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第12章 新型汽车发动机收藏
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第12章新型汽车发动机
内容提要
1.电动汽车的特点、分类、基本结构与工作原理
2.压缩天然气汽车和液化石油气汽车的特点、基本结构与工作原理
3.太阳能汽车的基本结构与工作原理
4.直接喷射式汽油机的结构与工作特点
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随着世界经济的快速发展，能源与环境已经成为人类发展和生存的重大问题。内燃机汽车使用的燃料均为一次性能源，开发使用后便不可再生。随着全球能源消耗的增加，地球的矿物能源正面临枯竭。环境问题也日益突出，在世界各地的大、中城市，大气污染物中约40%～70%来自内燃机汽车的尾气排放。为了解决能源短缺，环境污染等社会问题，人类相继开发了电动汽车、燃气汽车、太阳能汽车、直喷汽油机等新型发动机汽车。
12.1 电动汽车
电动汽车是依靠电能驱动的车辆，而电能在驱动汽车行驶过程中基本不排放有害气体，对环境不会造成污染。因此，电动汽车就成为解决能源与环境问题的一个选择。
12.1.1
电动汽车的特点
1873年在英国出现了第一辆电动汽车，由于早期一些技术问题难以解决，而内燃机汽车日趋成熟，电动汽车的开发便趋于低潮。直到1973年能源危机以后，很多国家为了开发新能源汽车以及保护环境，实现汽车零排放的要求，又重新开始重视电动汽车的开发，在一些国家掀起了研究电动汽车的热潮。与传统的燃油动力汽车相比较，电动汽车具有如下几个特点。
1.能广泛地利用各种能源 电动汽车使用的能源，不仅可以用传统的汽油、柴油等矿物燃料发电，也可以用取之不竭的太阳能、水力能等多种能源发电，还可以利用旋转零件转动或制动时惯性能量发电，可以广泛地利用各种能源。
2. 能量的利用率高 传统汽车使用汽油、柴油作燃料，将原油提炼成汽油、柴油，并经过运输、分配等环节，大概要消耗掉30%的原油具有的能量。所采用的内燃机的有效效率一般为30～40%，机械效率为75%，因此输出轴只能获得18%左右原始燃料的可利用能量。内燃机在低负荷及部分负荷时，由于混合气雾化质量差，燃烧不完善，平均能量利用率只有15%左右，可利用的能量更低。而电动汽车经过火力发电厂发电、输配电、充电、电机等设备使用能量损失，**终大约可获20%原始燃料的有用能量。如果利用太阳能、水能、原子能等发电，则利用率会高一些。如果采用将化学能转变为电能的燃料电池，则电池能量利用率可达50%左右。因此，使用电动汽车可以节约大量的能源。
3. 电动汽车是零排放汽车 由于电动汽车是依靠电驱动，所以电动汽车本身不会产生有害气体排放，是零排放车辆，这对改善空气质量保护环境具有重要意义。
依据电动汽车电能来源不同，仍会有间接污染。若采用燃煤生产的电力，电厂可建在远郊区或人烟稀少的地区，集中控制和处理CO
2等有害物也较容易。如采用太阳能、风能、水能等发电，则对环境无害。采用混合动力时，因为内燃机不是经常使用，排量也较小，因此排放到大气中的有害物比传统汽车少得多。电动汽车如果采用铅酸或镍镉电池时，有毒的铅、镉会污染环境，需进行处理。如采用燃料电池时，由于其产物是电能和水，故不会对环境造成危害。
4. 结构简单和维修使用方便 电动汽车在结构上比传统燃油汽车简单，运动部件减少，大大降低了日常维修保养量，驾驶操作更为方便，维修简单。
目前，电动汽车技术还不如传统燃油汽车技术那样成熟完善，动力电池寿命短，一次充电后的有效行程短，价格较贵。随着科学技术的发展和电动汽车的推广与普及，电动汽车存在的技术难题会逐步得到解决。
12.1.2
电动汽车的类型
根据所使用的基本动力能源不同，电动汽车大致可分为三类：蓄电池电动汽车Electric Vehicle（EV）、混合动力电动汽车Hybrid Electric Vehicle（HEV）、燃料电池汽车Fuel Cell Electric Vehicle（FCEV）。
1. 蓄电池电动汽车（EV） 是指利用蓄电池作为动力，用电动机驱动的汽车。不包括无轨电车及在车站、码头或厂内使用的电动叉车和普通的电瓶车。
