汽车节能技术2

汽车节能技术AutomobileEnergyDensityTechnology第二章汽车的节能技术随着油价节节攀升和石油危机的到来，当今各国纷纷制定出汽车的油耗标准，有的国家规定汽车油耗率必须逐年降低，迫使汽车制造厂采取轿车小型化、减轻自重、减小空气阻力、柴油机化、稀薄燃烧技术、分层燃烧技术、润滑减磨、子午线轮胎、传动系统最佳匹配等许多节油措施，使汽车的油耗大大降低。对我国而言，随着汽车大规模进入家庭，私车保有量的日益增多，汽车节油也显得越来越迫切。第一节影响燃油经济性的因素影响汽车燃油经济性的因素主要有两个方面：汽车使用方面和汽车结构方面。一、使用方面（一）正确的技术保养与调整首先对发动机要保持良好的技术状况。对供油系进行保养与检查，防止漏油等；要及时清除燃烧室、活塞、进气管上的胶质与积碳；要保持发动机冷却系的正常温度；保持汽缸的压力。在汽车底盘方面，要加强对各总成的保养与调整，以保持适当的滑行能力，减少燃油消耗。（二）驾驶操作技术首先应该正确选用行车速度。第二，在道路上行车，汽车使用不同的档位行驶，耗油是不一样的。最经济的驾驶方法是高档的行驶可能性未用尽前，不应换低档。换档要块，动作迅速。第三，踩油门要轻，缓慢加油。汽车在接近于低速的中等车速行驶时燃油消耗量最低；高速时随车速的增加百公里燃油消耗量迅速加大，这是因为高速行驶时，虽然发动机的负荷率较高，但汽车的行驶阻力增加很多而导致百公里燃油消耗量增加的缘故。同时，汽车在行驶时，挡位选择也很重要。在一定道路上，汽车用不同的挡位行驶，燃油消耗量是不一样的。在同一道路条件与车速下，虽然发动机发出的功率相同，但挡位越低，后备功率越大，发动机的负荷率越低，燃油消耗率越高，百公里燃油消耗量越大，而使用高挡时的情况则相反。另外，汽车的调整与保养也会影响到发动机的性能与汽车行驶阻力，所以对百公里油耗有相当影响。二、汽车结构方面（一）汽车尺寸和质量减少汽车尺寸和质量是提高燃油经济性的有效措施，汽车要合理设计和精心地计算分析，要采用高强度材料和轻质材料。统计表明，整车质量为1360kg的汽车，当汽车总质量减少10%，油耗降低8.8%。（二）发动机影响的因素主要有压缩比、燃料供给、功率利用率等。活塞式内燃机的理想循环为便于分析内燃机的实际工作过程，将内燃机的某个循环的各个实际过程全部抽象的概括为若干个可逆过程，这样得到的一个闭合循环，称为理想循环。理想化的原则及方法：1、工质所经历的状态变化为一闭合循环；2、循环中工质的数量和化学成分始终不变；3、组成各循环的过程都是可逆的；4、工质的比热为定值。一、内燃机的理想循环实际工作过程：汽油机的理想循环：容加热循环低速柴油机的理想循环：等压加热循环高速柴油机的理想循环：混合加热循环2、汽油机的理想循环--等容加热循环1-2的压缩过程绝热压缩；2-3的燃烧过程等容加热；3-4的膨胀过程绝热膨胀；4-1的排气过程等容放热。3、车用柴油机的理想循环--混合加热循环1-2的压缩过程绝热压缩；2-3的燃烧过程等容加热；3-4的燃烧过程等压加热；4-5的膨胀过程绝热膨胀；5-1的排气过程等容放热。混合加热循环的热效率:1111kkktε=V1/V2--压缩比,λ=P3/P2-压力升高比，ρ=V4/V3-预胀比，k--绝热指数.压缩比的影响压缩比对上述三种理想循环的影响是相同的。由热效率的公式：ε，ηT。当压缩比较小时，热效率随压缩比的增加显著增大；当压缩比较大时，热效率随压缩比的增加增大较少。（三）传动系取决于传动系效率、变速器档数与传动比。传动系效率越高，变速器档数越多，传动比越小，汽车的燃油经济性越好。（四）汽车外形与轮胎改善车身流线，降低空气阻力系数，都可以提高燃油经济性。现在公认的子午胎的耐磨性、动力性、经济性等综合性能最好，与一般的斜交轮胎相比，燃油经济性好。因此，汽车节油是一个大的系统工程，它包括车辆技术、辅助设施与维修、汽车运用等多个方面。