相當(dāng)于一臺氫燃料發(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)果會產(chǎn)生極少的二氧化碳和氮氧化物，副產(chǎn)品主要是水，因此被稱為綠色新型環(huán)保汽車。12四月202542（4）燃料電池汽車的特點(diǎn)與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池汽車的優(yōu)點(diǎn)有：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；汽車的性能接近內(nèi)燃機(jī)方式驅(qū)動(dòng)的汽車水平；減少了機(jī)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(jīng)濟(jì)性；提高了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率；運(yùn)行平穩(wěn)、無噪聲。與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池汽車的缺點(diǎn)是：燃料種類單一；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)。12四月202543（5）燃料電池汽車的關(guān)鍵技術(shù)燃料電池汽車的關(guān)鍵技術(shù)主要包括燃料電池技術(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大規(guī)模進(jìn)入市場的關(guān)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(zhuǎn)換成電能，并利用該電能作為能源驅(qū)動(dòng)行駛的汽車，它是電動(dòng)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(zhuǎn)化為電能，此電能通過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)矩通過側(cè)鏈等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和減速機(jī)構(gòu)傳到車輪上，使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)（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(dòng)車的應(yīng)用技術(shù)涉及光電、電機(jī)、電子、控制、汽車工程、機(jī)械、化學(xué)等各個(gè)方面。作為電動(dòng)車密不可分的一部分，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)、車體技術(shù)、電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)、儲能電池技術(shù)和能量管理系統(tǒng)技術(shù)。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(nèi)燃機(jī)傳統(tǒng)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(tài)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(jié)構(gòu)上主要增加了燃?xì)夤┙o系統(tǒng)。天然氣供給系統(tǒng)由儲氣部件供氣部件控制部件和燃料轉(zhuǎn)換部件組成，如圖4-8。天然氣汽車的關(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)。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(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)后可以直接用氫氣為燃料進(jìn)行燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的汽車。氫燃料的燃燒產(chǎn)物只有H2O和NOx，不會產(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鸱秶鷮挼龋瑲淙剂习l(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。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(qū)動(dòng)的汽車。甲醇作為燃料在汽車上的應(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(fù)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(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。12四月2025544）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。6）靈活性高，經(jīng)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(xiàn)有的汽油車，無需任何改動(dòng)裝置，既可以使用汽油，也可以使用低比例甲醇汽油。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(dòng)力燃料的機(jī)動(dòng)車。乙醇燃料已成為國際上普遍公認(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巨頭紛紛把目光投向乙醇汽車的研發(fā)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(yōu)點(diǎn)：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(zhì)的排放；第二，有效提高汽油的標(biāo)號，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)；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(huán)境部發(fā)布了一項(xiàng)研究報(bào)告，宣稱使用乙醇作燃料驅(qū)動(dòng)汽車產(chǎn)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(dòng)力燃料的機(jī)動(dòng)車。二甲醚作為環(huán)保、清潔、安全的新型替代能源，已經(jīng)得到國際社會的公認(rèn)。二甲醚是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的理想替代品。二甲醚汽車具有節(jié)能環(huán)保安全性高燃燒效率高等優(yōu)點(diǎn)。針對我國自然條件和“富煤、少油、有氣”的能源資源特色，發(fā)展?jié)崈裟茉炊酌眩瑢τ谖覈?jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)平衡具有重大戰(zhàn)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(dòng)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(chǎn)品，在各國燃料結(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(huán)保意識的提高，大大促進(jìn)了世界各國加快柴油替代燃料的開發(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(dǎo)致的全球變暖這一有害于人類的重大環(huán)境問題。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)保性能受到了各國的重視。12四月202559生物柴油車具有優(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，生物柴油汽車是今年汽車節(jié)能環(huán)保發(fā)展的主要方向之一。12四月202560第二節(jié)汽車減排技術(shù)12四月2025一、汽車減排的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)二、汽油機(jī)排放控制技術(shù)三、柴油機(jī)排放控制技術(shù)61隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和城市化進(jìn)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(huán)境污染日趨嚴(yán)重，汽車是造成環(huán)境污染的主要因素之一。為此，汽車減排是目前熱點(diǎn)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(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)為了治理環(huán)境污染，各國根據(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)，對各種污染源的排放提出控制要求，針對不同類型的機(jī)動(dòng)車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，因而也稱為排放法規(guī)。排放法規(guī)由一系列各種污染物的限值組成，還包括檢測、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、歐洲和日本的排放法規(guī)體系。這些汽車排放法規(guī)已成為汽車設(shè)計(jì)與制造的準(zhǔn)則、汽車強(qiáng)制性認(rèn)證的主要依據(jù)和汽車產(chǎn)品國際貿(mào)易的保障。12四月202563與先進(jìn)國家相比，我國汽車尾氣排放法規(guī)起步較晚、水平較低，根據(jù)我國的實(shí)際情況，從20世紀(jì)80年代初期開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（圖4-9）。12四月2025圖4-9我國汽車尾氣排放法實(shí)施的六個(gè)階段64二、汽油機(jī)排放控制技術(shù)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。1、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)、可變氣門正時(shí)技術(shù)、可變長度進(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。12四月202565

