教學目標與要求理解電動汽車的特點、分類、基本結構與工作原理理解燃氣汽車的特點、分類、基本結構與工作原理理解太陽能汽車的特點、工作原理與基本結構理解直接噴射式汽油機的特點、工作原理與基本結構111.1電動汽車

11.1.1電動汽車的特點

1.電動汽車能廣泛地利用各種能源

2.能量的利用率高，節(jié)約能源3.電動汽車是零排放汽車

4.結構簡單和維修使用方便

211.1.2電動汽車的類型根據(jù)所使用的基本動力能源不同，電動汽車大致可分為三類：蓄電池電動汽車ElectricVehicle（EV）、混合動力電動汽車HybridElectricVehicle（HEV）、燃料電池汽車FuelCellElectricVehicle（FCEV）。

3蓄電池電動汽車（EV）

蓄電池電動汽車是指利用蓄電池作為動力、在市區(qū)街道或城間公路上行駛的用電動機驅動的汽車，不包括無軌電車及在車站、碼頭或廠內使用的電動叉車和普通的電瓶車。

4混合動力電動汽車（HEV）

混合動力電動汽車是將電力驅動與輔助動力驅動結合起來，充分發(fā)揮二者各自的優(yōu)勢及二者相結合產生的優(yōu)勢的車輛。輔助動力可以采用燃燒某種燃料的原動機或動力發(fā)電機組。

5燃料電池電動汽車（FCEV）

采用燃料電池作為電源的電動汽車稱為燃料電池電動汽車。611.1.3蓄電池電動汽車的基本結構與工作原理

1.EV的基本結構

蓄電池電動汽車的結構方框圖如圖所示。與普通燃油汽車相比較，蓄電池電動汽車主要由電池組、控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)及安全保護系統(tǒng)等組成。

7電池組

電池組是蓄電池電動汽車的能源，電池性能的優(yōu)劣直接影響蓄電池電動汽車的行駛性能。目前在EV上，一般以各種不同的蓄電池組成動力電池組，用周期性的充電來補充電能。動力電池組是EV的關鍵裝備，它儲存的電能、質量和體積，對EV的性能起決定性影響，是目前制約EV發(fā)展的瓶頸。8電池組9電池組目前電動汽車廣泛應用的電池有：1、鉛酸蓄電池2、鎳-氫蓄電池3、鎳-鎘蓄電池10電池組的結構電池組若干單體電池組成，每個單體電池都是由正極板、負極板、裝在正極板和負極板之間的隔板、電解質和正負接線柱組成

11控制系統(tǒng)EV的控制系統(tǒng)主要是對于動力電池組的管理和對電動機的控制。

圖示是交流異步電動機的控制系統(tǒng)。

12驅動系統(tǒng)

EV的驅動系統(tǒng)有集中驅動系統(tǒng)和輪轂驅動系統(tǒng)兩大驅動系統(tǒng)。13集中驅動系統(tǒng)

由兩個永磁電動機組成的雙電動機驅動系統(tǒng)左半軸左驅動電動機電控差速器右驅動電動機右半軸14輪轂驅動系統(tǒng)

1—輪胎2—永久磁鐵3—制動盤4—襯套5—輪軸6—電動機線圈繞組15安全保護系統(tǒng)

EV的動力電池組具有96～312V的高壓直流電，人身觸電時會造成致命的危險。因此必須設置安全保護系統(tǒng)，確保人員安全。另外在撞車、翻車或線路發(fā)生短路時，應有應急處理裝置，因此EV必須配備電氣裝置的故障自檢系統(tǒng)和故障報警系統(tǒng)，在電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時自動控制EV不能起動等，及時防止故障的發(fā)生。

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2.EV的工作原理電動汽車的工作狀態(tài)經各種傳感器檢測后轉化為電信號，并把這些電信號送入中央控制器，經中央控制器處理后發(fā)出驅動信號，控制逆變器的工作狀態(tài)，從而達到對電動汽車工況的控制。1711.1.4混合動力電動汽車的基本結構與工作原理

在電動汽車的能源系統(tǒng)中，目前還沒有一種能源能夠使電動汽車的性能完全與燃油汽車相匹敵，其主要原因在于這些能源系統(tǒng)不能提供足夠高的比能量和比功率。為了解決這個問題，人們在電動汽車上加入輔助動力單元。這就構成了目前所說的混合動力電動汽車。

