┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊汽車節(jié)能技術(shù)研究第4頁共27頁1緒論1.1課題背景（1）汽車節(jié)能技術(shù)分析的作用和意義大家知道，汽車工業(yè)的飛速發(fā)展是人類文明的一大驕傲。與此同時(shí)，汽車對能源的消耗和廢氣的排放也日漸成為人類發(fā)展的一大障礙。2002年地球峰會大會的主要目的就是敦促各國在可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域采取實(shí)際行動(dòng)。各國政府在大會上紛紛提出行動(dòng)計(jì)劃、時(shí)間表和伙伴關(guān)系項(xiàng)目，特別是中國總理朱镕基在大會上宣布中國已核準(zhǔn)旨在減緩全球變暖的《京都議定書》，受到與會代表的高度贊揚(yáng)。汽車工業(yè)對可持續(xù)發(fā)展應(yīng)做出的貢獻(xiàn)就是減少燃油的消耗量、降低排放。采用先進(jìn)科學(xué)的節(jié)能措施減少汽車廢氣對大氣的污染、改善人類生態(tài)環(huán)境、節(jié)省石油資源。（2）我國汽車化進(jìn)程對石油消費(fèi)的影響除了汽車保有量增加這個(gè)原因外,造成我國汽車燃油消耗量巨大的另一個(gè)原因是我國的汽車技術(shù)整體比歐美、日本等發(fā)達(dá)國家落后10～20年,歐洲的柴油機(jī)技術(shù)和美國、日本的混合動(dòng)力汽車的研制成功以及可替用燃料的不斷研制，把汽車能耗進(jìn)一步降低，而我國老舊車比例高達(dá)25%,汽車每百公里平均耗油比發(fā)達(dá)國家高20%以上。我國現(xiàn)在行駛的乘用車很多是從國外引進(jìn)的上世紀(jì)80年代的車型,即使是最近幾年生產(chǎn)的汽車,節(jié)油技術(shù)的采用也非常有限。從2004年銷售量排名前15名車型的節(jié)油技術(shù)應(yīng)用情況可以看出,節(jié)油技術(shù)的應(yīng)用只集中在一部分中高檔汽車,而應(yīng)用得較多的技術(shù)是“電控燃料噴射技術(shù)”的一種,即MPI(多點(diǎn)電噴汽油)技術(shù)。該技術(shù)是和“三元催化技術(shù)”共同誕生的技術(shù),是一種極其普通的技術(shù)。而我國應(yīng)用像“可變氣門正時(shí)和升程技術(shù)”這樣新技術(shù)的車型只有“廣州本田”的“雅閣”和“飛度”,以及“上海大眾”的“帕薩特”等少量車型。同時(shí),由于很多節(jié)油技術(shù)的采用要求成品油具有較高的質(zhì)量,例如,具有代表性的節(jié)油技術(shù)——直噴技術(shù)、稀薄燃燒技術(shù)、透平增壓技術(shù)、共軌噴射技術(shù)、尾氣再循環(huán)技術(shù)等都需要燃油中的硫含量和多環(huán)芳烴含有量保持較低水平,但是我國目前的油品質(zhì)量沒有達(dá)到這些要求,譬如硫含量還相當(dāng)高,所以也造成了很多節(jié)油技術(shù)無法采用。隨著當(dāng)前我國國民經(jīng)濟(jì)和汽車工的快速發(fā)展,以及由此帶來的能源消耗和環(huán)境問題的日益突出,交通節(jié)能減排工作的重要性不斷增加，而汽車節(jié)能減排則又是其中的重要組成部分,重要性不言而喻。考慮到當(dāng)前我國的汽車節(jié)能技術(shù)發(fā)展的實(shí)際狀況,除了要積極推進(jìn)以混合動(dòng)力、燃料電池、柴油、醇類汽車等為代表的新能源汽車技術(shù)的不斷發(fā)展外,另一個(gè)推進(jìn)汽車節(jié)能減排工作的措施就是大力研究開發(fā)適合我國現(xiàn)階段汽車行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀以及適合大量在用汽車的高性能汽車節(jié)能產(chǎn)品。1.2本文研究內(nèi)容目前，節(jié)能技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)、制造以及使用方面已得到了廣泛的應(yīng)用，并朝著多元化的趨勢發(fā)展。因此針對這個(gè)發(fā)展的趨勢，本文重點(diǎn)從兩方面入手進(jìn)行研究：發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)、整車節(jié)能技術(shù)。從技術(shù)層面尋求降低汽車油耗的的方法，達(dá)到節(jié)約能源的目的。增大燃燒率，例如，把直徑為3mm的油滴霧化成直徑為30μm的細(xì)油滴1百萬顆，由于質(zhì)量燃燒率大致反比于油滴直徑平方值，則燃燒率可增加1萬倍。因此，燃油的霧化質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性。利用螺旋進(jìn)氣道、切向進(jìn)氣道產(chǎn)生繞氣缸中心線的進(jìn)氣渦流，或組織繞其旋轉(zhuǎn)軸線平行于曲軸的翻滾氣流，或通過活塞頂?shù)娜紵倚螤罱M織擠流，可以加快燃燒室內(nèi)氣流速度。改進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)，包括提高點(diǎn)火能量，優(yōu)化點(diǎn)火位置，增加點(diǎn)火持續(xù)時(shí)間，以及提高點(diǎn)火區(qū)域的溫度等，可以促使發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的完全燃燒，提高燃油的經(jīng)濟(jì)性。（2）分層燃燒技術(shù)在燃燒時(shí)的火焰中心，即火花塞附件的可燃混合氣濃度，對著火有直接的影響，在A/F為12—13.5偏濃的范圍內(nèi)，最適宜點(diǎn)火，即著火性最好。但是一旦已經(jīng)形成火焰，則由于其高溫和渦流的作用，燃燒室中其余區(qū)域的混合氣即使很稀，也能點(diǎn)燃、傳播火焰并繼續(xù)燃燒。所以在火花塞附件的混合氣濃一點(diǎn)，其余的混合氣稀一點(diǎn)，這就是分層燃燒原理。相對而言，濃度基本不變的，則叫均質(zhì)燃燒。通過分層燃燒，可以大幅度提高A/F值，大多數(shù)稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)都采用分層燃燒方式。實(shí)際上，一般在中小負(fù)荷工況時(shí)采用分層燃燒，在大負(fù)荷采用弱分層燃燒。