紅興隆北雁現(xiàn)代化農(nóng)機(jī)
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第12章 新型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)收藏
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第12章 新型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)
內(nèi)容提要
1.電動(dòng)汽車的特點(diǎn)、分類、基本結(jié)構(gòu)與工作原理
2.壓縮天然氣汽車和液化石油氣汽車的特點(diǎn)、基本結(jié)構(gòu)與工作原理
3.太陽(yáng)能汽車的基本結(jié)構(gòu)與工作原理
4.直接噴射式汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作特點(diǎn) |
12.1 電動(dòng)汽車
電動(dòng)汽車是依靠電能驅(qū)動(dòng)的車輛，而電能在驅(qū)動(dòng)汽車行駛過(guò)程中基本不排放有害氣體，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染。因此，電動(dòng)汽車就成為解決能源與環(huán)境問(wèn)題的一個(gè)選擇。
12.1.1 電動(dòng)汽車的特點(diǎn)
1873年在英國(guó)出現(xiàn)了第一輛電動(dòng)汽車，由于早期一些技術(shù)問(wèn)題難以解決，而內(nèi)燃機(jī)汽車日趨成熟，電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)便趨于低潮。直到1973年能源危機(jī)以后，很多國(guó)家為了開(kāi)發(fā)新能源汽車以及保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)汽車零排放的要求，又重新開(kāi)始重視電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)，在一些國(guó)家掀起了研究電動(dòng)汽車的熱潮。與傳統(tǒng)的燃油動(dòng)力汽車相比較，電動(dòng)汽車具有如下幾個(gè)特點(diǎn)。
1.能廣泛地利用各種能源 電動(dòng)汽車使用的能源，不僅可以用傳統(tǒng)的汽油、柴油等礦物燃料發(fā)電，也可以用取之不竭的太陽(yáng)能、水力能等多種能源發(fā)電，還可以利用旋轉(zhuǎn)零件轉(zhuǎn)動(dòng)或制動(dòng)時(shí)慣性能量發(fā)電，可以廣泛地利用各種能源。
2. 能量的利用率高 傳統(tǒng)汽車使用汽油、柴油作燃料，將原油提煉成汽油、柴油，并經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、分配等環(huán)節(jié)，大概要消耗掉30%的原油具有的能量。所采用的內(nèi)燃機(jī)的有效效率一般為30～40%，機(jī)械效率為75%，因此輸出軸只能獲得18%左右原始燃料的可利用能量。內(nèi)燃機(jī)在低負(fù)荷及部分負(fù)荷時(shí)，由于混合氣霧化質(zhì)量差，燃燒不完善，平均能量利用率只有15%左右，可利用的能量更低。而電動(dòng)汽車經(jīng)過(guò)火力發(fā)電廠發(fā)電、輸配電、充電、電機(jī)等設(shè)備使用能量損失，**終大約可獲20%原始燃料的有用能量。如果利用太陽(yáng)能、水能、原子能等發(fā)電，則利用率會(huì)高一些。如果采用將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿娜剂想姵兀瑒t電池能量利用率可達(dá)50%左右。因此，使用電動(dòng)汽車可以節(jié)約大量的能源。
3. 電動(dòng)汽車是零排放汽車 由于電動(dòng)汽車是依靠電驅(qū)動(dòng)，所以電動(dòng)汽車本身不會(huì)產(chǎn)生有害氣體排放，是零排放車輛，這對(duì)改善空氣質(zhì)量保護(hù)環(huán)境具有重要意義。
依據(jù)電動(dòng)汽車電能來(lái)源不同，仍會(huì)有間接污染。若采用燃煤生產(chǎn)的電力，電廠可建在遠(yuǎn)郊區(qū)或人煙稀少的地區(qū)，集中控制和處理CO2等有害物也較容易。如采用太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等發(fā)電，則對(duì)環(huán)境無(wú)害。采用混合動(dòng)力時(shí)，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)不是經(jīng)常使用，排量也較小，因此排放到大氣中的有害物比傳統(tǒng)汽車少得多。電動(dòng)汽車如果采用鉛酸或鎳鎘電池時(shí)，有毒的鉛、鎘會(huì)污染環(huán)境，需進(jìn)行處理。如采用燃料電池時(shí)，由于其產(chǎn)物是電能和水，故不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。
4. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和維修使用方便 電動(dòng)汽車在結(jié)構(gòu)上比傳統(tǒng)燃油汽車簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)部件減少，大大降低了日常維修保養(yǎng)量，駕駛操作更為方便，維修簡(jiǎn)單。
目前，電動(dòng)汽車技術(shù)還不如傳統(tǒng)燃油汽車技術(shù)那樣成熟完善，動(dòng)力電池壽命短，一次充電后的有效行程短，價(jià)格較貴。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電動(dòng)汽車的推廣與普及，電動(dòng)汽車存在的技術(shù)難題會(huì)逐步得到解決。
12.1.2 電動(dòng)汽車的類型
根據(jù)所使用的基本動(dòng)力能源不同，電動(dòng)汽車大致可分為三類：蓄電池電動(dòng)汽車Electric Vehicle（EV）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車Hybrid Electric Vehicle（HEV）、燃料電池汽車Fuel Cell Electric Vehicle（FCEV）。
1. 蓄電池電動(dòng)汽車（EV） 是指利用蓄電池作為動(dòng)力，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車。不包括無(wú)軌電車及在車站、碼頭或廠內(nèi)使用的電動(dòng)叉車和普通的電瓶車。
蓄電池電動(dòng)汽車與普通汽車的主要區(qū)別是動(dòng)力源的改變，EV用蓄電池—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，取代了內(nèi)燃機(jī)汽車的汽油機(jī)、柴油機(jī)。