（1）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，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)，對這些電信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，發(fā)出相應(yīng)的指令（電信號）驅(qū)動(dòng)噴油器。噴油器開閉時(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。電子控制汽油噴射系統(tǒng)，如圖4-10所示.12四月202566圖4-10電子控制汽油噴射系統(tǒng)12四月202567電子控制汽油噴射系統(tǒng)節(jié)能減排的基本原理：1）用微機(jī)來控制每循環(huán)的噴油量和噴油時(shí)刻，可按各種工況的要求用微機(jī)來控制每循環(huán)的噴油量和噴油時(shí)刻，對燃油量進(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。12四月202568（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。現(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，延長火花持續(xù)時(shí)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(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)氣門開度冷卻液溫度進(jìn)氣溫度爆燃等信號可對點(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。（3）可變氣門正時(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)。可變氣門定時(shí)技術(shù)（VariableValveTiming，VVT）指的是發(fā)動(dòng)機(jī)氣門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)。12四月202570可變氣門定時(shí)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。

連續(xù)可變氣門定時(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。12四月202571

如在大負(fù)荷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)容易發(fā)生自燃引起的爆燃，通過推遲進(jìn)氣門關(guān)閉的時(shí)間來達(dá)到降低有效壓縮比的目的，從而避免爆燃。而在中小負(fù)荷時(shí)，爆燃不再是個(gè)問題，可以通過調(diào)整氣門關(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。可變氣門技術(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(shí)技術(shù)

12四月202573（4）可變長度進(jìn)氣歧管發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道是連接進(jìn)氣門和進(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4-12所示為可變長度進(jìn)氣歧管。可變長度進(jìn)氣歧管的工作原理是：隨著進(jìn)氣門的開啟和關(guān)閉，在進(jìn)氣管內(nèi)會產(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)氣門關(guān)閉以前到達(dá)進(jìn)氣門，從而提高進(jìn)氣量。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)轉(zhuǎn)速信號，控制驅(qū)動(dòng)馬達(dá)來調(diào)整歧管開度，從而改變歧管長度。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整進(jìn)氣歧管長度，低速時(shí)使用長進(jìn)氣歧管來提高進(jìn)氣量，增大轉(zhuǎn)矩，高速時(shí)，使用短進(jìn)氣歧管來提高進(jìn)氣量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。12四月202574圖4-12可變長度進(jìn)氣歧管12四月202575(5)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。12四月202576NOx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，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(jīng)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(huán)系統(tǒng)如圖4-13所示。12四月202577