蓄电池电动汽车与普通汽车的主要区别是动力源的改变，EV用蓄电池—电动机系统，取代了内燃机汽车的汽油机、柴油机。
2. 燃料电池电动汽车（FCEV） 燃料电池是通过电化学反应将燃料的化学能直接转变为电能的高效率发电装置。燃料电池汽车是利用燃料电池组作为动力源的汽车，它同内燃机相似，只要不断地供给燃料，燃料电池就能不断地把燃料氧化的化学能转换为电能，解决了蓄电池一次充电续驶里程短的问题，成为21世纪电动汽车的发展方向。
**早的FCEV是燃料电池大客车，燃料电池的辅助装置的质量重，体积大，因此在早期的FCEV上，燃料电池组的辅助装置占据了大客车很大的装载空间，几乎没有乘客乘坐的空间，给FCEV的总布置带来了很大的困难。经过多国的汽车公司和燃料电池公司的努力，燃料电池的小型化得到了迅速发展，已经成功地应用到各类型的FCEV上。
3. 混合动力电动汽车（HEV） 它是介于内燃机汽车与电动汽车之间的一种车型，它使用两种以上动力源，能按照不同的道路交通条件，进行动力源组合或转换，发挥**佳的动力效率，达到高效、节能、环保的目的。辅助动力可以采用燃烧某种燃料的原动机或动力发电机组。HEV在排放、节能等方面接近EV、FCEV，动力性、续驶里程与传统燃料汽车相当，是现阶段取代传统燃料汽车**理想的车辆。目前各大汽车公司推出的电动汽车大部分是混合动力电动汽车，美国通用GM EV1型混和动力电动汽车使用汽油作为燃料，燃油经济性指标达到21.1km/L，其排放已经降低到1/10 ULEV（超低排放车辆）的水平。HEV将在21世纪的运载车辆中占有重要的地位。
12.1.3
蓄电池电动汽车的基本结构与工作原理
1.基本结构 蓄电池电动汽车主要由电池组、控制系统、驱动系统及安全保护系统等组成（图12－1）。
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图12-2 交流异步电动机的控制系统
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图12-1 蓄电池电动汽车结构组成
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（2）控制系统 其主要作用是对动力电池组进行管理和对电动机的控制。
1）对动力电池组的管理包括对动力电池组的充电与放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反馈的电流、（汽车制动时，利用电动机旋转零件转动或制动的惯性能量发电，经逆变器变交流为直流，对电磁组充电的电流）、电池的自放电率、电池温度等进行控制。因为个别的蓄电池性能变化后，影响到整个动力电池组的性能，用蓄电池管理系统来对整个动力电池组和动力电池组中的每一单体电池进行监控，保持各个电池间的一致性，还要建立动力电池组的维护系统，来保证EV的正常运行。
2）对电动机的控制包括对电动机输出功率、转矩和转速的控制，对于不同型式的电动机，控制系统的结构也有所不同。图12－2是对交流异步电动机的控制系统图。它主要由逆变器和中央控制器等部分组成，电池组输出的直流电，经逆变器变为交流电后供入交流电动机，电动机输出的转矩经汽车传动系驱动车轮，中央控制器根据电动汽车工况的变化，对这一转变过程实行控制。
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图12-3 双电动机驱动系统
1-左半轴 2-左驱动电动机 3-电控差速器 4-右驱动电动机 5-右半轴
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EV的驱动系统有集中驱动系统和轮毂驱动系统两大类。
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图12-4 轮毂驱动系统
1-轮胎 2-永久磁铁 3-制动盘 4-衬套 5-轮轴 6-电动机线圈绕组
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左右两个永磁电动机直接通过半轴带动车轮转动，左右两个电动机由中央控制器的电控差速模块控制，形成机电一体化的差速器。