2. 燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV） 燃料電池是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母咝拾l(fā)電裝置。燃料電池汽車是利用燃料電池組作為動(dòng)力源的汽車，它同內(nèi)燃機(jī)相似，只要不斷地供給燃料，燃料電池就能不斷地把燃料氧化的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，解決了蓄電池一次充電續(xù)駛里程短的問(wèn)題，成為21世紀(jì)電動(dòng)汽車的發(fā)展方向。
**早的FCEV是燃料電池大客車，燃料電池的輔助裝置的質(zhì)量重，體積大，因此在早期的FCEV上，燃料電池組的輔助裝置占據(jù)了大客車很大的裝載空間，幾乎沒(méi)有乘客乘坐的空間，給FCEV的總布置帶來(lái)了很大的困難。經(jīng)過(guò)多國(guó)的汽車公司和燃料電池公司的努力，燃料電池的小型化得到了迅速發(fā)展，已經(jīng)成功地應(yīng)用到各類型的FCEV上。
3. 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV） 它是介于內(nèi)燃機(jī)汽車與電動(dòng)汽車之間的一種車型，它使用兩種以上動(dòng)力源，能按照不同的道路交通條件，進(jìn)行動(dòng)力源組合或轉(zhuǎn)換，發(fā)揮**佳的動(dòng)力效率，達(dá)到高效、節(jié)能、環(huán)保的目的。輔助動(dòng)力可以采用燃燒某種燃料的原動(dòng)機(jī)或動(dòng)力發(fā)電機(jī)組。HEV在排放、節(jié)能等方面接近EV、FCEV，動(dòng)力性、續(xù)駛里程與傳統(tǒng)燃料汽車相當(dāng)，是現(xiàn)階段取代傳統(tǒng)燃料汽車**理想的車輛。目前各大汽車公司推出的電動(dòng)汽車大部分是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，美國(guó)通用GM EV1型混和動(dòng)力電動(dòng)汽車使用汽油作為燃料，燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)達(dá)到21.1km/L，其排放已經(jīng)降低到1/10 ULEV（超低排放車輛）的水平。HEV將在21世紀(jì)的運(yùn)載車輛中占有重要的地位。
12.1.3 蓄電池電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)與工作原理
1.基本結(jié)構(gòu) 蓄電池電動(dòng)汽車主要由電池組、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及安全保護(hù)系統(tǒng)等組成（圖12－1）。
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圖12-2 交流異步電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng) |
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圖12-1 蓄電池電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)組成 |
（2）控制系統(tǒng) 其主要作用是對(duì)動(dòng)力電池組進(jìn)行管理和對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制。
1）對(duì)動(dòng)力電池組的管理包括對(duì)動(dòng)力電池組的充電與放電時(shí)的電流、電壓、放電深度、再生制動(dòng)反饋的電流、（汽車制動(dòng)時(shí)，利用電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)零件轉(zhuǎn)動(dòng)或制動(dòng)的慣性能量發(fā)電，經(jīng)逆變器變交流為直流，對(duì)電磁組充電的電流）、電池的自放電率、電池溫度等進(jìn)行控制。因?yàn)閭€(gè)別的蓄電池性能變化后，影響到整個(gè)動(dòng)力電池組的性能，用蓄電池管理系統(tǒng)來(lái)對(duì)整個(gè)動(dòng)力電池組和動(dòng)力電池組中的每一單體電池進(jìn)行監(jiān)控，保持各個(gè)電池間的一致性，還要建立動(dòng)力電池組的維護(hù)系統(tǒng)，來(lái)保證EV的正常運(yùn)行。
2）對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制包括對(duì)電動(dòng)機(jī)輸出功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的控制，對(duì)于不同型式的電動(dòng)機(jī)，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也有所不同。圖12－2是對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)圖。它主要由逆變器和中央控制器等部分組成，電池組輸出的直流電，經(jīng)逆變器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤虢涣麟妱?dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)汽車傳動(dòng)系驅(qū)動(dòng)車輪，中央控制器根據(jù)電動(dòng)汽車工況的變化，對(duì)這一轉(zhuǎn)變過(guò)程實(shí)行控制。
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圖12-3 雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
1-左半軸 2-左驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 3-電控差速器 4-右驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 5-右半軸
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EV的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有集中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輪轂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩大類。
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圖12-4 輪轂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
1-輪胎 2-永久磁鐵 3-制動(dòng)盤 4-襯套 5-輪軸 6-電動(dòng)機(jī)線圈繞組