圖4-13廢氣再循環(huán)系統(tǒng)12四月202578（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，對于非增壓汽油機(jī)可取上述百分比范圍的低限值，對于高增壓汽油機(jī)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(jī)，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(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。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(yù)先進(jìn)行壓縮，再送入汽油機(jī)汽缸的過程。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、渦輪增壓、氣波增壓、復(fù)合增壓等類型（圖4-14）。12四月202580a）機(jī)械增壓b）渦輪增壓c）氣波增壓d）復(fù)合增壓圖4-14汽油機(jī)增壓方式12四月202581（7）均質(zhì)充量壓燃技術(shù)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），它是一種火花點(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。12四月202582均質(zhì)充量壓縮燃燒是一種預(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。12四月202583圖4-15HCCI汽油機(jī)與傳統(tǒng)汽油機(jī)、柴油機(jī)的比較12四月202584（8）多氣門技術(shù)以前的汽油機(jī)每個(gè)氣缸只有兩個(gè)氣門（進(jìn)、排氣門各一個(gè)），如果每個(gè)氣缸多于兩個(gè)氣門，就稱為多氣門汽油機(jī)（圖4-16）。圖4-16多氣門技術(shù)12四月202585采用多氣門汽油機(jī)的節(jié)能減排機(jī)理是：

1）擴(kuò)大進(jìn)、排氣門的總流通截面面積，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。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(guān)閉，增大了氣門開啟的時(shí)間-斷面值（時(shí)面值），而且使相鄰氣門之間被浪費(fèi)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(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，多氣門排氣阻力小，進(jìn)氣量大，掃除缸內(nèi)廢氣效果提升。總之，采用多氣門技術(shù)，不僅能夠有效降低汽油機(jī)的主要排放物，而且能有效提升動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，因此多氣門技術(shù)目前已被廣泛應(yīng)用。12四月202587（9）缸內(nèi)直噴技術(shù)開發(fā)車用具有汽油機(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)性優(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。12四月202588GDI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4-17）。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，與周圍的稀區(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)，聚集在火花塞周圍的混合氣很濃厚，很容易點(diǎn)火燃燒。12四月202589圖4-17缸內(nèi)直噴技術(shù)（GDI）12四月202590（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，它表示活塞由下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度。它是衡量發(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。

一般來說，壓縮比越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能就越好。對于傳統(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)。對于現(xiàn)代汽車發(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。12四月202591

可變壓縮比（VCR）技術(shù)主要是針對增壓發(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。12四月202592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)問題，可變壓縮比是重要方法。就是說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；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。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?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通過改變氣缸蓋的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)；②通過改變缸體結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)；③通過改變活塞及曲柄連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。幾種可變壓縮比技術(shù)如圖4-18所示。12四月202594圖4-18幾種可變壓縮比技術(shù)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(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷時(shí)，切斷部分氣缸的供油而使工作氣缸的負(fù)荷提高，以改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能的技術(shù)稱為停缸技術(shù)。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（簡稱斷油）；②停止氣門運(yùn)動(dòng)和斷油（簡稱停閥機(jī)）；③斷油的同時(shí)引入工作缸的廢氣到不作功的氣缸內(nèi)（斷油回流），停缸技術(shù)原理如圖4-19所示。12四月202596圖4-19停缸技術(shù)12四月202597（12）OBD診斷技術(shù)