在车辆技术方面，要想节油，必须提高汽车的行驶效率，这就需要减小行驶阻力。这涉及到车身形状、改善通用件结构，以及改进轮胎；而车身的轻型化已经是国际通行的趋势。提高的发动机性能，也能有效的节油，这就需要对现有的发动机进行改进，提高发动机的热效率，降低运转部件的摩擦损失和驱动辅机的损失；同时，开发替代的发动机和合理利用能源也很重要，如开发燃料电池车、利用氢能开发氢气发动机、改良蓄电池和电动车技术等。在与汽车相关的辅助设施及维修方面，改善道路设施与公路结构最优化很重要。而改进汽车传统的检修方式，用计算机诊断系统达到汽车的修理合理化和检查修理方式合理化，对于汽车有效地提高燃烧效率很有帮助。同时，汽车维修设备质量的高低、修理技术水平的好坏也会对汽车油耗产生直接的影响。在汽车使用环节，节油的途径与措施主要有两个方面。一是改良汽车运行的线路结构。比如，公共汽车、载货车行驶线路的最佳化无疑会达到节油的目的。这就需要统一调配协调运输，建立完善的信息流动系统；有效的利用运输能力，对回程车予以有效利用等。而改善汽车的运输方式、对运输进行集中管理和控制也会提高汽车的使用效率，从而达到节油的目的。二是交通流量力求最佳化。可以通过信号的控制径路引导和车辆上装载的指示系统，来改善城市交通管理；也可以通过开发城市双层公共汽车、特定需要的公共汽车，来改善城市的交通系统，从而提高城市的出行效率、节约油耗。第二节发动机节能技术发动机对汽车燃油经济性的影响主要有以下方面：一是发动机的结构。发动机的油耗对汽车的油耗有决定性的影响，而发动机的油耗决定于发动机的结构。发动机的压缩比高、有完善的供油系统及合理的燃烧室形状，采用电子点火系统等都能降低发动机的比油耗。二是发动机的种类。柴油机由于压缩比比汽油机要高得多，因此柴油机比汽油机的油耗要低得多。试验和使用证明，一般装备柴油发动机的轿车比装备汽油发动机的轿车节油18%左右，柴油发动机载货汽车比汽油发动机载货汽车节油30%左右。目前世界各国正在积极推行轻型货车和轿车的柴油化进程，在总质量为2t～5t的载货汽车中，德国有95%左右已用柴油机，日本约为90%。三是发动机的负荷率。发动机的比油耗随发动机的负荷变化而变化。在负荷率约为80%～90%时比油耗最低，低负荷和全负荷时比油耗都将增加。空燃比与节能发动机的工作过程中影响油耗的两个最根本因素是空燃比和发动机负荷，这两个值都有一个理论上的最佳值，汽车在实际工作过程中，空燃比和发动机负荷的实际值越接近理论值，汽车就越省油。发动机在负荷为90%、空燃比为1.05：1时燃烧效率最高。发动机负荷大家都比较了解，我再稍微解释一下空燃比，这个参数实际上就是衡量混合器浓度的一个量，1：1为标准浓度混合气，大于1的为偏稀，小于1偏浓。以上所述是理论，下面我们看看显示生活中的什么情况影响油耗。1、进气系统的故障，会导致油耗的增加；如空气滤清器经久不换，导致进气不够，油耗一定会增加的；还有，节流阀体很久没有清理，也会让油耗增加。2、点火系统的故障比如火花塞有积碳。3、油路故障，比如喷油嘴脏了，供油系统有问题等。4、磨合润滑不好，如车轮轴承部分缺少润滑油，致使磨擦系数增加，从而油耗也会增加等。新车一开始的油耗一般不如已跑了一段时间的车子。5、另外，一些电喷的发动机的关键传感器，比如空气流量传感器、氧传感器若工作不正常也将影响ECU对喷油时间的控制，造成油耗增加。当然，这个检测比较困难。说到发动机与油耗的关系，这里必须澄清一个问题，有的人往往把油耗的大小与发动机的排量联系在一起，认为大排量的发动机的油耗会大于小排量的发动机。这是纯粹是一种想当然。大车和小车相比油耗相对较大主要是整车质量上的问题而不是发动机的原因，可以想象把广本2.4的发动机装在QQ上，那么这款新QQ的油耗不会差很多，但开一起来一定非常过瘾。但是整量QQ的造价还不如广本的一个发动机，因此这种假设不会成为现实。如果一辆汽车，发动机完全工作正常，有什么方法能够进一步节省油耗？