所謂弱分層是指混合氣濃度差值較小，這樣有助于防止燃燒時(shí)產(chǎn)生黑煙和熄火的傾向。分層燃燒的稀燃特點(diǎn)，主要有單室式和雙室式：1）單室式單室式主要利用噴油噴油嘴所形成的旋轉(zhuǎn)氣流，火花塞、噴油器與燃燒室的匹配，以及供油方式和熱量處理等各種方式進(jìn)行分層燃燒，如圖2.1。噴油嘴在火花塞9附近造成較濃的混合氣。并且由箭頭6方向的氣流擾動(dòng)，產(chǎn)生較好的效果。該裝置的A/F值可達(dá)100。雙室式如圖2.2浙江大學(xué)在195柴油機(jī)上作的實(shí)驗(yàn)，采用雙室式的分層燃燒，其空然比可達(dá)到A/F=37。圖2.1德士古—TCP系統(tǒng)的順氣噴射方案1.噴霧2.可燃混合氣3.焰面4.燃燒氣體5.帶導(dǎo)氣屏的進(jìn)氣閥6.空氣流7.排氣閥8.噴油器9.火花塞圖2.2195柴油機(jī)的分層燃燒1.活塞2.氣門3.進(jìn)氣管4.副通管5.主通道6.主室7.副室8.噴嘴9.火花塞（3）稀薄燃燒控制稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，其實(shí)只在部分負(fù)荷工況范圍實(shí)行稀薄燃燒，而在起動(dòng)、怠速、加速和全負(fù)荷下都不采用稀薄燃燒。所以，各種有關(guān)的參數(shù)必須根據(jù)工況進(jìn)行控制。涉及稀薄燃燒的控制參數(shù)有：進(jìn)氣渦流比、噴油正時(shí)、點(diǎn)火正時(shí)和過量空氣系數(shù)。1）進(jìn)氣渦流比控制不論采用非均質(zhì)混合氣還是均質(zhì)混合氣，稀薄燃燒汽油機(jī)都要組織適當(dāng)?shù)母變?nèi)空氣運(yùn)動(dòng)，以促使油束霧化和加速燃燒。稀薄燃燒汽油機(jī)普遍采用多氣門技術(shù)。分層充氣和缸內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)的電子控制往往和多氣門技術(shù)聯(lián)系在一起。缸內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)主要有翻滾氣流如圖2.3和進(jìn)氣渦流如圖2.4。不同的氣門形成可以組織不同的進(jìn)氣渦流。2）噴油正時(shí)控制噴油正時(shí)對稀薄燃燒的燃燒率和燃燒穩(wěn)定性有一定的影響。在形成分層充氣的場合，這主要是因?yàn)閲娪驼龝r(shí)影響充氣分層狀況。以AVL四氣門HCFB系統(tǒng)為例，進(jìn)氣沖程中，相對推遲噴油可提高燃燒穩(wěn)定性。噴油過早會使?jié)饣旌蠚饧性谌紵业牡撞浚紵翼敳炕鸹ㄈ車鷧s是稀混合氣，稱為“負(fù)充量分層”，導(dǎo)致燃燒延緩，燃燒穩(wěn)定性惡化，而對應(yīng)于最佳燃燒穩(wěn)定性的噴油正時(shí)往往會造成NOX排放過高。圖2.3旋轉(zhuǎn)軸線平行于曲軸中心線的翻滾1.火花塞2.噴油器3..混合氣4.空氣5.混合氣和空氣的分層圖2.4分差螺旋進(jìn)氣道產(chǎn)生的進(jìn)氣渦流3）點(diǎn)火正時(shí)控制混合氣變稀，則著火落后期和速燃期都加長，實(shí)現(xiàn)最佳轉(zhuǎn)矩的最小點(diǎn)火提前（MBT）將增大。隨著缸內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)的增強(qiáng)，MBT明顯減小、燃燒速率將變得對點(diǎn)火正時(shí)十分敏感。所以，稀薄燃燒的點(diǎn)火提前角必須重新進(jìn)行調(diào)整。點(diǎn)火正時(shí)還要考慮過量空氣系數(shù)λ，空氣運(yùn)動(dòng)情況和噴油正時(shí)等因素。總的來說，隨著λ的增大，點(diǎn)火提前角應(yīng)增大。4）λ閉環(huán)控制稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的過量空氣系數(shù)λ超出常規(guī)，λ的大小影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和排放，給發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程帶來困難，圍繞著稀薄燃燒所采取的各項(xiàng)措施，如組織進(jìn)氣渦流、調(diào)整噴油正時(shí)和點(diǎn)火正時(shí)等，都與λ的大小有關(guān)，所以要進(jìn)行λ閉環(huán)控制。稀薄燃燒λ閉環(huán)控制目標(biāo)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速確定，可以用λ特性場表示。不同的稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)因其組織缸內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)的方式不同、燃燒室結(jié)構(gòu)不同、氣門和火花塞位置不同等原因，其λ特性場或A/F特性場會有較大差別。5）燃燒極限控制混合氣濃度接近稀燃極限時(shí)，燃燒開始不穩(wěn)定，平均指示壓力的波動(dòng)明顯增大。這種濃度表現(xiàn)在：一是同一工作循環(huán)內(nèi)缸與缸之間的平均指示壓力波動(dòng)增大；二是在同一個(gè)缸內(nèi)不同工作循環(huán)之間的平均指示壓力波動(dòng)也增大。假定循環(huán)與循環(huán)之間的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)多大，便可知該缸混合氣已超稀燃極限，此時(shí)必須增加噴油量，使混合氣加濃，以免發(fā)生缺火；如果轉(zhuǎn)矩波動(dòng)過小，則表明混合氣濃度離開稀燃極限尚遠(yuǎn)，應(yīng)該減少噴油量，使混合氣變稀，以充分發(fā)揮稀薄燃燒在節(jié)油和降低NOX排放方面的潛力。2.4直噴汽油機(jī)汽油直接噴射（GasolineDirentInjection,縮寫為GDI）就是指直接往氣缸內(nèi)噴射汽油。它同時(shí)也采用稀薄燃燒技術(shù)。GDI可使汽車節(jié)油達(dá)20%左右，因?yàn)樘岣吡烁吖r時(shí)的體積效率，GDI還能使最大轉(zhuǎn)矩提高10%左右，將燃油經(jīng)濟(jì)性提高到接近柴油機(jī)的水平。