18HEV的基本結構

混和動力電動汽車是在蓄電池電動汽車的基礎上加入輔助動力單元組成，其基本結構包括電池組、輔助動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)及安全保護系統(tǒng)。電池組、控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)及安全保護系統(tǒng)基本與蓄電池電動汽車相同。輔助動力系統(tǒng)實際上是一個動力發(fā)電機組或某種原動機。原動機可以是內燃機、燃氣輪機等熱機。

19混和動力電動汽車的分類

串聯(lián)式混合動力汽車SeriesHybridElectricVehicle（SHEV）

并聯(lián)式混合動力汽車ParallelHybridElectricVehicle（PHEV）

混聯(lián)式（串、并聯(lián)式）混合動力汽車SplitHybridElectricVehicle（PSHEV）

20串聯(lián)式混合動力汽車的結構與原理21

并聯(lián)式混合動力汽車的特點

并聯(lián)式混和動力汽車的結構簡圖1-發(fā)動機2-電動/發(fā)電機3-機械傳動系統(tǒng)4-驅動電動機5-逆變器6-蓄電池組

22混聯(lián)式混合動力汽車的特點

混聯(lián)式混和動力汽車的結構簡圖1-發(fā)動機2-電動/發(fā)電機3-變速器或減速器4-驅動橋5-逆變器6-驅動電動機7-蓄電池組

2311.1.5燃料電池電動汽車的基本結構與工作原理1.燃料電池電動汽車的基本組成

2.燃料電池電動汽車的工作原理

3.燃料電池汽車的分類

241.燃料電池電動汽車的基本組成(1)燃料電池組（2）燃料電池控制系統(tǒng)

（3）驅動系統(tǒng)

（4）輔助動力系統(tǒng)25燃料電池組燃料電池（Fuelcell）是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能通過電極反應直接轉化為電能的發(fā)電裝置。它平時將燃料（如氫氣、甲醇等）和氧化劑（如氧氣）分別作為電池兩極的活性物質保存在電池的本體之外，當使用時連續(xù)通入電池體內，使電池發(fā)電。

26（1）燃料電池的基本結構

燃料電池的基本結構

a）燃料電池本體結構b）燃料電池組

27（2）燃料電池的工作原理

多孔質燃料夾層氫電極負載氧電極多孔質空氣夾層28質子交換膜燃料電池工作示意圖292.燃料電池電動汽車的工作原理（1）在電動汽車開始行駛時，蓄電池組為驅動系統(tǒng)提供能量，并對燃料電池進行預熱，燃料電池動力系統(tǒng)不需要工作（2）當氫氣供給足夠時，燃料電池動力系統(tǒng)起動，由燃料電池動力系統(tǒng)為驅動系統(tǒng)提供能量

30（3）當車輛能量需求較大時，燃料電池動力系統(tǒng)與蓄電池組同時為驅動系統(tǒng)提供能量（4）當車輛能量需求較小時，燃料電池動力系統(tǒng)為驅動系統(tǒng)提供能量的同時，還給蓄電池組進行充電。

313.燃料電池汽車的分類按氫氣供給方式，燃料電池汽車分為改質型和非改質型兩種。（1）改質型其車載液體燃料（甲醇或汽油等），需利用車載改質裝置制造氫氣，再供給燃料電池。優(yōu)點是可使用多種燃料，缺點是結構復雜，體積龐大。（2）非改質型由車載氫氣直接供應燃料電池。車輛構造簡單，體積小，質量輕。主要問題是車輛續(xù)駛里程短，氫燃料的補給設施費用高。32寶馬745h燃料電池轎車33我國電動汽車的研發(fā)狀況在電動汽車的研究開發(fā)和產業(yè)化與國外處于相近的起跑線。同濟大學研制的燃料電池轎車“超越二號”最高時速達118公里，續(xù)駛里程為168公里。超越一號、二號34清華大學燃料電池城市客車35合資生產豐田公司在2004年9月與一汽簽署合作協(xié)議，2005年在長春開始生產其技術已經非常成熟的、世界上銷量最好的混合動力轎車Prius（先驅）。362004年10月30日，上汽集團和通用汽車聯(lián)合宣布，雙方于05年開始，進行為期兩年的燃料電池車示范運行項目。其技術平臺與通用汽車于2002年推出的“氫動三號”相同，代表了當今最先進的燃料電池研發(fā)水平。37政策推動2009年2月5日，財政部和科技部聯(lián)合出臺了《節(jié)能與新能源汽車示范推廣財政補助資金管理暫行辦法》,明確未來三年在我國13個城市開展節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點工作后，對混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車，每輛車補貼5-60萬元。3811.2燃氣汽車