2）轮毂驱动系统改变了内燃机汽车传统的驱动方式，每个车轮都是由独立的电动机来驱动（图12－4）。电动机可以布置在两个前轮、两个后轮或四个车轮的轮毂中，成为前轮驱动、后轮驱动或四轮驱动的EV。
（4）安全保护系统 EV的动力电池组具有96～312V的高压直流电，人触电时会造成生命危险，因此必须设置安全保护系统。另外在撞车、翻车或线路发生短路时，应有应急处理装置，因此EV必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统，在电气系统发生故障时自动控制EV不能起动等，及时防止故障的发生。
2. EV的工作原理 在EV中保存了加速踏板、制动踏板和各种操纵手柄等，在电动汽车工作时，传感器将加速踏板、制动踏板机械位移的行程量转换为电信号，输入中央控制器（图12－2）。经中央控制器处理后发出驱动信号，控制逆变器的工作状态，从而达到对电动汽车工况的控制。
当汽车行驶时，电池组输出的直流电经逆变器变为交流电后供入交流电动机，电动机输出的转矩经传动系统驱动车轮。当汽车减速时，车轮带动电动机转动，通过矢量控制使感应电动机成为交流发电机产生电流，再经逆变器将交流电变为直流电向蓄电池组充电（制动再生能量）。同时，EV控制系统通过各种传感器、电流检测器对动力电池组－逆变器－驱动电动机系统进行监控并及时反馈信息和报警，并通过电流表、电压表、电功率表、转速表和温度表等仪表进行显示。
12.1.4
混合动力电动汽车的基本结构与工作原理
HEV的基本结构是在EV和FCEV的基础上增加一套辅助动力系统——动力发电机组或某种原动机。原动机可以是内燃机、燃气轮机等热机。
按发动机和电动机的耦合方式不同，可分为串联式混合动力汽车（SHEV）、并联式混合动力汽车（PHEV）、混联式（串、并联式）混合动力汽车（PSHEV）三种形式。
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图12-5 串联混合动力电动汽车
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在车辆行驶之初，蓄电池组处于电量饱满状态，其能量输出可以满足车辆要求，辅助动力系统不需要工作，蓄电池组输出的直流电经控制器变为交流电后供入驱动电动机，驱动电动机输出的转矩经变速器、传动轴及驱动桥驱动车轮。
蓄电池组电量低于60%时，辅助动力系统起动，为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充电。
当车辆能量需求较大时，辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量，发动机－发电机组产生的交流电经整流器变为直流电，和电池组输出的直流电经控制器变为交流电后供入驱动电动机。由于蓄电池组的存在，使发动机工作在一个相对稳定的工况，使其排放得到改善。
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图12-6 并联式混合动力汽车的组成
1-发动机 2-电动/发电机 3-机械传动系统 4-驱动电动机 5-逆变器 6-蓄电池组
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图12－6是一种电动机的动力在驱动轮处进行组合的驱动轮动力组合式PHEV，其驱动模式为：
1）以发动机驱动为基本驱动模式，独立驱动后驱动轮；
2）驱动电动机为辅助驱动模式，能独立驱动前驱动轮；
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图12-7 混联式混合动力汽车
1-发动机 2-电动/发电机 3-变速器或减速器 4-驱动桥 5-逆变器 6-驱动电动机
7-蓄电池组
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3. 混联式混合动力汽车的结构特点 PSHEV是综合SHEV和PHEV结构特点组成的，由发动机、电动/发电机和驱动电动机三大动力总成组成。电动机的动力要与车辆驱动系统相组合，可以在变速器（包括驱动桥）处进行组合，也可以在驱动轮处进行组合。
图12－7是一种发动机的动力与驱动电动机的动力在驱动轮处进行组合的方式，其驱动模式为：