汽油直接噴射噴油器的構(gòu)造與進(jìn)氣口噴射器相比有一些固有的特點(diǎn)。因?yàn)閲娪推饕惭b在缸蓋里面，且一直伸展到氣缸，在現(xiàn)代四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)中只有很小的空間可供噴油器使用，噴油器下段直徑必須盡可能小，以便給缸蓋冷卻水套留有足夠的空間，所以要將發(fā)針做得細(xì)長。盡管噴油器殼體很細(xì)，卻不得影響最高達(dá)12Mpa的燃油壓力和大的油束角度?？紤]到價(jià)格、批量生產(chǎn)的開始日期和運(yùn)行的可靠性，首選電磁驅(qū)動(dòng)噴油器。2.5電控直噴柴油機(jī)柴油機(jī)由于其功率大，燃油消耗率低，國內(nèi)外大部分中、重型汽車都采用柴油機(jī)作動(dòng)力，輕型車用柴油機(jī)的比重也在穩(wěn)步增長。柴油機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)與汽油機(jī)截然不同，通常把燃油噴射系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件——油泵油嘴比喻為柴油機(jī)的心臟，長期以來柴油機(jī)都是采用機(jī)械控制系統(tǒng)來控制噴油泵的供油量和噴油正時(shí)。機(jī)械控制系統(tǒng)中的機(jī)械調(diào)速器和機(jī)械噴油提前器控制精度低，反應(yīng)不靈敏，無法滿足柴油機(jī)進(jìn)一步改善性能的要求。隨著石油危機(jī)和日益嚴(yán)格的排放法規(guī)的推動(dòng)，柴油機(jī)電控技術(shù)也日益發(fā)展和成熟起來。直噴柴油機(jī)是最節(jié)能的內(nèi)燃機(jī)，在轎車上使用較晚，原因是轉(zhuǎn)速范圍較窄，NOX和PM微粒的排放以及振動(dòng)和噪聲等問題。直到20世紀(jì)90年代這些問題逐漸得到解決，才開始大量應(yīng)用于轎車。此外，直噴柴油機(jī)對柴油的要求較高，特別是對硫含量有嚴(yán)格的要求。直噴柴油機(jī)電控系統(tǒng)的特點(diǎn)、原理和分類柴油機(jī)電控技術(shù)與汽油機(jī)電控技術(shù)有許多相似之處，整個(gè)系統(tǒng)都是由傳感器、電控單元和執(zhí)行器三個(gè)部分組成。電控柴油機(jī)上所用的傳感器，如轉(zhuǎn)速、壓力、溫度等傳感器以及加速踏板傳感器，與汽油機(jī)電控系統(tǒng)都是一樣的。電控單元在硬件方面也很相似，在整車管理系統(tǒng)的軟件方面也有近似處。電控柴油噴射系統(tǒng)主要控制噴油量和噴油正時(shí)。柴油機(jī)燃油噴射具有高壓、高頻、脈動(dòng)等特點(diǎn)，其噴射壓力高達(dá)60—150Mpa甚至超過200Mpa，為汽油噴射的幾百倍，上千倍。對燃油高壓噴射系統(tǒng)實(shí)施噴油量的電子控制比較困難，柴油噴射對噴射正時(shí)的精度要求高，相對于上止點(diǎn)的角度位置遠(yuǎn)比汽油機(jī)要求準(zhǔn)確，導(dǎo)致柴油噴射的電控執(zhí)行器更復(fù)雜，因此柴油機(jī)電控技術(shù)的關(guān)鍵和難點(diǎn)就是柴油噴射電控執(zhí)行器。柴油機(jī)在機(jī)械控制時(shí)代，就已經(jīng)有直列泵、分配泵、泵噴嘴、單缸泵等結(jié)構(gòu)不同的系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)各有其特點(diǎn)和適用范圍，每種系統(tǒng)中又有多種不同結(jié)構(gòu)。實(shí)施電控技術(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，也形成了柴油噴射系統(tǒng)的多樣化。電控柴油噴射系統(tǒng)根據(jù)其產(chǎn)生高壓燃油的機(jī)構(gòu)，可分為直列泵電控噴射系統(tǒng)，分配泵電控噴射系統(tǒng)，泵噴嘴電控噴射系統(tǒng)，單缸泵電控噴射系統(tǒng)，共軌式電控噴射系統(tǒng)。其中共軌式電控噴射是電控技術(shù)發(fā)展起來所形成的新型噴射機(jī)構(gòu)。其他系統(tǒng)都是在原來的噴射機(jī)構(gòu)上加上電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)后形成的。對電控泵噴嘴系統(tǒng)來說，合適的低壓供油系統(tǒng)也很重要。由于進(jìn)回油道是鑄造在氣缸蓋內(nèi)，燃油本身在壓縮和溢流中會產(chǎn)生熱量又要傳給燃油，因此要求輸油泵提供足夠大供油量，保證個(gè)缸噴油器之間溫差不要太大，各缸噴油量差別足夠小。PED系統(tǒng)所裝備的輸油泵供油壓力在標(biāo)定轉(zhuǎn)速下為500KPa，供油量350L/h。它由輸油泵、粗濾器，濾清器、壓力調(diào)節(jié)器、控制閥、電動(dòng)泵等組成。其中電動(dòng)泵可在柴油機(jī)關(guān)掉后，為冷卻仍處于高溫ECU提供循環(huán)供油。在回油路上裝有啟動(dòng)時(shí)所需的放氣螺塞。2.6發(fā)動(dòng)機(jī)增壓和中冷技術(shù)增壓是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的一個(gè)飛躍。用增壓的方式來提高進(jìn)氣量密度，可以幾成甚至幾倍的增加功率，同時(shí)還能改善熱效率、提高經(jīng)濟(jì)性、減少排氣中的有害成分、降低噪聲。單位質(zhì)量的功率增加，也可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量。（1）增壓的主要方式增壓方式主要有機(jī)械增壓、排氣渦輪增壓、復(fù)合增壓、慣性增壓、氣波增壓等。機(jī)械增壓是指壓氣機(jī)由內(nèi)燃機(jī)曲軸通過傳動(dòng)裝置直接驅(qū)動(dòng)的增壓方式。機(jī)械增壓的特點(diǎn)是：不增加發(fā)動(dòng)機(jī)背壓，但消耗其有效功率，總體布置有一定局限性；增壓壓力一般不超過0.15—0.17Mpa；過多地提高增壓壓力，會使驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)耗功過大，機(jī)械效率明顯下降，經(jīng)濟(jì)性惡化。