OBD診斷技術(shù)是全面達(dá)到國Ⅳ、國Ⅴ汽車排放標(biāo)準(zhǔn)的一種技術(shù)措施，并不能簡單地理解為發(fā)動(dòng)機(jī)或汽車故障在線診斷技術(shù)和方法。OBD實(shí)質(zhì)性能就是全面監(jiān)測汽車運(yùn)行的排放污染物，主要目的是使汽車的檢測、維護(hù)和管理融為一體，以滿足環(huán)境保護(hù)的要求。OBD系統(tǒng)可監(jiān)測車輛多個(gè)系統(tǒng)和部件，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、三元催化轉(zhuǎn)化器、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)（EGR）系統(tǒng)等，確保車輛始終處于良好的技術(shù)狀況。12四月2025982、汽油機(jī)后處理凈化技術(shù)隨著對發(fā)動(dòng)機(jī)排放要求的日趨嚴(yán)格，改善發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程的難度越來越大，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)將越來越復(fù)雜，成本也急劇上升。因此，世界各國都先后開發(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)主要有三元催化轉(zhuǎn)化技術(shù)、稀薄燃燒技術(shù)、熱反應(yīng)器、二次空氣噴射等。12四月202599（1）三元催化轉(zhuǎn)化技術(shù)三元催化轉(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)夂脱鯕猓欢細(xì)浠衔锖鸵谎趸荚诖呋饔孟鲁浞盅趸啥趸己退魵猓鐖D4-20所示。三元催化轉(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)，三元催化器可將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為三元催化轉(zhuǎn)化器。目前，電子控制汽油噴射加三元催化轉(zhuǎn)化器已成為國內(nèi)外汽油車排放控制技術(shù)的主流。12四月2025100圖4-20三效催化轉(zhuǎn)換器12四月2025101（2）稀薄燃燒技術(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，是指發(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、CO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。12四月2025102目前針對稀燃催化技術(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(yīng)用。目前，在稀薄燃燒汽油機(jī)排放的尾氣凈化技術(shù)中，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。12四月2025103

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，被還原為無害的氮?dú)猓∟2）。

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(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NOx還原過程是否結(jié)束，從而使NOx排放和燃油經(jīng)濟(jì)性都達(dá)到最優(yōu)。12四月2025105（3）熱反應(yīng)器汽油機(jī)工作過程中的不完全燃燒產(chǎn)物CO和HC在排氣過程中可以繼續(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。12四月2025106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)見圖4-22。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。12四月2025107圖4-22熱反應(yīng)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?xì)浠衔铮℉C）和一氧化碳（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)，空氣中的氧和碳?xì)浠衔锓磻?yīng)生成水，并呈蒸氣狀；而氧和一氧化氮反應(yīng)生成CO2，如圖4-23所示。12四月2025109圖4-23二次空氣噴射技術(shù)12四月2025110三、柴油機(jī)排放控制技術(shù)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)。1、柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)相對于汽油機(jī)而言，柴油機(jī)由于過量空氣系數(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N0、和微粒（包括碳煙）排放。12四月2025111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，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(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。12四月202511212四月2025113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，過度使用則會帶來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)均與汽油機(jī)相似。12四月20251142、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、離心分離袋式過濾等。12四月20251151）微粒捕集器法。是采用過濾材料對排氣進(jìn)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(dāng)排氣通過微粒捕集器時(shí)，過濾體將排氣中微粒捕集于過濾體內(nèi)，達(dá)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(guān)鍵技術(shù)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(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是最簡單可行的辦法。再生系統(tǒng)根據(jù)原理和再生能量來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。12四月2025117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)到再生過濾體的目的，主動(dòng)再生系統(tǒng)通過傳感器監(jiān)視微粒在過濾器內(nèi)的沉積量和產(chǎn)生的背壓，當(dāng)排氣背壓超過預(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)。12四月2025118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。12四月20251192）等離子凈化技術(shù)。

柴油機(jī)排氣中的有害成分經(jīng)過等離子反應(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，是柴油機(jī)后處理研究發(fā)展的新方向。12四月20251203）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)量級內(nèi)變化，適合利用電場對排氣微粒進(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，排氣流過電場時(shí)，帶電粒子分別被異性電極吸附。靜電捕集技術(shù)的主要問題是設(shè)備體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)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(shù)。

溶液清洗技術(shù)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(shè)備。瑞典研究人員曾嘗試將車用柴油機(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。12四月2025122

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。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)氣流通過分離室時(shí)，微粒沿徑向由筒體軸線處移動(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，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。12四月2025123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。