1）以发动机驱动为基本驱动模式，带动电动/发电机，并独立驱动后驱动轮；
2）以驱动电动机为辅助驱动模式，能独立驱动前驱动轮；
3）在混合驱动时，发动机驱动的后轮动力与驱动电动机驱动的前轮动力进行组合，成为混合四轮驱动模式。
12.1.5
燃料电池电动汽车的基本结构与工作原理
采用燃料电池作为动力的电动汽车称为燃料电池电动汽车（FCEV）。
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图12-8 燃料电池电动汽车的组成
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图12-9 燃料电池的基本结构
a）燃料电池本体结构 b）燃料电池组
1-负极集流体加强肋 2-隔离板、集流板 3-正极集流体加强肋 4-空气通道 5-正极 6-电解质基体 7-负极 8-燃料气体通道 9-负极集流体加强肋 10-隔离板、集流板
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单体燃料电池主要由电解质、燃料电极、隔离板、空气电极和集流板等组成（图12-9）。正、负极板采用活性炭制成，置于电解质溶液中。
燃料电池工作时，外界不断供给负极氢气，供给正极空气（图12-10），在催化剂（铂、多孔石墨等）作用下，产生如下反应：
负极
正极
负极经催化剂作用，氢原子中的电子被分离出来，在正极吸引下，在外电路形成电流，失去电子的氢离子，在正极与氧及电子结合为水，氧可从空气中获得，只要不断地供给氢气和带走水，燃料电池就可不断供给电能。
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图12-10 燃料电池的工作原理
1-多孔质燃料夹层 2-氢电极 3-负载 4-氧电极 5-多孔质空气夹层
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（2）燃料电池控制系统 用于控制燃料电池的反应过程（起动、反应、输出电能的调整、停止等），一般用燃料电池管理系统模块对燃料电池状态进行监控和检查。
（3）驱动系统 燃料电池的电流需要经过专用的大功率动力DC/DC转换器，将燃料电池产生的直流电转换为稳压的直流电流，然后经过逆变器转换为交流电输送给驱动电动机，驱动车轮转动。
（4）辅助动力系统 通常在FCEV上还要装配一个蓄电池组作为辅助电源，其作用：①用于FCEV快速起动；②用于储存FCEV在再生制动时反馈的电能；③为电动汽车控制系统、照明系统等电气设备提供低压电源。
2. 燃料电池电动汽车的工作原理（图12-8） 由燃料箱不断地供给燃料，燃料电池把燃料氧化的化学能转换为电能，产生的直流电经过控制器变为交流电后供入驱动电动机，经传动系统驱动车轮。
在电动汽车开始行驶时，蓄电池组处于电量饱满状态，其能量输出可以满足汽车起动要求，由其为驱动系统提供能量，并对燃料电池进行预热，燃料电池动力系统不需要工作；当氢气供给足够时，燃料电池动力系统起动，由燃料电池动力系统为驱动系统提供能量，当车辆能量需求较大时，燃料电池动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量；当车辆能量需求较小时，燃料电池动力系统为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充电。
燃料电池若采用甲醇或汽油等作为燃料时，需要通过重整器进行重整，一般需要10min以上才能产生足够的氢气，比内燃机的起动时间长得多，因此在汽车刚起动时，由蓄电池组来提供电能，同时预热燃料电池。
3.燃料电池汽车的分类 按氢气供给方式，燃料电池汽车分为改质型和非改质型两种。
（1）改质型 其车载液体燃料（甲醇或汽油等），需利用车载改质装置制造氢气，再供给燃料电池。优点是可使用多种燃料，缺点是结构复杂，体积庞大。
（2）非改质型 由车载氢气直接供应燃料电池。车辆构造简单，体积小，质量轻。主要问题是车辆续驶里程短，氢燃料的补给设施费用高。
12.2 燃气汽车
以燃气为燃料的汽车称为燃气汽车。目前常用的燃气汽车有压缩天然气汽车（CNGV）和液化石油气汽车（LPGV），它们分别以压缩天然气和液化石油气为燃料。