以燃氣為燃料的汽車稱為燃氣汽車。目前常用的燃氣汽車有壓縮天然氣汽車（CNGV）和液化石油氣汽車（LPGV），它們分別以壓縮天然氣和液化石油氣為燃料。3911.2.1CNGV和LPGV的特點1、CNGV和LPGV的主要優(yōu)點：

（1）有害氣體排放低

（2）熱效率高

（3）冷起動性和低溫運轉性能良好

（4）可以燃用稀混合氣（5）延長潤滑油更換周期2、LNGV和LPGV的缺點是：（1）儲運性能差（2）一次充氣的續(xù)駛里程短。（3）動力性能下降4011.2.2CNGV和LPGV的基本結構與原理CNGV或LPGV的發(fā)動機，多數(shù)是在原汽油機或柴油機的基礎上改裝而成，其總體結構與化油器式汽油機基本相同，只是燃料供給系統(tǒng)有所不同。

41燃氣汽車42

1.LPG供給系統(tǒng)混合器燃料控制電磁閥儲液罐調節(jié)器43儲液罐

液面觀察窗液面計氣體輸出閥液體輸出閥燃料加注閥燃料加注口閥門室蓋44燃料控制電磁閥

燃料控制電磁閥的功用是：當發(fā)動機停止工作時自動切斷燃料供給，而發(fā)動機工作時電磁閥打開，并可根據(jù)溫度的變化自動實現(xiàn)氣體或液體的切換。

水溫開關電磁閥濾清器儲液罐45調節(jié)器調節(jié)器的功用是對輸送給混合器的燃料進行減壓和計量。其結構主要由初級氣室和次級氣室組成。發(fā)動機工作時，來自燃料控制電磁閥的燃料經主控制閥、初級氣室、次級氣室供給混合器。

主控制閥臂壓力平衡膜片鎖止膜片起動電磁閥次級氣室控制閥燃料切換閥怠速調整螺釘水道初級氣室膜片U型卡次級氣室膜片主控制閥46初級氣室工作原理由儲液罐經燃料控制電磁閥輸送來的燃料經主控制閥1減壓氣化后進入初級氣室，當初級氣室內的壓力達到一定值時，壓力平衡膜片4被推向右移，并帶動推桿3、主控制閥臂2使主控制閥1關閉；而初級氣室內壓力下降時，平衡膜片向左移動，主控制閥打開，使燃料繼續(xù)進入初級氣室。

主控制閥

主控制閥臂

推桿

壓力平衡膜片

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次級氣室工作原理由初級氣室來的燃料經次級氣室控制閥4進入次級氣室，控制閥4的開閉受鎖止膜片1控制。鎖止膜片1的左側與進氣管相通，當發(fā)動機停止工作時，鎖止膜片1在其彈簧3作用下移到右側極限位置，并通過控制閥臂5使次級氣室控制閥4完全關閉；發(fā)動機工作時，進氣管真空度將鎖止膜片1吸向左移，使控制閥4打開，燃料進入次級氣室并輸送至混合器。

鎖止膜片

真空氣室

彈簧

次級氣室控制閥

控制閥臂

48混合器

混合器的功用是：使調節(jié)器輸送來的氣態(tài)燃料與空氣混合，并送往氣缸。怠速空氣調節(jié)螺釘?shù)∷倏諝饬靠兹剂现髁靠渍{節(jié)螺釘彈簧空燃比調節(jié)器膜片加濃閥主腔節(jié)氣門副腔節(jié)氣門主噴嘴492.CNG供給系統(tǒng)

CNG燃料供給系統(tǒng)與LPG燃料系統(tǒng)相近。只是系統(tǒng)的壓力較高，可達20MPa，因此對儲氣罐及管路閥門等的要求很高。系統(tǒng)高壓檢測壓力要達到25～30MPa，所以調壓器部分相對復雜，分高壓調節(jié)器和低壓調節(jié)器。高壓調節(jié)器使CNG壓力降到0.25MPa左右，低壓調壓器再使氣體壓力調整到0.097～0.098MPa。其余部分與LPG燃料供給系統(tǒng)相同。