排氣渦輪增壓是指利用排氣量使排氣在渦輪中進(jìn)一步膨脹作功，用于驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的增壓方式。排氣渦輪增壓的特點(diǎn)是：不消耗發(fā)動(dòng)機(jī)有效功，增壓器可以自由布置在所需的位置，渦輪有有一定的消聲作用，并進(jìn)一步減少排氣中的有害成分。排氣渦輪增壓有單級渦輪增壓和二級渦輪增壓兩類。單級渦輪增壓：由一臺渦輪機(jī)和一臺壓氣機(jī)組成的或幾臺渦輪增壓器并聯(lián)的渦輪增壓叫單級渦輪增壓，多用于中、小型柴油機(jī)。小型柴油機(jī)、汽油機(jī)一般用徑流式渦輪、離心式壓氣機(jī)；二級渦輪增壓：空氣經(jīng)兩臺串聯(lián)的渦輪增壓器壓縮后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，這類增壓系統(tǒng)稱為二級渦輪增壓。（2）增壓器渦輪增壓器主要由渦輪和壓氣機(jī)組成。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣經(jīng)排氣管進(jìn)入渦輪，對渦輪作功，渦輪葉輪與壓氣機(jī)葉輪同軸，從而帶動(dòng)壓氣機(jī)吸入外界空氣并壓縮后送至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管。（3）中冷器在增壓柴油機(jī)為降低進(jìn)入汽缸的空氣溫度、增加空氣密度、減少排放，使增壓后的空氣先在中間冷卻器中冷卻，再進(jìn)入氣缸，稱為增壓中冷。增壓中冷可以在柴油機(jī)的熱負(fù)荷不增加甚至降低以及機(jī)械負(fù)荷增加不多的前提下，較大幅度地提高柴油機(jī)功率，還可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、降低排放、節(jié)省能源。為了反映中間冷卻程度，通常用中冷度來表示，即中冷器前后空氣溫度差與中冷器前空氣溫度的比值。目前采用的中冷器都屬錯(cuò)流外冷間壁式冷卻方式，根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，有水冷式和風(fēng)冷式兩大類。水冷式冷卻根據(jù)冷卻水系的不同又分以下兩種方式：2）用獨(dú)立的冷卻水系冷卻。柴油機(jī)有兩套獨(dú)立的冷卻水系，高溫冷卻水系用來冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，低溫冷卻水系主要用于機(jī)油冷卻器和中冷器。這種冷卻方式冷卻效果最好，在船用和固定用途柴油機(jī)中普遍應(yīng)用。風(fēng)冷式冷卻根據(jù)驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇的動(dòng)力不同，可分為以下兩種方式：1）用柴油機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。這種方式適用于車用柴油機(jī)，把中冷器設(shè)置在冷卻水箱前面，用柴油機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇與汽車行駛時(shí)的迎風(fēng)同時(shí)冷卻中冷器和水箱。車用柴油機(jī)普遍采用這種冷卻方式，但在低負(fù)荷時(shí)易出現(xiàn)充氣過冷現(xiàn)象。2）用壓縮空氣渦輪驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。由壓氣機(jī)分出一小股氣流驅(qū)動(dòng)一個(gè)渦輪，用渦輪帶動(dòng)風(fēng)扇冷卻中冷器。由于驅(qū)動(dòng)渦輪的氣流流量有限，渦輪作功較少，風(fēng)扇提供的冷卻風(fēng)量較少，顯然其冷卻效果較差。由于增壓壓力隨負(fù)荷變化，因此這種冷卻方式的冷卻風(fēng)量也隨負(fù)荷變化，低負(fù)荷時(shí)風(fēng)量小，高負(fù)荷時(shí)風(fēng)量大，有利于兼顧不同負(fù)荷時(shí)的燃燒性能。且其尺寸小，在車上安裝方便，在運(yùn)用車輛上也有應(yīng)用。（4）排氣能量的利用目前生產(chǎn)的車用增壓柴油機(jī)中，幾乎都采用排氣渦輪增壓系統(tǒng)，通過排氣來驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器工作，從而吸收排氣能量來實(shí)現(xiàn)增壓的目的。排氣的最大可用能E由三部分組成：①排氣門打開時(shí)，氣缸內(nèi)氣體等熵膨脹到大氣壓力所作上午功Eb；②活塞推出排氣，排氣得到的能量Ec；③掃氣空氣所具有的能量Es。排氣門前排氣具有的能量，在流經(jīng)排氣門、氣缸蓋排氣道、排氣歧管、排氣總管，最后到達(dá)渦輪前，存在著一系列的損失，總能量損失ΔE包括如下幾個(gè)方面：ΔE=ΔEv+ΔEc+ΔEd+ΔEm+ΔEf+ΔEh（2-4）式中ΔEv—流經(jīng)排氣門出的節(jié)流損失；ΔEc—流經(jīng)各種縮口處的節(jié)流損失；ΔEd—管道面積突擴(kuò)時(shí)的流動(dòng)損失；ΔEm—不同參數(shù)氣流摻混和撞擊形成的損失；ΔEf—由于氣體的粘性而形成的摩擦損失；ΔEh—?dú)饬飨蛲饨缟崴纬傻哪芰繐p失。這些損失直接影響著排氣能量可被渦輪回收的程度，是排氣渦輪增壓柴油機(jī)排氣管設(shè)計(jì)和改進(jìn)時(shí)所必須關(guān)注的重要方面。ΔEv是能量傳遞中的主要損失，約占總損失的60%—70%。尤其是在初期排氣，氣缸中高壓高溫氣體流出時(shí)，因排氣管中壓力低而形成超臨界流動(dòng)，所以減少這部分節(jié)流損失對提高排氣中能量的利用率是很重要的。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)使排氣門后的通流面積盡可能大（一般采用四氣門結(jié)構(gòu)）、開啟速度盡可能快，以使排氣很快流出，排氣門后的壓力Pr很快升高，從而減少節(jié)流損失。另外，排氣管容積不應(yīng)太大，排氣管要細(xì)而短。當(dāng)在結(jié)構(gòu)上受限制時(shí)，做得“細(xì)而長”比“粗而短”要好。在排氣初期，大量排氣涌入較細(xì)長的歧管中，形成“堵塞”，很快在排氣門后建立起較高的壓力波峰，減小排氣門前后壓差，從而大大減少節(jié)流損失，并把氣體所具有的較大速度在歧管中保持下來并傳送到渦輪，提高了對排氣動(dòng)能的利用率。