12.2.1 CNGV和LPGV的特点
1.LNGV和LPGV的优点
（1）有害气体排放低 天然气和液化石油气在常温下为气态，容易与空气混合形成均匀的可燃混合气，燃烧完全，可以大幅度减少CO、HC和微粒的排放。另外，天然气和液化石油气的火焰温度低，因此NO
x的排放量也相应减少。
（2）热效率高 天然气辛烷值高达130，液化石油气的辛烷值也在100左右，因此，燃用天然气或液化石油气可提高发动机的压缩比，从而获得较高的发动机热效率。
（3）冷起动性和低温运转性能良好 在暖机期间无需加浓混合气。
（4）可以燃用稀混合气 其燃烧界限宽，稀燃特性优越，可以减少NO
x的生成和改善燃料经济性。
（5）延长润滑油更换周期 因其不稀释润滑油，可以延长润滑油更换周期和发动机使用寿命。
2.LNGV和LPGV的缺点
（1）储运性能差 因为天然气在常温、常压下是气体，所以体积大，储运性能差。目前广泛采用将天然气压缩到20MPa高压或将石油气压缩到1.6MPa，充入车用气瓶内储运的办法，这些气瓶既增加了汽车自重，又减少了载货空间。
（2）一次充气的续驶里程短。
（3）动力性能下降 CNG（压缩天然气）或LPG（液化石油气）均呈气态进入气缸，使发动机充气系数降低；另外，与汽油或柴油相比，CNG或LPG的理论混合气热值小，因此，燃用CNG或LPG将使发动机功率下降。
12.2.2
CNGV
和LPGV的基本结构与原理
CNGV或LPGV的发动机，多数是在原汽油机或柴油机的基础上改装而成，其总体结构与化油器式汽油机基本相同，只是燃料供给系统有所不同，因此这里只讨论CNG和LPG供给系统。
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图12-12 储液罐
1-液面观察窗 2-液面计 3-气体输出阀 4-液体输出阀 5-燃料加注阀 6-燃料加注口 7-阀门室盖 8-后行李箱
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图12-11 LPG供给系统
1-混合器 2-燃料控制电磁阀 3-储液罐 4-调节器
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（1）储液罐 是一般高压容器。轿车的储液罐安装在后行李箱内（图12－12）。
在燃料加注阀5上设有过量安全装置，当加注燃料至规定液面高度时，安全装置自动关闭，以防止燃料加注过量，为保证安全，规定燃料加注极限为储液罐容量的85%。
液体输出阀4具有自动限流功能，当输出流量超过规定值或压差超过50kPa时，输出阀将会自动关闭。
（2）燃料控制电磁阀（图12－13） 其功用是：当发动机停止工作时自动切断燃料供给，而发动机工作时电磁阀打开，并可根据温度的变化自动实现气体或液体的切换。
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图12-14 调节器
1-主控制阀臂 2-压力平衡膜片 3-主控制阀 4-锁止膜片 5-次级气室膜片 6-起动电磁阀 7-次级气室 8-次级气室控制阀 9-燃料切换阀 10-怠速调整螺钉 11-初级气室 12-水道 13-初级气室膜片 14-U型卡
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图12-13 燃料控制电磁阀
1-水温开关 2-液体输出电磁阀 3-气体输出电磁阀 4-滤清器 5-储液罐
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（3）调节器（图12－14） 其功用是对输送给混合器的燃料进行减压和计量。它主要由初级气室11和次级气室7组成。发动机工作时，来自燃料控制电磁阀的燃料经主控制阀3、初级气室11、次级气室7供给混合器。
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图12-15 初级气室工作原理
1-主控制阀 2-主控制阀臂 3-推杆 4-压力平衡膜片
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图12-16 次级气室工作原理