50CNG供給系統(tǒng)的基本組成車用氣瓶連通閥充氣閥CNG高壓管路輸出閥預熱閥混合器濾清器低壓表高壓表真空軟管截止閥調節(jié)器計量器CNG低壓管路5111.3太陽能汽車

利用太陽能產生動力的方法不外乎兩種：一種是將太陽的輻射能轉變?yōu)闊崮?，然后將熱能轉變?yōu)闄C械能；另一種方法是利用太陽能電池直接將太陽的輻射能轉變?yōu)殡娔?。目前，已經制造出來的太陽能汽車就是利用后一種方法。太陽能汽車是由太陽能電池組成供電系統(tǒng)，向電動機供電，電動機驅動汽車行駛。它實際上是一種電動汽車。

52國際太陽能汽車賽53太陽能汽車5411.3.1太陽能汽車的基本組成

1.太陽能電池組：它是太陽能汽車的核心，由一定數(shù)量的單體電池串聯(lián)或并聯(lián)組成電池方陣。2.向日自動跟蹤器：向日跟蹤器的作用就是保持太陽電池板正對著太陽，最大限度提高太陽電池板接受太陽輻射能的能力。

3.驅動系統(tǒng)：太陽能汽車采用的驅動電動機主要有交流異步電動機、永磁電動機、直流電動機，其驅動系統(tǒng)與EV基本相同

4.控制器：主要實現(xiàn)對太陽能電磁組進行管理和對電動機的控制，其作用與EV控制系統(tǒng)相同55太陽能電池的工作原理

太陽光照射在用半導體材料制成的太陽電池上，半導體的電子-空穴對被激發(fā)，形成p-n結，在p型層產生的電子向n型層移動，而在n型層產生的空穴向p型層移動。即形成了太陽能電池。

56a）太陽能電池的結構b）太陽能電池板太陽能電池的結構和太陽能電池板5711.3.2太陽能汽車的工作原理太陽能汽車由太陽能電池板在向日自動跟蹤器的控制下始終正對太陽，接受太陽光，并轉換成電能，向電動機供電，再由電動機驅動汽車行駛，它實際上是一種電動汽車，其工作原理與串聯(lián)式混合動力汽車(SHEV)基本相同。

58由于太陽能電池的能量較小，而且受天氣的影響，在陰天、下雨時，太陽能電池的轉換效率降低或停止，有些太陽能汽車要與蓄電池共同組成太陽能混合動力電動汽車。太陽能混合動力電動汽車由太陽能電池板將太陽能轉換為電能后，通過充電器向動力電池組充電，也可以由太陽能電池板直接提供電能，這種方式的效率最高，然后通過電流變換器將電流輸送到驅動電動機，帶動驅動系統(tǒng)驅動汽車行駛，其驅動模式相當于串聯(lián)式混合動力電動汽車（SHEV）。

5911.4直接噴射式汽油機

汽油機缸內直接噴射（GasolineDirectInjection，簡稱GDI）技術的出現(xiàn)使發(fā)動機技術進入了一個嶄新的時代，它可能在21世紀取代傳統(tǒng)的汽油機缸外噴射，成為理想的燃燒方式。60奧迪直接噴射式汽油機汽車6111.4.1GDI發(fā)動機的結構特點1-直立式進氣管道2-排氣凸輪軸3-搖臂4-氣門彈簧5-排氣管道6-排氣門7-彎曲頂面活塞8-火花塞9-高壓旋流噴油器10-進氣門11-進氣凸輪軸12-高壓汽油泵621.直立的進氣管道

GDI發(fā)動機采用直立式的進氣管道，進氣阻力更小，提高了充氣效率，與普通發(fā)動機相比功率和扭矩提高10%左右。有的GDI發(fā)動機還采用帶渦流閥（SCV）的螺旋進氣管道，利用進氣渦流使火花塞附近的混合氣濃度高于其它部分的混合氣濃度，形成分層可燃混合氣（濃度梯度），實現(xiàn)分層燃燒，降低了最高燃燒溫度，減少NOx的排放量，使發(fā)動機的動力性、經濟性和排放性能得到提高。