可以从两个大的地方动手，一是进排气系统，二是改善油品……发动机负荷率与节能发动机的节能途径可以归纳为以下两大类：第一，提高发动机本身的燃油经济性。这是指降低发动机在各种工况下的比油耗。从热力学角度来看，有几条途径可循：提高过量空气系数（提高热效率）；提高压缩比（提高热效率）；提高进气管压力（减少泵气损失）；优化燃油喷射（使燃烧更加完全）；优化汽油机点火定时或柴油机喷油定时（提高热效率）；减少热损失（提高热效率）；降低摩擦损失（提高机械效率）。第二，优化和转移发动机的工况点。这是指尽可能地使发动机运行在最低比油耗的工况区域。此举的节能潜力不可小看。混合动力车之所以节能效果明显，也与此有关。从BMW公司2001年产320d手动变速轿车4缸2.0升TDI柴油机的万有特性曲线可见：在整个工况範围内，只有一个极小的区域能够达到最低燃油消耗率；在同一台发动机中，最高燃油消耗率可以达到最低燃油消耗率的一倍，甚至更多；最佳燃油经济性出现在柴油机和汽油机的较高负荷率区域，因为此时的泵气损失较小。负荷率定义为在一个确定的发动机转速下实际负荷跟该转速下的最大负荷的比值；最佳燃油经济性出现在一个很小的发动机转速区域内，而在此区域内燃油经济性最佳的负荷率大致为80~90%；燃油经济性最佳的转速区域，在现代轿车柴油机中是2500r/min上下的中速範围，在汽油机中则在较低的转速範围，即2000r/min左右；一般来说，提高发动机负荷率可以提高燃油经济性。普及型轿车对最高车速的要求较低，那怕是装备一台标定功率只有30kW左右的发动机也可以勉强过得去，可是豪华型轿车对最高车速要求很高，甚至超过220km/h，所以後者装备的发动机功率可达前者的十倍，某些豪华型轿车装备了12缸V型或W型发动机，功率超过300kW。但是，在城巿行驶工况中，汽车怠速时间长，平均车速低，不可能达到最高车速。即使是大功率豪华型轿车，在都巿中行驶时的功率需求也只有7.5kW左右。此时，豪华型轿车只利用了发动机标定功率的很小部分，甚至只有四十分之一。要解决豪华型轿车在低工况下的燃油经济性问题，最有效的办法是缩小低工况下发动机实际功率和标定功率之间的差别，从而提高发动机的负荷率。下面讨论发动机通过提高负荷率降低比油耗的节能途径。2.2.3稀燃技术什么叫稀燃？顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：25以上。其实，在20多年前就已经有人在研究稀燃技术。面对21世纪70年代初欧美国家的排放规定以及石油危机引起的降低油耗的需求，人们探索了由稀混合气运行，用氧化催化剂净化排气的方法，采用了一种带副燃烧室的发动机。这种由丰田及本田公司发明的燃烧方式由于从副燃烧室喷出火焰会造成热能损失，稀混合气发动机改进对油耗的效果不明显。从那以后，随着进气口的改进，气缸内旋涡生成技术的进步，由通用、福特、丰田、本田、日产等汽车公司先后搞成的开口式燃烧室可以形成比带副燃烧室还好的稀薄混合气燃烧，并且随着进气口燃料喷射技术的发展和稀混合气传感器技术的开发，精密控制空燃比已成为可能。80年代中期，丰田正式使稀混合气发动机（T－LCS）产品化，三菱、本田也相继将其产品实行产品化。进入90年代，三菱汽车公司研制出来的缸内直喷技术使稀燃技术又进了一步。目前，各大公司都拥有自己的稀燃技术，其共同点都是利用缸内涡流运动，使聚集在火花塞附近的混合气最浓，先被点燃后迅速向外层推进燃烧，并有较高的压缩比。比较著名的三菱缸内喷注汽油机（GDI），可令混合比达到40:1。它采用立式吸气口方式，从气缸盖的上方吸气的独特方式产生强大的下沉气流。这种下沉气流在弯曲顶面活塞附近得到加强并在气缸内形成纵向涡旋转流。在高压旋转喷注器的作用下，压缩过程后期被直接喷注进气缸内的燃料形成浓密的喷雾，喷雾在弯曲顶面活塞的顶面空间中不是扩散而是气化。这种混和气被纵向涡旋转流带到火花