6）袋式過濾凈化技術(shù)。袋式過濾器是一種利用纖維作為過濾介質(zhì)，將排氣中的微粒過濾出來的凈化設(shè)備。濾布做成袋形，其結(jié)構(gòu)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(dá)90%以上，被認(rèn)為是一種有效的柴油機(jī)微粒凈化裝置。12四月2025124袋式過濾技術(shù)的主要缺點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)不夠緊湊，需停車采用手動(dòng)清灰，使用不便，影響車輛機(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，以利于安裝在汽車上。12四月2025125（2）NOx的凈化處理技術(shù)由于三元催化轉(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)。12四月20251261）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：NOx的還原反應(yīng)被加速，還原劑的氧化反應(yīng)則受到抑制。選擇性催化還原系統(tǒng)的還原劑可采用各種氨類物質(zhì)或各種碳?xì)湮镔|(zhì)。①NH3-SCR技術(shù)：是指以尿素（（NH2）2CO）水溶液作為還原性催化還原技術(shù)，即尿素的水溶液在高于200℃時(shí)產(chǎn)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(tǒng)如圖所示。12四月2025127車載NH3-SCR系統(tǒng)12四月2025128②HC-SCR技術(shù)：HC-SCR技術(shù)是指以HC作為還原劑的選擇性催化還原技術(shù)，即HC在催化劑的作用下將NOx還原成N2。HC-SCR技術(shù)中HC的來源有兩個(gè)：一是柴油機(jī)尾氣中未燃燒完全的HC，另一個(gè)是燃料柴油或醇類，可通過向排氣管中直接噴射燃料實(shí)現(xiàn)。12四月20251292）選擇性非催化還原凈化技術(shù)。

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(yīng)后生成N2和H2O。3）吸附催化還原凈化技術(shù)。

吸附催化還原是基于發(fā)動(dòng)機(jī)周期性稀燃和富燃工作的一種NOx凈化技術(shù)，吸附器是一個(gè)臨時(shí)存儲NOx的裝置，具有NOx吸附能力的物質(zhì)有貴金屬和堿金屬（或堿土金屬）的混合物。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)處于稀燃階段，排氣處于富氧狀態(tài)，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(dāng)吸附達(dá)到飽和時(shí)，也需要再生吸附器使其能夠繼續(xù)正常工作，吸附器的再生可通過柴油機(jī)周期性的稀燃和富燃工況進(jìn)行，也可通過人為調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況，使其產(chǎn)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(shù)。

目前，利用低溫等離子輔助HC的選擇性催化還原系統(tǒng)降低NOx，排放是研究的另一熱點(diǎn)。根據(jù)等離子的特點(diǎn)，較多采用二級系統(tǒng)，如圖4-26所示。等離子技術(shù)是指由電子、離子、自由基和中性粒子等組成的導(dǎo)電性流體，整體保持電中性。離子、激發(fā)態(tài)分子、原子和自由基等都是化學(xué)活性極強(qiáng)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(chǎn)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(shù)12四月2025133第三節(jié)汽車安全技術(shù)12四月2025一、汽車主動(dòng)安全技術(shù)二、汽車被動(dòng)安全技術(shù)134汽車行駛安全性是世界汽車技術(shù)發(fā)展關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。在汽車的安全性研究和現(xiàn)有的汽車安全技術(shù)中，汽車的安全性分為主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性兩大類。

主動(dòng)安全性是指通過對汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行更趨合理有效的設(shè)計(jì)，優(yōu)化車輛駕駛操縱系統(tǒng)的人機(jī)環(huán)境，主動(dòng)防預(yù)事故的發(fā)生。