1-锁止膜片 2-真空气室 3-弹簧 4-次级气室控制阀 5-控制阀臂
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（4）混合器（图12－17） 其功用是使调节器输送来的气态燃料与空气混合，并送往气缸。
怠速空气调节螺钉1与节气门开度调节螺钉配合，用来调节发动机怠速。燃料主量孔调节螺钉4用来调节主供给装置的燃料供给量，一般是在季节或使用环境变化时调节。在调节器内，由于主控制阀和次级气室控制阀的节流减压作用，使次级气室内的燃料压力等于甚至小于大气压力，这样可保证混合器主供给装置的燃料供给量随节气门开度而变化。当节气门开度增大时，发动机进气量增加，同时主喷嘴处的真空度增加，主供给
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图12-17 混合器
1-怠速空气调节螺钉 2-怠速空气量孔 3-主喷嘴 4-燃料主量孔调节螺钉 5-弹簧 6-空燃比调节器膜片 7-加浓阀 8-主腔节气门 9-副腔节气门
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图12-18 CNG供给系统的基本组成
1-车用气瓶 2-连通阀 3-充气阀 4-CNG高压管路 5-输出阀 6-预热阀 7-混合器 8-CNG低压管路 9-计量器 10-调节器 11-滤清器 12-低压表 13-高压表 14-真空软管 15-截止阀
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图12－18所示，CNG储存于容量为50L的车用气瓶1内，压力为20MPa。通过每个气瓶上的连通阀2及高压管路4将各气瓶连通。CNG从**后一个气瓶上的输出阀5流出，经预热器4、截止阀15及滤清器11进入调节器10。在调节器内，CNG的压力下降到大气压力。低压的CNG经计量器9和CNG低压管路8进入混合器7，在混合器中与空气混合后进入气缸。
调节器部分包括高压调节和低压调节，它的作用是：①将气瓶中CNG的压力由20MPa降低至0.1MPa左右；②在发动机停止工作时，自动停止CNG的输出；③当发动机运行工况急剧变化时，能保证向发动机正常供气。
CNG供给系统的调节器及混合器的结构及工作原理与LPG供给系统的调节器及混合器基本相同。
12.3太阳能汽车
太阳能汽车是将太阳能转化为电能的汽车。太阳能是取之不尽、价格低廉、零污染的理想能源，缺点是要依赖天气，且能量转换效率低，造价高。
12.3.1
太阳能汽车的基本组成
它主要由太阳能电池组、自动阳光跟踪系统、驱动系统、控制器等组成。
1.太阳能电池组 它是太阳能汽车的核心，由一定数量的单体电池串联或并联组成电池方阵。
太阳能单体电池由半导体材料制成，当太阳光照射在该半导体材料时，半导体的电子-空穴对被激发，形成“势垒”，也就是p-n结（图12-19）。
由于势垒的存在，在p型层产生的电子向n型层移动而带正电，而在n型层产生的空穴向p型层移动而带负电，于是在半导体元件的两端产生p型层为正的电压，即形成了太阳能电池。
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图12-20 太阳能电池和太阳能电池板
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图12-19 太阳能电池的工作原理
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3.驱动系统 太阳能汽车采用的驱动电动机主要有交流异步电动机、永磁电动机、直流电动机，其驱动系统与EV基本相同（参见12.1.3）。
4. 控制器主要实现对太阳能电磁组进行管理和对电动机的控制，其作用与EV控制系统相同（参见12.1.3）。
12.3.2
太阳能汽车的工作原理
太阳能汽车由太阳能电池板在向日自动跟踪器的控制下始终正对太阳，接受太阳光，并转换成电能，向电动机供电，再由电动机驱动汽车行驶，它实际上是一种电动汽车，其工作原理与串联式混合动力汽车(SHEV)基本相同。