由于歧管中流速高而使摩擦損失加大，但其他損失減小，所以總起來說，它的能量傳遞效率較高。細(xì)而長的排氣管不僅能夠使排氣門后的壓力Pr在排氣初期很快升高，而且又能很快下降，使活塞排擠功減少，并有利于掃氣。（5）增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配以單級渦輪增壓系統(tǒng)為例，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在這個(gè)增壓系統(tǒng)中，壓氣機(jī)所提供的空氣正好等于柴油機(jī)所需的空氣量。因此，在穩(wěn)定工況下，壓氣機(jī)提供的增壓壓力等于柴油機(jī)所需的增壓壓力。因此，可在壓氣機(jī)特性曲線圖上，將該工況下以增壓比∏b和空氣流量qmb為表征的增壓器好柴油機(jī)聯(lián)合運(yùn)行點(diǎn)確定下來。這樣，當(dāng)柴油機(jī)按某一特性運(yùn)行時(shí)的所有工況點(diǎn)都可在壓氣機(jī)特性曲線上確定下來。如果高增壓柴油機(jī)主要是在高速、高負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，則必須把增壓器的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域設(shè)計(jì)得廣一些。車用柴油機(jī)低轉(zhuǎn)速工況要求較苛刻，不僅以外特性運(yùn)轉(zhuǎn)，而且轉(zhuǎn)矩的適應(yīng)性系數(shù)高，所以增壓器的高效率區(qū)域選在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速較低的地方，這樣做即使在標(biāo)定工況時(shí)性能稍差一些也是值得的。對于超高增壓柴油機(jī)，低工況性能更為突出。因此，在選配渦輪增壓器時(shí)，除了要進(jìn)行變工況運(yùn)行的配合性能計(jì)算外，還必須進(jìn)行樣機(jī)的配合調(diào)整實(shí)驗(yàn)，以滿足各方面的要求。（6）可變渦輪增壓在柴油機(jī)進(jìn)行正常設(shè)計(jì)和經(jīng)過估算及性能模擬計(jì)算來選配渦輪增壓器后，一般在配合性能上不會出現(xiàn)太大偏差。但對于車用柴油機(jī)，如果增壓系統(tǒng)滿足高速時(shí)增壓適量的要求，則在低速時(shí)供氣就會不足；如果滿足低速時(shí)的供氣量，則在高速時(shí)就可能增壓過量。因此，必須采取一些措施，才能彌補(bǔ)其高低工況不能同時(shí)滿足較佳匹配的矛盾。對于車用高速柴油機(jī)及某些超高增壓中速柴油機(jī)，為了改進(jìn)低工況性能，可采用高速時(shí)放氣的措施，但高工況經(jīng)濟(jì)性不好。近年來，發(fā)展了一種可變渦輪噴嘴環(huán)出口截面的渦輪增壓器，簡稱變截面渦輪增壓器。在發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，讓噴嘴環(huán)出口截面積自動(dòng)減小，使得流出速度相應(yīng)提高，增壓器轉(zhuǎn)速上升，壓氣機(jī)出口壓力增大，供氣量加大；在高速時(shí)，讓噴嘴環(huán)出口截面積增大，增壓器轉(zhuǎn)速相對減小，增壓壓力降低，增壓不過量。采用變截面渦輪的優(yōu)點(diǎn)是：①在不損害高轉(zhuǎn)速經(jīng)濟(jì)性的條件下，增大低速轉(zhuǎn)矩；②擴(kuò)大了低油耗率的運(yùn)行區(qū)；③使柴油機(jī)的加速性能提高；④可以滿足要求越來越高的排放和噪聲規(guī)范等。但要使可變截面渦輪達(dá)到實(shí)用化，必須滿足：①從渦輪調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)往外漏氣應(yīng)盡可能少，且當(dāng)噴嘴面積改變、使氣流流向偏離時(shí)，不致使渦輪效率降低過多；②結(jié)構(gòu)及操作系統(tǒng)簡單，操作方便；③所有結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)具有較高的可靠性等。車用發(fā)動(dòng)機(jī)大多用徑流渦輪增壓器，這給采用可變截面渦輪增壓器帶來方便。在有葉徑流渦輪的情況下，可以采用改變噴嘴葉片安裝角度的方法來改變噴嘴環(huán)出口截面積。如圖2.5為一變截面多葉片可變噴嘴增壓器三維示意圖。圖2.5變截面多葉片可變噴油嘴增壓器噴嘴環(huán)截面積大小及檔數(shù)是由實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)要求確定的，在最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，增壓壓力最高?？刂破鳎‥CU）根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、噴油泵齒條位移（相當(dāng)于負(fù)荷）、水溫和增壓壓力等信號對壓力控制調(diào)節(jié)閥的開啟和關(guān)閉時(shí)間比（負(fù)荷比）進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制真空泵產(chǎn)生的負(fù)壓。可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的最佳負(fù)荷比圖譜預(yù)先輸入到控制器中?？刂破髋c電控柴油噴射系統(tǒng)的控制器也可互相通訊。由于采用可變噴嘴渦輪增壓器，在低速時(shí)可變噴嘴渦輪增壓器處于小噴嘴開度，增壓壓力可提高，因此大大改善了低速工況性能。由于采用了可變截面渦輪增壓器，使柴油機(jī)加速、負(fù)荷特性都得到改善。整機(jī)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)性能改進(jìn)，低油耗區(qū)域擴(kuò)大，轉(zhuǎn)矩儲備系數(shù)加大。（7）增壓器的瞬態(tài)性能柴油機(jī)瞬態(tài)特性是在變速或負(fù)荷情況下柴油機(jī)的性能。渦輪增壓柴油機(jī)不像非增壓柴油機(jī)那樣很快響應(yīng)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的突然變化。在加速、加負(fù)荷過程中，空氣流量與加油量變化速率之間的差異導(dǎo)致了燃燒空氣系數(shù)低于極限值。