汽车油气混合系统的进化与制约.doc

哈尔滨应用职业技术学院毕 业 论 文题 目汽车油气混合系统的进化与制约学生姓名钟海洋系部名称汽车工程系专业班级汽车检测与维修指导教师李胜教研室起止时间教 务 处 制毕业论文项目表填表日期年 月 日迄今已进行 周剩余 周学生姓名钟海洋系部汽车工程系专业、班级汽车检测与维修指导教师姓名职称从事专业是否外聘是否题目名称汽车油气混合系统的进化与制约指导教师意 见 指导教师签字： 年 月 日系 意 见系主任签字： 年 月 日毕业答辩成绩：年 月 日小组答辩委员会成员签字：年 月 日答辩委员会主任签字：年 月 日汽车油气混合系统的进化与制约摘要随着国民经济的迅猛发展，汽车产量一年一年地增加，2006年已达720万辆。我国汽车保有量越来越多，车型也越来越庞大。这迫使国家和社会更加注视汽车对于环境的污染，汽车节能减排技术上的发展。汽车技术的发展是被国家政策和环境制约的。人类心脏进化历了数亿年。但好在凭借着人类的聪明智慧，汽车的发动机在百年中经历了三次重大变革,从化油器电喷直喷。关键词化油器， 电喷，直喷 ，混合动力，环保，经济 SummaryWith the rapid development of national economy, car production to increase year after year, 2006 has amounted to 7.2 million vehicles. More in auto possession, cars become large. This force the country and the society more watch for the environment pollution, car auto saving technical development. The development of automobile industry is restricted by the national policy and the environment. The human heart evolution in hundreds of millions of calendar. But fortunately with human wisdom, the cars engine in centuries experienced three major change, straight from the carburetor jet of efi. keywords The carburetor, efi, direct injection, hybrid, environmental protection, economy 前言正文1化油器发动机：英雄迟暮 02年退出市场2电喷发动机：思维改变 现在技术的先河3电子控制缸内直喷: 未来阶梯 承上启下4混合动力： 百家争鸣 另一路的进化 结论参考文献前言 现在社会面临着诸多的危机。随着科学技术的发展解决许多问题，但是又有许多新的问题突然出现，我们不得不面对这些问题，我只能尽力做一些我们力所能及的事，为我们的环境和社会。正文1化油器发动机：英雄迟暮 02年退出市场化油器最早诞生于1892年，由美国人杜里埃发明。随着技术的演进，化油器功能愈加完备，直到上个世纪中后期，化油器已经分为五部分：主供油系统、起动系统、怠速系统、大负荷加浓系统（省油器）和加速系统。五部分的作用在于：根据发动机在不同情况下的需要，将汽油气化，并与空气按一定比例混合成可燃混合气，及时适量进入气缸。简单的化油器由上中下三部分组成，上部分有进气口和浮子室，中间部分有喉管、量孔、喷管，下部分有节气门等。浮子室是一个矩形容器，存储着来自汽油泵的汽油，容器里面有一只浮子利用浮面（油面）高度控制着进油量。中部的喷管一头进油口与浮子室的量孔相通，另一头出油口在喉管的咽喉处。化油器的优点有：能够将内燃机的油气比控制在理想的水平上，不论天候、温度，永远进行着一成不变的工作。而且化油器的成本低、可靠度高，维修、保养容易。当然化油器也存在许多弱点：比如,化油器使空气和汽油在节气门以上的进气管混合，然后随着进气门的打开而进入气缸。由于这种装置是纯机械的，所以对汽油和空气的混合不是很精确，另外由于化油器不能对空燃比进行有效的调节，在化油器几十年的发展当中也进行了不断的改进，加入了诸如真空加浓、机械加浓等控制空燃比的装置，也使得化油器的外形也越来越臃肿，在冷车启动、怠速运转、急加速或低气压环境等，这样固定的供油方式实际上并无法全面满足引擎的运转需求，甚至可能因而产生黑烟、燃烧不全与马力不足等状况，化油器在诞生的时刻就注定存在着这样的弱点，但是当时的技术还找不到替代的技术。人们不断的给化油器增加附属装置，不短的改进化油器，但终究化油器还是不能满足人们对发动机的要求。那怎么办？