被動(dòng)安全性主要是指汽車在發(fā)生意外的汽車碰撞事故時(shí)，如何對駕乘者進(jìn)行保護(hù)，盡量減少其所受傷害。12四月2025135一、汽車主動(dòng)安全技術(shù)汽車主動(dòng)安全控制系統(tǒng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)，然后由電子控制單元（ECU）根據(jù)傳感器獲得的信息確定出相應(yīng)的控制策略，最后控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)采取相應(yīng)的動(dòng)作，直接影響和控制車輪滑轉(zhuǎn)（移）率、車輪側(cè)偏角和車輪垂向運(yùn)動(dòng)，從而間接控制輪胎和路面接觸面上的縱向力、側(cè)向力和垂向力，提高汽車的主動(dòng)安全性、機(jī)動(dòng)性和舒適性。汽車主動(dòng)安全控制是一個(gè)多系統(tǒng)互相影響、相互作用的復(fù)雜控制過程。12四月2025136目前汽車主動(dòng)安全控制系統(tǒng)主要包括：汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、汽車驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)（TCS/ASR）、汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（ESP）、汽車制動(dòng)輔助系統(tǒng)（BA）、汽車四輪轉(zhuǎn)向（4WS）、汽車主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向（AFS）、汽車橫擺運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（DYC）、汽車主動(dòng)懸架（AS）、汽車主動(dòng)車身控制（ABC）以及作為智能交通系統(tǒng)（ITS）一個(gè)分支的先進(jìn)汽車控制與安全系統(tǒng)（AVCSS）等。12四月20251371.汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（Anti-lockBrakeSystem，ABS）是在傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)上采用電子控制技術(shù)，防止車輛制動(dòng)時(shí)車輪抱死的一種機(jī)電一體化系統(tǒng)。

ABS系統(tǒng)對于汽車在各種行駛條件下的制動(dòng)效能及制動(dòng)安全尤為重要，特別是緊急制動(dòng)時(shí)，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(cè)滑性能并縮短制動(dòng)距離，充分發(fā)揮制動(dòng)效能，同時(shí)增加汽車制動(dòng)過程中的可控性。如圖4-24所示，ABS系統(tǒng)主要由液壓調(diào)節(jié)單元及電子控制單元（ECU）組成。12四月2025138圖4-24ABS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成12四月2025139在車輛制動(dòng)過程中，ABS對車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行迅速、準(zhǔn)確而又有效的控制，使車輪盡可能地處于最佳滑移率運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即充分利用地面的縱向附著力和側(cè)向附著力，從而使車輛獲得最佳的制動(dòng)距離和制動(dòng)方向穩(wěn)定性，提高車輛行駛安全性。

裝配有ABS的車輛具有制動(dòng)強(qiáng)度高、制動(dòng)穩(wěn)定性好，轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)不喪失轉(zhuǎn)向操縱能力等特點(diǎn)。12四月20251402.汽車驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)當(dāng)汽車在驅(qū)動(dòng)過程（如起步、轉(zhuǎn)彎、加速等過程）中，ABS不能防止車輪的滑轉(zhuǎn)，因此針對這個(gè)要求又出現(xiàn)了防止驅(qū)動(dòng)車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)（AccelerationS1ipRegulation，ASR）。由于驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)車輪的驅(qū)動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)工作的，故它也常被稱為牽引力控制系統(tǒng)（TractionControlSystem，TCS）。12四月2025141牽引力控制系統(tǒng)是一種根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪的滑轉(zhuǎn)狀態(tài)來控制車輛牽引性能的汽車主動(dòng)控制系統(tǒng)。通過充分利用地面所提供的附著力，牽引力控制系統(tǒng)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(zhuǎn)彎時(shí)避免驅(qū)動(dòng)輪打滑，并將滑動(dòng)率控制在15%～20%范圍內(nèi)。12四月2025142牽引力控制系統(tǒng)的功能是既可以提高牽引力，又可以保持汽車的行駛穩(wěn)定。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪出現(xiàn)打滑時(shí)，系統(tǒng)將對打滑的驅(qū)動(dòng)輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行控制同時(shí)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，使驅(qū)動(dòng)輪的牽引力控制在最佳區(qū)域并提高了汽車的方向穩(wěn)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(jī)動(dòng)性和越野性的軍用車輛來說，裝備牽引力控制系統(tǒng)具有重要意義。目前，在汽車驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)中，廣泛采用的是發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門調(diào)節(jié)和驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)的控制方式。12四月20251433.汽車電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)汽車制動(dòng)時(shí)，如果4個(gè)輪胎附著地面的條件不同，比如，左側(cè)輪附著在濕滑路面，而右側(cè)輪附著于干燥路面，4個(gè)輪子與地面的附著力不同，在制動(dòng)時(shí)（4個(gè)輪子的制動(dòng)力相同）就容易產(chǎn)生打滑、傾斜和側(cè)翻等現(xiàn)象。