因此，渦輪增壓柴油機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)特性較差的決定因素是供氣量。供氣量比供油量的時(shí)間滯后，其原因是多方面的。燃油入氣缸燃燒后，氣體能量增加，而渦輪得到的能量增加顯然要滯后一些，因?yàn)樵谂艢忾T開啟之間氣體的能量不可能影響渦輪；在排氣門開啟以后，由于排氣管中氣體的可壓縮性，也得經(jīng)過幾個(gè)工作循環(huán)，排氣管中的氣體壓力才能逐步上升，渦輪得到的能量才能不斷增加。另外，由于渦輪的功率比壓氣機(jī)的功率大而使渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速增加，但渦輪增壓器轉(zhuǎn)子具有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，要加速轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度也需消耗一部分能量，這也是其瞬態(tài)響應(yīng)滯后的另一個(gè)重要原因。再者，增壓器的旋轉(zhuǎn)速度不斷上升才能使增壓壓力不斷提高，但由于進(jìn)氣管具有一定的容積，這就使增壓壓力只能逐步提高。只有當(dāng)增壓壓力提高后，才能增大進(jìn)入氣缸的供氣量。這些因素都將使供氣量滯后。當(dāng)然，發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)快慢還與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)，若希望加速性能好，則希望發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能小。改善增壓柴油機(jī)瞬態(tài)特性的根本措施是使增壓壓力更快地提高，沖入氣缸的空氣量更快增加。盡量減小進(jìn)氣管和排氣管的容積，在加速或加負(fù)荷過程中，使其中氣體壓力較快增大，響應(yīng)速度加快，因此變壓系統(tǒng)比定壓系統(tǒng)響應(yīng)速度快；在低工況運(yùn)行時(shí)減小渦輪通流面積，若從低工況到高工況時(shí)渦輪通流面積小，則將使排氣管中的壓力更快上升，渦輪功率增加較快，使增壓壓力更快上升，從而改善瞬態(tài)特性。2.7可變進(jìn)氣技術(shù)（1）可變進(jìn)氣渦流系統(tǒng)通常，進(jìn)氣道是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定工況或最大轉(zhuǎn)矩工況下的性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的，并制成樹脂氣道模型后在穩(wěn)流氣道試驗(yàn)臺上測量渦流強(qiáng)度和流量系數(shù)，經(jīng)過多次試驗(yàn)修改后定型，投入生產(chǎn)。這樣的氣道，其性能只在某個(gè)轉(zhuǎn)速附近能達(dá)到最佳，而進(jìn)氣渦流強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)速工況的變化是無法控制的。原理上，隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，進(jìn)氣渦流增強(qiáng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到一定程度時(shí)，進(jìn)氣渦流過強(qiáng)，或者在低速時(shí)進(jìn)氣渦流強(qiáng)度過弱，這兩種情況都不能使燃油與空氣達(dá)到最佳混合。對燃油經(jīng)濟(jì)型和排放都會產(chǎn)生不利影響。這樣就產(chǎn)生了企圖控制進(jìn)氣渦流強(qiáng)度以滿足高速、低速各種工況要求的設(shè)計(jì)思想。采用電控可變進(jìn)氣渦流系統(tǒng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性都獲得改善。（2）可變氣門正時(shí)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)要適應(yīng)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速變化的運(yùn)行條件，氣門正時(shí)對充氣系數(shù)、熱效率和機(jī)械效率都有影響?？勺儦忾T正時(shí)的主要作用是在寬廣的運(yùn)行條件下改善充氣系數(shù)、提高標(biāo)定功率、怠速穩(wěn)定性以及降低排放，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性得到協(xié)調(diào)統(tǒng)一。進(jìn)氣門和排氣門對發(fā)動(dòng)機(jī)充氣交換過程的控制。其特性參數(shù)主要是3個(gè)：氣門開啟相位、氣門開啟持續(xù)角度（指氣門保持升起持續(xù)的曲軸轉(zhuǎn)速）和氣門升程。這3個(gè)特性參數(shù)對發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、油耗和排放有重要影響。通常將氣門開啟相位和開啟持續(xù)角度統(tǒng)稱為氣門正時(shí)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的改變，這3個(gè)特性參數(shù)（特別是進(jìn)氣門開啟相位和開啟持續(xù)角度）應(yīng)對應(yīng)不同的優(yōu)化要求。進(jìn)氣門開啟相位提前，一方面為進(jìn)氣過程提供了較多的時(shí)間，有利于解決高轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)氣時(shí)間不足的問題；另一方面，氣門重疊角增大，有更多的廢氣進(jìn)入進(jìn)氣管，隨后又同新鮮充量一起返回氣缸，造成了較高的內(nèi)部排氣再循環(huán)率，可降低油耗及NOX排放，但同時(shí)也導(dǎo)致起動(dòng)困難、怠速不穩(wěn)和低速工作粗暴。進(jìn)氣門關(guān)閉相位推遲，一方面在高轉(zhuǎn)速時(shí)有利于高速氣流的慣性提高體積效率；另一方面在低轉(zhuǎn)速時(shí)又會將已經(jīng)吸入氣缸的新鮮充量又推回到進(jìn)氣管中。