由于太阳能电池的能量较小，而且受天气的影响，在阴天、下雨时，太阳能电池的转换效率降低或停止，所以太阳能汽车往往与蓄电池组共同组成太阳能混合动力电动汽车。当太阳强烈，转换为电能充足时，由太阳能电池板将太阳能转换为电能后，通过充电器向动力电池组充电，也可以由太阳能电池板直接提供电能，通过电流变换器将电流输送到驱动电动机，驱动汽车行驶，其驱动模式相当于串联式混合动力电动汽车（SHEV）。一般采用智能控制系统来控制其运行。当太阳较弱或阴天，则靠蓄电池组对外供电。
12.4 直接喷射式汽油机
汽油机缸内直接喷射（Gasoline Direct Injection，简称GDI）技术的出现使发动机技术进入了一个崭新的时代，它可能在21世纪取代传统的汽油机缸外喷射，成为理想的燃烧方式。
12.4.1
GDI
发动机的结构特点
GDI发动机也是电控汽油喷射发动机的一种，普通的电控汽油喷射发动机是把汽油喷射到进气管或进气支管内，而GDI发动机是把汽油直接喷射到气缸内（图12－21）。
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图12-21 GDI发动机
1-直立式进气管道 2-排气凸轮轴 3-摇臂 4-气门弹簧 5-排气管道 6-排气门 7-弯曲顶面活塞 8-火花塞 9-高压旋流喷油器 10-进气门 11-进气凸轮轴 12-高压汽油泵
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1. 直立的进气管道 传统发动机的进气管道一般采用水平布置，而GDI发动机采用直立式的进气管道，进气阻力更小，提高了充气效率，与普通发动机相比功率和扭矩提高10%左右。有的GDI发动机还采用带涡流阀（SCV）的螺旋进气管道，利用进气涡流使火花塞附近的混合气浓度高于其它部分的混合气浓度，形成分层可燃混合气（浓度梯度），实现分层燃烧，降低了**高燃烧温度，减少NO
x的排放量，使发动机的动力性、经济性和排放性能得到提高。
2. 高压汽油泵 普通电控汽油喷射发动机的喷射压力为0.3～0.4MPa，而GDI发动机采用高压汽油泵，其喷射压力可达5MPa。高压喷射提高了雾化质量，微小汽油油滴瞬时蒸发，弥补了因向缸内直接喷射而造成的混合气形成时间短、空间小的缺陷，保证了混合气的质量。
3. 高压旋流喷油器 它被安装在气缸上，直接向气缸喷油，每缸一个旋流喷油器，高压汽油泵输出的高压汽油供给高压旋流喷油器，喷出旋流油雾，可使雾化的汽油在燃烧室内分布更合理，对缩短混合气形成时间更为有利。此外，喷油器的喷射方式可根据燃烧方式调节。
4. 弯曲顶面活塞 GDI发动机采用独特的弯曲顶面活塞，使喷油器喷出的油雾形成纵向涡流，并有较多的油雾停留在火花塞附近，保证在火花塞附近的混合气有较高的浓度，以便将混合气点燃实现分层燃烧。火花塞附近的混合气被点燃后，再利用涡流使火焰迅速传播，即使是很稀的混合气，也能保证火焰的正常传播。
12.4.2
GDI
发动机的工作特点
1. 汽油直接喷射到气缸内，汽油喷射的位置、时刻、数量可控。使GDI发动机在点火的瞬时，火花塞电极周围局部区域的混合气较浓（空燃比为12～13.5），便于发动机起动和着火燃烧。大部分区域的混合气较稀，而且在浓稀之间，有从浓到稀的各种空燃比的混合气，使燃烧室中混合气浓度有组织形成各种层次，有利于涡流使火焰迅速传播，这样极稀的混合气也能被火焰传播而稳定燃烧，从而实现稀薄燃烧和分层燃烧。
2. 能根据发动机不同的工况下，采用不同的燃烧方式：
（1）超稀混合气燃烧方式 小负荷工况采用超稀混合气燃烧方式。在压缩行程后期将汽油喷入气缸，并利用弯曲顶面活塞形成的挤压涡流，在火花塞附近形成较浓的混合气层，但在整个气缸内的混合气为超稀混合气，空燃比为25～40。
（2）稀混合气燃烧方式 中等负荷工况采用稀混合气燃烧方式。在进气行程将汽油喷入气缸，整个气缸内的混合气为稀混合气，空燃比为20～25。
（3）浓混合气燃烧方式 大负荷工况采用浓混合气燃烧方式。在进气行程喷入气缸，并利用压缩行程产生的挤气涡流形成均匀的混合气，但整个气缸内的混合气为浓混合气，空燃比约为12.5，比理论混合气（空燃比为14.7）稍浓。
综上所述，由于GDI发动机采取了稀薄燃烧和分层燃烧等技术，使发动机的燃料经济性和排放性能大幅度提高，一般油耗可降低35%～40%，CO和HC的排放量减少30%左右，NO
