Chapter9-车用发动机发展趋势.ppt

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1、第九章车用发动机发展趋势当今世界，为了保护环境，节约能源并减少温室气体CO2的排放，人们不断地探索和改进车用动力的解决方案，主要包括：一寻找新的动力机械来取代内燃机。二改善内燃机的自身性能。三优化内燃机的使用性能。第一节电控技术的发展车用发动机的性能调控与优化经历了机械控制、机—液控制和电子（或电—液）控制三个阶段。利用电子控制装置（ECU）实时调控发动机的特性参数是一项极大的技术飞跃。如今，汽油机的电控燃油喷射和电控点火以及柴油机的电控燃油喷射技术已经通用或正逐步推广，应用越来越多。1、微控制器性能的发展微控制器也叫单片机，其性能的发展制约着发动机、整车控制效果，这是因为发动机

2、实时调控和性能优化需要大量的信息处理，因此，微机速度、字长和内存容量的飞速增长才使得发动机电子控制系统愈加完善。例如电控燃油喷射系统由单点喷射（TBI）和多点同时喷射（MFI）到多点分组喷射再到多点顺序喷射（SFI）。2、电子控制单元（ECU）功能的扩展电子控制单元由单一的发动机集中控制，发展到包括自动变速器和动力总成集中控制（PCM），再发展到整车集中控制（VCM）。一、电控技术在汽油机应用的功能扩展3、汽油机电子管理系统一个集控制点火、喷油、怠速、排放和故障诊断等功能于一体的汽油机集中控制系统一般具有以下功能：1）系统监测：监测系统部件。2）部件保护：防止关键部件的损坏（如三

3、元催化转化器）3）应急反应：设定故障忽略或“跛行回家”工作模式。4）信息储存：存储故障发生时刻的有关信息。5）超标限制：有害排放物超过标准时警报。6）信息读取：可在维修站利用检测设备读取故障信息。柴油机电控燃油喷射技术的难度在于柴油机是高雅缸内喷射，要求在毫秒级的时间内完成喷油定时、喷油率及喷油压力等精确控制。喷油系统的控制方式，归纳分为脉动式电控喷油系统、脉动+时间控制式喷油系统和共轨式喷油系统三类。1、脉动式电控喷油系统脉动式电控喷油系统如直列喷油泵、P型泵、分配泵等。这类泵的原有的油量及供油规律控制靠柱塞螺旋槽（分配泵为油量控制套筒）、机械调速器和泵油凸轮。喷油定时靠机械式

4、喷油提前器（分配泵为液压自动提前器）它们的供油方式都是脉动的。二、电控技术在柴油机上的发展（1）电控直列泵（2）电控分配泵2、脉动+时间控制式喷油系统3、共轨喷油系统共轨喷油系统的优点：1）喷油压力与发动机转速无确定关系，只取决于共轨腔中按要求调整的压力，因而彻底解决了传统喷油泵高、低速时喷油压力差别过大，性能难于兼顾的固有矛盾。2）根本解决了传统喷油泵脉动供油时输出的峰值转矩过大，凸轮轴瞬间转速变化太快，不能稳定控制小喷油量的矛盾，使预喷射成为可能。3）由于共轨腔压力可任意调节，再加上可灵活控制电磁阀升程，于是能实现喷油压力和喷油率的柔性控制。4、柴油机电子管理中心功能：（1）

5、目标喷油量控制（2）目标喷油定时控制（3）油量喷油定时的补偿控制（4）冷起动及怠速稳定性控制（5）过渡性能与烟度控制（6）喷油规律与喷油压力的控制（7）其他参数及性能的控制第二节燃烧技术的发展传统意义上认为，汽油机一般采用预混合燃烧，受不正常燃烧的限制，器压缩比不能提高，效率低；柴油机通常采用预混合同时燃烧扩散燃烧方式，可采用高压缩比，有较高的效率。但从排放的角度看，柴油机最难以解决的问题是高的PM和NOx排放，它被认为是柴油机扩散燃烧方式的痼疾，因此，应用传统的内燃机燃烧方式，不论是火花点火或压缩着火，都因为气缸内温度分布不均匀，存在局部的高温区域，排放物的生成均不可避免。近年

6、来，柴油机与汽油机固有的燃烧方式的区别已经被打破。在缸内直喷式汽油机的部分工况中已经采用了稀燃，从而使汽油机的热效率以及排放性能得到大幅度提高。一、柴油机的预混合燃烧（HCCI）1、HCCI燃烧特性实现HCCI燃烧的最大困难是实现对着火始点和燃烧率随发动机工况变化的控制。HCCI燃烧放热分为两个阶段，第一阶段是低温化学动力反应，产生冷焰（和）或蓝焰，然后经一段滞后的时间进入第二阶段主放热阶段。HCCI燃烧方式循环变动很小。HCCI燃烧方式的排放明显改善。NOx排放比常规柴油机的减少90%~98%。由于HCCI没有扩散燃烧，也没有过浓区存在，因此PM和Smoke的排放均较低，但由于

7、稀混合气和高EGR率，使燃烧温度低，HC和CO排放较高。2、HCCI实现方法主要方法有：采用喷雾范围大、油粒细而均匀的燃油喷雾，以快速形成均匀的混合气浓度场；想方设法大幅度延长着火延迟期，以便在着火前使燃油有充分的蒸发混合时间；控制前期燃烧速度，以抑制NOx生成和高温裂解产生的碳烟。（1）丰田UNIBUS燃烧方式（2）日产MK燃烧方式。3、HCCI技术难点1）在发动机全工况范围内控制着火定时2）在发动机全工况范围内控制燃烧率，尤其是高负荷运行时燃烧率的控制。3）把HCCI向高负荷