氣門升程增大，一方面在高負(fù)荷時(shí)有利于提高容積效率；另一方面在低負(fù)荷時(shí)不得不將節(jié)氣門關(guān)得更小，造成更大的泵氣損失和節(jié)流損失?？梢?，出于不同的考慮，對氣門特性參數(shù)提出了不同要求。為了提高標(biāo)定功率，要提早開啟、推遲關(guān)閉進(jìn)氣門，并提高進(jìn)氣門升程；為了提高低速轉(zhuǎn)矩，要提早關(guān)閉進(jìn)氣門；為了改善起動(dòng)性能并提高怠速穩(wěn)定性，則要推遲開啟進(jìn)氣門，減小氣門重疊。進(jìn)氣門特性參數(shù)對發(fā)動(dòng)機(jī)的影響比排氣門特性參數(shù)大；進(jìn)氣門關(guān)閉相位的影響比開啟相位大。（3）可變進(jìn)氣管長度進(jìn)氣門的開啟關(guān)閉和活塞向下運(yùn)動(dòng)會使進(jìn)氣系統(tǒng)產(chǎn)生膨脹波。膨脹波從進(jìn)氣門出發(fā)，以當(dāng)?shù)芈曀賯鞑サ焦芏?。由于進(jìn)氣系統(tǒng)的管端是敞開的，膨脹波在此變成壓縮波并同時(shí)以當(dāng)?shù)芈曀俜聪騻骰剡M(jìn)氣門。如果這個(gè)壓縮波傳到進(jìn)氣門時(shí)進(jìn)氣門開啟著，那么由于壓縮波引起的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與進(jìn)氣氣流方向一致，進(jìn)氣氣流因此而得到增強(qiáng)，氣體體積效率將會提高，轉(zhuǎn)矩也將增大。、整車節(jié)能技術(shù)3.1汽車傳動(dòng)系統(tǒng)匹配優(yōu)化汽車傳動(dòng)系對汽車燃油經(jīng)濟(jì)性油重要影響，主要影響因素包括汽車傳動(dòng)系的檔數(shù)、傳動(dòng)比和傳動(dòng)效率等。（1）傳動(dòng)系統(tǒng)的最優(yōu)匹配與參數(shù)優(yōu)化在汽車設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)性能和汽車的常用行駛工況確定后，傳動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配和參數(shù)選擇是否恰當(dāng)直接影響汽車的動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)性等。變速器的傳動(dòng)比范圍、檔位數(shù)、傳動(dòng)比分配規(guī)律和主傳動(dòng)比等參數(shù)都影響到整車的燃油經(jīng)濟(jì)性，在滿足汽車動(dòng)力性能的前提下，優(yōu)化傳動(dòng)系各參數(shù)，使汽車常用工況處于發(fā)動(dòng)機(jī)最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)，則可有效地降低汽車的燃油消耗。（2）無級變速傳動(dòng)裝置無級變速傳動(dòng)裝置，即ContinuouslyVariableTransmission(CVT)，是理想的傳動(dòng)系統(tǒng)。采用CVT使得駕駛方便，傳動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)得到最優(yōu)匹配。CVT主要由CVT傳動(dòng)器和控制系統(tǒng)組成。傳動(dòng)器包括傳動(dòng)帶、輸入軸、輸出軸、主動(dòng)輪、被動(dòng)輪、離合器和殼體等。1）傳動(dòng)帶由兩根厚片組合成的柔性鋼帶及許多金屬片組成。其中金屬帶承受由主動(dòng)輪所傳遞的推力（不是拉力），柔性鋼帶將金屬片保持成帶狀，并支撐金屬帶。2）CVT傳動(dòng)器它的輸入軸帶動(dòng)行星齒輪裝置旋轉(zhuǎn)，行星齒輪裝置的主動(dòng)部分是行星架，被動(dòng)部分是太陽輪，直接驅(qū)動(dòng)CVT主動(dòng)輪及齒輪BANG、前進(jìn)檔離合器和倒檔制動(dòng)器，用以實(shí)現(xiàn)汽車的前進(jìn)、倒車和起步。油泵將油輸入主動(dòng)輪伺服油缸和被動(dòng)伺服油缸，推動(dòng)主動(dòng)滑動(dòng)半輪和從動(dòng)滑動(dòng)半輪。由于金屬傳動(dòng)帶長度不變，當(dāng)主動(dòng)滑動(dòng)半輪左（右）移動(dòng)，通過控制系統(tǒng)的作用，從動(dòng)滑動(dòng)半輪要向（右）左作相應(yīng)的移動(dòng)，從而改變傳動(dòng)比。CVT裝置的控制系統(tǒng)CVT裝置傳動(dòng)比的變化是通過改變主動(dòng)輪和從動(dòng)輪V槽寬度實(shí)現(xiàn)的。由于傳動(dòng)帶的長度是不變的，所以主動(dòng)輪V槽寬度和被動(dòng)輪V槽寬度應(yīng)同時(shí)相應(yīng)地變化。（3）CVT基本原理如圖3.1是通過改變主、被動(dòng)帶輪直徑，改變CVT傳動(dòng)比的原理圖。圖3.1CVT原理圖1．主動(dòng)輪2.緊邊輪3.松邊輪4.被動(dòng)輪圖3.1a傳動(dòng)比為1，即主傳動(dòng)帶輪槽寬相等。圖3.1b主動(dòng)帶輪槽寬度變窄，被動(dòng)帶輪槽變寬，傳動(dòng)比減小。圖3.1c還可看到，金屬帶的工作邊在主動(dòng)輪的出端金屬帶受推，而不像通常皮帶傳動(dòng)，工作邊受拉。（4）CVT最佳燃油經(jīng)濟(jì)性調(diào)節(jié)特性如圖3.2是發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性，某一固定轉(zhuǎn)速n1，它在b—Pe曲線表達(dá)了燃油消耗率與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的關(guān)系。其最低點(diǎn)表達(dá)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n1時(shí)，相應(yīng)的最小油耗效率。將各個(gè)不同轉(zhuǎn)速曲線的最低點(diǎn)連接而成的包絡(luò)線，即是發(fā)動(dòng)機(jī)最經(jīng)濟(jì)工況。這條曲線是最低燃油消耗率曲線，使CVT裝置在這條曲線上工作，是最經(jīng)濟(jì)的。