x的排放量减少95%左右。由于GDI发动机充气效率提高，使发动机动力性提高10%左右。GDI发动机的点火系统采用微机控制，利用爆燃传感器进行闭环控制，能有效地消除爆燃现象。GDI发动机的不足之处，由于采用稀薄燃烧，使得传统的三元催化转换器的转换效率大大降低，甚至不能发挥
作用，必须使用专门研制的催化转换器。
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本章小结
1.电动汽车是依靠电能驱动的车辆，它具有零排放的极大优点。按其使用的动力源可分为三类：蓄电池电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车。
2.蓄电池电动汽车主要由电池组、控制系统和驱动系统等组成，其中控制系统与使用的驱动电机的形式有关。电池组输出的直流电经逆变器变为交流电后供入交流电动机，电动机输出的转矩经传动系统驱动车轮。
3.混合动力电动汽车是将电力驱动与辅助动力驱动结合起来，充分发挥二者各自的优势及二者相结合产生的优势的车辆，混合动力电动汽车按其能量耦合方式的不同可分为：串联、并联和混联三种方式。
4.燃料电池汽车是应用燃料电池作为动力的电动汽车，按氢气供给方式，燃料电池汽车分为两种：非改质型、改质型。燃料电池产生的直流电经过控制器变为交流电后供入驱动电动机，驱动电动机输出的转矩经传动系统驱动车轮。
5.以压缩天然气和液化石油气为燃料的汽车，称为压缩天然气汽车（CNGV）和液化石油气汽车（LPGV），它们是一种低污染汽车。其基本结构除燃料供给系统与化油器式汽油机的汽车有所区别，其余基本相同。CNG和LPG供给系统主要有储液（气）罐、调节器、混合器等组成。
6.太阳能汽车是将太阳能转化为电能的汽车，由太阳能电池组成供电系统，向电动机供电，电动机驱动汽车行驶。太阳能汽车由太阳能电池、蓄电池组、电动机、控制器和自动阳光跟踪系统等。太阳能汽车一般与蓄电池共同组成太阳能混合动力电动汽车。
7.GDI发动机是把汽油直接喷射到气缸内。与普通的电控汽油喷射发动机相比，其结构的主要特点是：①采用直立的进气管道，②采用高压汽油泵，③采用高压旋流喷油器，④采用弯曲顶面活塞。它实现了混合气的稀薄燃烧和分层燃烧。
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【复习思考题】
1.名词解释：EV、HEV、FCEV、CNGV、LPGV、燃料电池、太阳能电池、太阳能汽车、直喷式汽油机、稀薄燃烧。
2.为什么要发展电动汽车？目前内燃机汽车存在那些不可克服的缺陷？
3.试述蓄电池电动汽车的基本组成及工作原理。
4.试述混和动力电动汽车的工作原理。
5.试述燃料电池的基本结构与工作原理。
6.试述燃料电池汽车的分类、基本结构与工作原理。
7.你对电动汽车的发展前景如何认识？
8.试述CNGV、LPGV优缺点，对发展燃气汽车如何认识？
9.试述CNG、LPG供给系统的基本组成。
10.试述太阳能汽车的基本结构与工作原理。
11.试述汽油直喷式汽油机的结构特点和工作特点。
【补充阅读材料】
世界FCEV的发展现状
l 1987年，美国在大客车上实验采用磷酸燃料电池（PAFC）
l 1991年，美国采用甲醇为燃料的质子交换膜燃料电池（PENFC）
l 1992年，美国能源政策法（EPACT）强调要开发燃料电池电动汽车（FCEV）
l 1993年，戴姆勒-奔驰汽车公司推出了NecarⅠ～Necar Ⅳ等系列FCEV
l 2000年3月，美国通用汽车公司推出了燃料电池的欧宝面包车
l 2000年，戴姆勒-克莱斯勒汽车公司又推出了Necar V系列FCEV
l 2000年，宝马汽车公司与德尔福公司合作开发车用固体氧化物燃料电池（IFC），并配置7种系列轿车
l 2000年，加拿大Ballard燃料电池公司**新燃料电池Mark900型面市
l 2000年，日本本田汽车公司新开发的FCX-V3型4座燃料电池电动汽车
l 通用汽车公司宣布在2004年生产燃料电池的商品车
发表于 @ 2008年06月05日 10:51:00 |点击数（）
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