唯一的办法就是：换一种思维方式，不用化油器了！这才出现了我们现在使用较多的电喷发动机因此（当然在电喷发动机和化油器发动机之间还出现过机械喷射式发动机）。 由于技术的发展和需要，2002年起，中国已经明令禁止销售化油器轿车，此后所有车型都改用电喷发动机。这是汽车进化的必然趋势，因为已经不符合用户对于经济，国家对于环保的要求。2电喷发动机：思维改变 现在技术的先河 汽车电子控制系统主要包括传感器，控制器和执行器。 传感器：电子控制系统的眼睛和耳朵，它将表达发动机工况及状态，汽车行驶工况和状态的各种物理参量转变为电信号，并输送给电子控制器。 电子控制器：电子控制系统的大脑，它对个传感器输入的电信号以及部分执行器的反馈信号进行综合处理，并向执行器输出控制信号，使执行器安控制目标的要求进行工作。执行器：电子控制系统的手和脚，它对控制器的控制信号做出迅速的反应，使被控对象工作在设定的最佳状态。电喷发动机和传统化油器发动机相比有如下几个优势： 1、喷油更加精确，经济性更佳 2、空燃比的控制更加精确，发动机动力有很大幅度的提升 3、闭环控制，排放更加环保 电喷提供最早出现于1967年，由德国保时捷公司研制的D型电子喷射装置，随后被用在大众等德系轿车上。这种装置是以进气管里面的压力做参数，但是它与化油器相比，仍然存在结构复杂，成本高，不稳定的缺点。针对这些缺点，波许公司又开发了一种称为L型电子控制汽油喷射装置，它以进气管内的空气流量做参数，可以直接按照进气流量与发动机转速的关系确定进气量，据此喷射出相应的汽油。这种装置由于设计合理，工作可靠，广泛为欧洲和日本等汽车制造公司所采用，并奠定了今天电子控制燃油喷射装置的雏形目前为止，电喷系统的行车电脑会随时侦测引擎温度、进气流量、转速变化、震动状况，并依照实际需求调整供油量与点火时间，因此在动力输出、燃油经济与排污表现上可以取得相当不错的平衡。同时为了增加发动机进气量，提高燃油效率，发动机从早期的单点喷射，演化至多点喷射，气门数量从两个增加至五个。目前最先进的当属搭载VVT可变气门技术的电喷发动机。 电喷供油系统的最大优点就是燃油供给之控制十分精确，让引擎在任何状态下都能有正确的空燃比，不仅让引擎保持运转顺畅，其废气也能合乎环保法规的规范。然而，电喷供油系统并不是最科学的。由于内燃机构造的先天限制，电喷喷嘴安装在气门旁，只有在气门打开时才能完成油气喷射，因此喷射会受到开合周期的影响，产生延迟，因而影响电脑对喷射时间的控制。不过好在这一问题已经被缸内直喷技术解决了。 一般而言，应用了缸内直喷技术的发动机要比同排量的多点喷射发动机的峰值功率提升10%至15%，而峰值扭矩能提升5%至10%。这样的提升，可谓是一种质变，而单靠增加气门数量是难以达到这一效果的。直到上个世纪60年代，汽车用燃油输送系统 绝大多数仍采用构造简单的化油器。 随着汽车工业的飞速发展，世界汽车的保有量在60年代有了急剧的增长，由于传统化油器混合气调节不精确，汽车尾气排放废气含量过高（CO、HC、NO化合物等），对大气、环境的污染也日益严重，是造成全球气候变暖，产生温室效应的一个重要因素。为此，美国在60年代提出了马斯基法案，日本也在1968、1973、1976年分别提出了限制汽车尾气排放的法规。同时随着电子电装技术的不断进步，尤其集成电子技术（IC技术）的飞速发展，为汽车电子燃油喷射技术在汽车上的充分应用奠定了基础。 随着汽车工业的飞速发展，汽车的尾气排放带来的空气污染日益严重，西方各国都制定了严格的汽车排放法规法案。同时受能源危机的冲击以及电子技术、计算机等的飞速发展，促进了电子控制汽油喷射发动机的诞生。1953年美国奔第克斯（Bendix）首先开发了电子喷射器（Electrojector），1957年正式问世，开创了电控汽油喷射的先河在这一时代，由于技术不成熟对空燃比的控制精度比较低。但是随着电子控制技术的发展、应用，电子燃油控制的各种优点渐渐显现出来，包括各种精细的补偿功能和良好的空燃比控制性、灵敏的节气门响应性、高功率的输出。 1967年德国罗伯特博世公司在购买美国奔第克斯专利的基础上，推出了速度密度型的DJetronic电控汽油喷射装置，并在各大汽车公司得到应用973年又开发了质量流量式（massflow）LJetronic电子控制非连续喷射和Kjetronic机械式连续喷射。前者采用进气歧管压力作为控制喷油量的参数，在汽车工况急剧变化时控制效果不佳，后者则是利用空气流量计测量进气流量，并转化为电信号输给发动机电脑，来达到精密控制喷油量，降低排放污染的目的。1981年，博世又发表了LHJetronic电控燃油喷射系统，在控制能力上增加了一些更精确的细节，进一步改进了发动机各方面的性能。LH系统最大的特点是采用了热线式空气流量计。这是现在电喷汽车的主流计量空气系统。 电子技术集成电路的发展，微电脑技术飞速发展。