圖3.2發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性的燃油消耗率3.2汽車空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)空氣阻力所消耗的功率與車速的三次方成正比，就是說在車速低的時(shí)候，空氣阻力功率消耗所占比例不大，在車速高的時(shí)候，空氣阻力將是主要的阻力（1）空氣阻力系數(shù)圖3-3示出了汽車所受到的氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩。當(dāng)汽車沿著x軸行駛，而且受到與質(zhì)心成β角的側(cè)向合成氣流作用使，汽車上將受到以下氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩：D—空氣阻力；L—升力；S—側(cè)向力；PM—俯仰力矩；RM—側(cè)傾力矩；YM—橫擺力矩。被稱為氣動(dòng)六分力或氣動(dòng)六分量。相應(yīng)的系數(shù)為CD、CL、CS、CPM、CRM和CYM，其表達(dá)式為：空氣阻力系數(shù)；（3-1）生力系數(shù)；（3-2）側(cè)向力系數(shù)；（3-3）俯仰力矩系數(shù)；（3-3）側(cè)傾力矩系數(shù)；（3-4）橫擺力矩系數(shù)；（3-5）式中：ρ—空氣密度，ρ=1.2258kg/m3；v∞—合成氣流相對速度，m/s；A—汽車迎風(fēng)面積，m2；α—軸距，m。其中對燃油經(jīng)濟(jì)性影響最大的是CD，為了保證正常行駛CL也十分重要。希望通過降低汽車的這些系數(shù)，以減小氣動(dòng)力的影響。減小CD可以降低行駛阻力及其消耗；同時(shí)減小CD可以減小升力。汽車的升力會減小車輪對地面的壓力，這個(gè)壓力也稱為接地力。由于接地力的減小將降低前軸的操縱性和后軸的驅(qū)動(dòng)能力，因此升力常常是有害的，應(yīng)予以控制。傳統(tǒng)的汽車造型是“細(xì)部優(yōu)化”，細(xì)部優(yōu)化的意思是按照造型風(fēng)格、汽車結(jié)構(gòu)布置和性能要求提出原型汽車，在次基礎(chǔ)上進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)修正。當(dāng)前所謂的“汽車造型整體優(yōu)化”或稱為“整體最佳化的理論”是使氣流不從汽車表面分離。它以空氣動(dòng)力學(xué)特性最佳形體為依據(jù)，作為原型將它改造成汽車。改造原則是盡量不破壞流場，即氣流盡量不產(chǎn)生分離。改造后汽車的CD比所依據(jù)的形體要大些，但盡可能地接近它。顯然“整體優(yōu)化”比“細(xì)部優(yōu)化”先進(jìn)，但是“整體優(yōu)化”設(shè)計(jì)得到的各種汽車外形很容易趨向一致，而抹殺了個(gè)性，缺乏造型的獨(dú)特風(fēng)格。（2）降低空氣阻力系數(shù)CD的措施1）空氣阻力的組成如表3.1所列的是作用在汽車上的5種空氣阻力。其中的壓差阻力是由空氣流場中的分離所致。摩擦阻力是指車身表面與空氣摩擦所造成的阻力，干擾阻力是指后視鏡、門把手等外露部件造成的阻力。內(nèi)流阻力是指汽車內(nèi)部的氣體流動(dòng)造成的阻力。壓差阻力所占的份額最大，所以對油耗影響最大的是車輛正面的空氣阻力。2）降低CD的措施a改善轎車前端形狀改變轎車前端外形，能找到CD最小的外形。b改善后窗傾角和車頂?shù)墓岸?，拱起越小，則CD降低。c正確選擇離地間隙d放置擾流板e(cuò)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)流場表3.1作用在汽車上的5種主要空氣阻力項(xiàng)目產(chǎn)生原因影響因素壓差阻力（形狀阻力）由氣流在車體上產(chǎn)生的分離和漩渦導(dǎo)致的壓強(qiáng)增加引起車身各個(gè)表面的形狀及其交接處的轉(zhuǎn)折曲率及傾角摩擦阻力車身表面面積和粗糙度誘導(dǎo)阻力由升力向后傾斜引起車身外形、底板外形以及輪腔等內(nèi)流阻力由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻氣流和室內(nèi)通風(fēng)、空調(diào)等引起干擾阻力由不平整的車身外部零件引起氣流干擾所致后視鏡、流水槽、導(dǎo)流板、擋泥板、天線、門把手、頭燈以及底盤部件等3.3輕量化整車質(zhì)量與百公里燃油消耗成正比，是影響燃油消耗的重要因素。通過減輕汽車質(zhì)量可以降低汽車油耗。（1）輕量化的概念汽車輕量化就是通過應(yīng)用輕質(zhì)材料及采取相應(yīng)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)和工藝來達(dá)到降低整車質(zhì)量，而不影響汽車基本性能的一種設(shè)計(jì)方法。零件的可靠性取決于可運(yùn)行性和損壞的可能性。例如生產(chǎn)者要節(jié)省車窗手柄的質(zhì)量，就可能要冒損壞率提高的風(fēng)險(xiǎn)（如在打開結(jié)冰的車窗玻璃時(shí)）。節(jié)省原材料，或者減少材料使用數(shù)量，可以降低材料方面的成本，但使用一種更輕、強(qiáng)度更高的材料，往往又使材料成本上升，繼而引起生產(chǎn)成本增加。這是汽車輕量化過程中需要解決的矛盾，僅簡單地采用輕質(zhì)材料往往達(dá)不到理想效果。（2）減輕質(zhì)量的措施車身的剛度由車身結(jié)構(gòu)形狀，材料厚度以及彈性模量決定。車身質(zhì)量通常是通過設(shè)計(jì)措施以及使用比一般低碳車身鋼板密度小的替代材料來實(shí)現(xiàn)，這兩個(gè)措施是不可分割的，由于材料特性不同，輕金屬和塑料的形狀結(jié)構(gòu)和造型常常與鋼完全不同。1）替代材料的應(yīng)用就汽車車身而言，輕量化的材料途徑主要有使用高強(qiáng)鋼板車身、鋁鎂合金車身和塑料車身。前兩種方法更適合大批量生產(chǎn)車型，第三種方法則比較適合小批量生產(chǎn)車型。2）結(jié)構(gòu)措施對大面積塑料和輕金屬構(gòu)件的強(qiáng)化，處于美學(xué)方面的原因，可在看不見的一側(cè)加筋。在罩子上除了彎曲載荷外，在開和關(guān)時(shí)單側(cè)受力還會引起扭轉(zhuǎn)，有必要加一個(gè)中間支撐。輕金屬一般強(qiáng)度較低，靠提高壁厚增加強(qiáng)度勢必會增加質(zhì)量，一般設(shè)計(jì)成框架橫截面。前后擋風(fēng)玻璃采用粘接方式可以改善車身的扭