632.高壓汽油泵

普通電控汽油噴射發(fā)動機的噴射壓力為0.3～0.4MPa，而GDI發(fā)動機采用高壓汽油泵，其噴射壓力可達5MPa。高壓噴射提高了霧化質量，微小汽油油滴瞬時蒸發(fā)，彌補了因向缸內直接噴射而造成的混合氣形成時間短、空間小的缺陷，保證了混合氣的質量。

643.高壓旋流噴油器高壓汽油泵輸出的高壓汽油供給高壓旋流噴油器，噴出旋流油霧，可使霧化的汽油在燃燒室內分布更合理，對縮短混合氣形成時間更為有利。此外，噴油器的噴射方式可根據(jù)燃燒方式調節(jié)。

654.彎曲頂面活塞GDI發(fā)動機采用獨特的彎曲頂面活塞，使噴油器噴出的油霧形成縱向渦流，并有較多的油霧停留在火花塞附近，保證在火花塞附近的混合氣有較高的濃度，以便將混合氣點燃實現(xiàn)分層燃燒?；鸹ㄈ浇幕旌蠚獗稽c燃后，再利用渦流使火焰迅速傳播，即使是很稀的混合氣，也能保證火焰的正常傳播。

6611.4.2GDI發(fā)動機的工作特點1.汽油直接噴射到氣缸內，汽油噴射的位置、時刻、數(shù)量可控。使GDI發(fā)動機在點火的瞬時，火花塞電極周圍局部區(qū)域的混合氣較濃（空燃比為12～13.5），便于發(fā)動機起動和著火燃燒。大部分區(qū)域的混合氣較稀，而且在濃稀之間，有從濃到稀的各種空燃比的混合氣，使燃燒室中混合氣濃度有組織形成各種層次，有利于渦流使火焰迅速傳播，這樣極稀的混合氣也能被火焰?zhèn)鞑ザ€(wěn)定燃燒，從而實現(xiàn)稀薄燃燒和分層燃燒。67

2.能根據(jù)發(fā)動機不同的工況下，采用不同的燃燒方式

（1）超稀混合氣燃燒方式

（2）稀混合氣燃燒方式

（3）濃混合氣燃燒方式

68德國寶馬直接噴射發(fā)動機分3次噴射燃料，節(jié)油10%。6911.5代用燃料汽車1．醇燃料特點醇燃料是指甲醇和乙醇等燃料。與汽油相比，醇類燃料由于燃燒充分，有害氣體排放較少，屬于清潔能源。11.5.1醇燃料汽車702.汽車醇燃料供給系結構原理現(xiàn)代原汽油機改用醇燃料時，大部分使用噴油器向進氣道或汽缸內噴入醇燃料；柴油機使用醇燃料時還是用原高壓油泵及噴油器向缸內供給醇燃料。汽車醇燃料供給系的主要部件是油箱、噴油泵、噴油器等.71醇燃料汽車燃油噴油器723．靈活燃料汽車醇燃料根據(jù)發(fā)動機需要，按一定比例混合，或與汽油配成混合燃料，使用這種燃料的汽車就稱靈活燃料汽車（FlexibleFuelVehicle——FFV）7311.5.2氫燃料汽車使用氣態(tài)氫或液態(tài)氫作為燃料的汽車稱為氫燃料汽車。1.使用氣態(tài)氫燃料的汽車（1）缸外混合（2）缸內混合742.使用液態(tài)氫的汽車7511.5.3其它生物燃料1.桉樹油燃料

桉樹油可以用作汽油機的燃料。在二沖程汽油機上摻燒40%以下的桉樹油，其功率及比油耗與原汽油機基本一樣；如果摻燒60%以上的桉樹油，則要加大供油量；全部使用桉樹油時，則低溫起動困難。隨著摻燒桉樹油量的增大，排氣中NOX、HC及CO有所降低，桉樹油的膠質較多，氧化穩(wěn)定性差，對供油系零件及發(fā)動機壽命有一定影響。762.松節(jié)油燃料松節(jié)油的辛烷值較高，十六烷值較低，較適合作汽油機的燃料。摻燒25%(容積比)的松節(jié)油的試驗結果表明，最大功率與用純汽油時相當，比油耗在高負荷時比純汽油時低，其余工況則高于純汽油。排氣中