1984年丰田推出速度密度型的TLCS（Toyota Lean Combustion System）丰田稀薄燃烧系统的汽油喷射装置，能在各种运转工况下，对喷射时间，点火时间进行有效、出色的控制。同时中枢控制电脑不仅参与发动机的控制，还利用多路传输系统，各种BUS线与车身其它电子控制系统，如ECT、ABS、TRC共享信息运作，一机多用，使整车的驾乘性能产生了质的提升。 但是电喷发动机不是最好的，在初期电喷发动机的成本非常高，不容易推广。随着技术的进步 ，各种零件的微型化和智能化，维修技术又跟不上去。由于传感器的数量大量增加，事故的种类也随之大大增加。由于是通过电信号来检测各项数值，也会受无线电的干扰。故障率虽低,一旦坏了就难以修复（电脑件只能整件更换），但是与它的运行经济性和环保性相比，这些缺点就微不足道了。这使电喷发动机成为现在主流之选的重要原因代的燃油供给系统，经历了机械喷射时代、单点电子喷射时代、来到了现在普及的多点电子喷射（MFI）时代。每一次的改进都是为了让燃油喷射量得到更精确的控制，让雾状燃气与空气更加充分地混合。工程师们对高性能发动机的追求从来没有停止过，科技是不断进步的，人们对于汽车的要求也越来越高，人们要求汽车要更加经济环保，要求汽车烧更少油的同时还要有更大的动力。人们希望对空燃比进行更加精确的控制，希望汽油和空气能够更好的混合雾化。这个时候变有了缸内直喷技术3电子控制缸内直喷: 未来阶梯 承上启下与电喷发动机相比，缸内直喷发动机的喷油嘴被移到了汽缸内部，因此缸内油气的量不会受气门开合的影响，而是直接由电脑自动决定喷油时机与份量，至于气门则仅掌管空气的进入时程，两者则是在进入到汽缸内才进行混合的动作。由于油、气的混合空间、时间都相当短暂，因此缸内直喷系统必须依靠高压将燃油从喷油嘴压入汽缸，以达到高度雾化的效果，从而更好的进行油气混合。其中混合油气的压缩比越高的发动机，它的动力表现越强大，相应的节能效果越明显。此外，缸内直喷系统的燃烧室、活塞也大多具有特殊的导流槽，以供油气在进入燃烧室后能够产生气旋涡流，来提高混合油气的雾化效果与燃烧效率。缸内直喷，不同的燃烧方式的混合。缸内直喷最早出现在三菱的产品里，当时称为GDI系统。在气缸内喷油，使得燃油的控制较普通电喷发动机又提升了一个高度。随后大众的FSI、丰田的D-4以及凯迪拉克的SIDI直喷系统也相继问世。缸内直喷和上页所说的普通电喷发动机相比，最大的区别就在于其喷油器是直接伸到气缸内部的。不要以为这只是将喷油器转移一个地方而已，要知道气缸内的压力是巨大的，这就要求喷油器的喷油压力要非常高。制造难度也越大在直喷发动机中大家比较熟悉的就是大众的FS系列了，在大众及奥迪旗下的众多车型中都有运用。FSI技术，通过在进气门道中加入小阀门，是低转速时吸入的空气形成湍流，然后调整喷油的时间，使汽油在压缩行程末期就被喷入。湍急的混合气集中在了火花塞附近，火花塞发出的电火花把这局部较浓的混合气点燃。就这样用较少的汽油喷射量，让发动机保持了正常运转。当发动机转速逐渐提高，进气量变大时，进气道中的阀门全开，喷油时机变回压缩冲程末期，发动机又以普通均质燃烧的模式运转。FSI技术提高了发动机的燃油经济性，不过当油品中含硫量较高时，会在尾气中形成较多的二氧化硫，这需要用特殊的技术加以处理。不过我想说的却是凯迪拉克的SIDI双模直喷系统。为什么要说SIDI？因为它是真正意义上的带稀薄燃烧技术的双模直喷。双模，就是两种模式的燃油喷射。一种叫做均质混合模式，一种叫非均质混合模式 简单的说，均质混合模式就是喷油器还是在进气行程的时候喷入气缸与空气混合的，空燃比还是控制在14.7：1左右。而非均质混合模式就是在压缩行程的时候喷油器才喷油，以更高的压力喷到火花塞周围，进行燃烧。这时候的空燃比最高可以达到惊人的65：1的状态。这在普通的电喷发动机上是不可能实现的（空燃比太大，空气过于稀薄，根本点燃不了）这种非均质的混合模式就是我们通常所说的稀薄燃烧技术科技不断的在发展。2007年的时候奔驰发布了它的最新概念车F700，这辆概念车的灵魂就是被奔驰称作“DiesOtto”的一款革命性发动机。这款发动机集成了可控点火系统、缸内直喷以及可变压缩比等最先进的技术于一身，但这款发动机最牛的地方却是将柴油机的燃烧方式和汽油机融合到了一块。众所周知，柴油机是没有火花塞的，完全靠气缸内的高压将柴油压燃而不是点燃。奔驰这款发动机在低速是就是和柴油机一样利用超高压的喷油器将普通的汽油压入缸内后靠压力自行让汽油压燃。而高速时又像普通的缸内直喷发动机一样利用火花塞点燃混合气，以上这些技术让这款仅仅只有1.8L排量发动机拥有了高达175kW/238hp，最大扭矩为400牛米，远远超过普通1.8升排量的汽油发动机，而其每百公里油耗还不到6升。4混合动力： 百家争鸣 另一路的进化 “条条大路通罗马”上述只是在空气和燃油上的改变，而现在还有与之不同方向上前进方向。随着世界各国环境保护的措施越来越严格