汽車電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)（EBD）的功能就是在汽車制動(dòng)的瞬間，高速計(jì)算出四個(gè)輪胎由于附著不同而導(dǎo)致的附著力數(shù)值，然后調(diào)整制動(dòng)裝置，達(dá)到制動(dòng)力與附著力的匹配，以保證車輛的平穩(wěn)和安全。12四月2025144在本質(zhì)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(biāo)上，汽車的性能更勝一籌。當(dāng)重踩制動(dòng)時(shí)，EBD在ABS作用之前，依據(jù)車輛的質(zhì)量和路面條件，自動(dòng)以前輪為基準(zhǔn)去比較后輪輪胎的滑動(dòng)率，如發(fā)覺此差異程度必須被調(diào)整時(shí)，制動(dòng)油壓系統(tǒng)將會調(diào)整傳至后輪的油壓，以得到更平衡且更接近理想化制動(dòng)力的分布。所以，EBD+ABS就是在ABS的基礎(chǔ)上，平衡每一個(gè)輪的有效地面附著力，改善制動(dòng)力的平衡，防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)滑，并縮短汽車制動(dòng)距離。12四月2025145現(xiàn)在，一般配備ABS系統(tǒng)的車輛都配有EBD，標(biāo)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(zhí)行機(jī)構(gòu)（制動(dòng)裝置），并且EBD必須配合ABS使用，在汽車制動(dòng)的瞬間，分別對4個(gè)輪胎附著的不同地面進(jìn)行感應(yīng)、計(jì)算，得出附著力數(shù)值，根據(jù)各輪附著力數(shù)值的不同分配相應(yīng)的制動(dòng)力，避免因各輪制動(dòng)力不同而導(dǎo)致的打滑，傾斜和側(cè)翻等危險(xiǎn)。4.電控輔助制動(dòng)系統(tǒng)汽車電控輔助制動(dòng)系統(tǒng)EBA是ElectronicBrakeAssist的縮寫，有時(shí)也被稱為BA（BrakeAssist）或BAS（BrakeAssistSystem）。12四月2025146在正常情況下，大多數(shù)駕駛員開始制動(dòng)時(shí)只施加很小的力，然后根據(jù)情況增加或調(diào)整對制動(dòng)踏板施加的制動(dòng)力。如果必須突然施加大得多的制動(dòng)力，或駕駛員反應(yīng)過慢，這種方法會阻礙他們及時(shí)施加最大的制動(dòng)力。許多駕駛員也對需要施加比較大的制動(dòng)力沒有準(zhǔn)備，或者他們反應(yīng)得太晚。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在緊急情況下有90%的汽車駕駛員踩制動(dòng)踏板時(shí)缺乏果斷，另外，傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)是將駕駛施加于制動(dòng)踏板上的力以固定的倍數(shù)放大，因此對于體力較弱的駕駛員而言，其可能面臨制動(dòng)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(fā)生。制動(dòng)輔助系統(tǒng)EBA正是針對上述情況而設(shè)計(jì)的。12四月2025147EBA通過駕駛員踩踏制動(dòng)踏板的速率來理解制動(dòng)行為，如果察覺到制動(dòng)踏板的制動(dòng)壓力恐慌性