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左右兩個(gè)永磁電動(dòng)機(jī)直接通過(guò)半軸帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，左右兩個(gè)電動(dòng)機(jī)由中央控制器的電控差速模塊控制，形成機(jī)電一體化的差速器。
2）輪轂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改變了內(nèi)燃機(jī)汽車傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式，每個(gè)車輪都是由獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)（圖12－4）。電動(dòng)機(jī)可以布置在兩個(gè)前輪、兩個(gè)后輪或四個(gè)車輪的輪轂中，成為前輪驅(qū)動(dòng)、后輪驅(qū)動(dòng)或四輪驅(qū)動(dòng)的EV。
（4）安全保護(hù)系統(tǒng) EV的動(dòng)力電池組具有96～312V的高壓直流電，人觸電時(shí)會(huì)造成生命危險(xiǎn)，因此必須設(shè)置安全保護(hù)系統(tǒng)。另外在撞車、翻車或線路發(fā)生短路時(shí)，應(yīng)有應(yīng)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(bào)警系統(tǒng)，在電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)控制EV不能起動(dòng)等，及時(shí)防止故障的發(fā)生。
2. EV的工作原理 在EV中保存了加速踏板、制動(dòng)踏板和各種操縱手柄等，在電動(dòng)汽車工作時(shí)，傳感器將加速踏板、制動(dòng)踏板機(jī)械位移的行程量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入中央控制器（圖12－2）。經(jīng)中央控制器處理后發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制逆變器的工作狀態(tài)，從而達(dá)到對(duì)電動(dòng)汽車工況的控制。
當(dāng)汽車行駛時(shí)，電池組輸出的直流電經(jīng)逆變器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤虢涣麟妱?dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪。當(dāng)汽車減速時(shí)，車輪帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)矢量控制使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)成為交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流，再經(jīng)逆變器將交流電變?yōu)橹绷麟娤蛐铍姵亟M充電（制動(dòng)再生能量）。同時(shí)，EV控制系統(tǒng)通過(guò)各種傳感器、電流檢測(cè)器對(duì)動(dòng)力電池組－逆變器－驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控并及時(shí)反饋信息和報(bào)警，并通過(guò)電流表、電壓表、電功率表、轉(zhuǎn)速表和溫度表等儀表進(jìn)行顯示。
12.1.4 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)與工作原理
HEV的基本結(jié)構(gòu)是在EV和FCEV的基礎(chǔ)上增加一套輔助動(dòng)力系統(tǒng)——?jiǎng)恿Πl(fā)電機(jī)組或某種原動(dòng)機(jī)。原動(dòng)機(jī)可以是內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等熱機(jī)。
按發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的耦合方式不同，可分為串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（SHEV）、并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（PHEV）、混聯(lián)式（串、并聯(lián)式）混合動(dòng)力汽車（PSHEV）三種形式。
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圖12-5 串聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 |
在車輛行駛之初，蓄電池組處于電量飽滿狀態(tài)，其能量輸出可以滿足車輛要求，輔助動(dòng)力系統(tǒng)不需要工作，蓄電池組輸出的直流電經(jīng)控制器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤腧?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器、傳動(dòng)軸及驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)車輪。
蓄電池組電量低于60%時(shí)，輔助動(dòng)力系統(tǒng)起動(dòng)，為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量的同時(shí)，還給蓄電池組進(jìn)行充電。
當(dāng)車輛能量需求較大時(shí)，輔助動(dòng)力系統(tǒng)與蓄電池組同時(shí)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量，發(fā)動(dòng)機(jī)－發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的交流電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷麟姡碗姵亟M輸出的直流電經(jīng)控制器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤腧?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。由于蓄電池組的存在，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的工況，使其排放得到改善。
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圖12-6 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的組成
1-發(fā)動(dòng)機(jī) 2-電動(dòng)/發(fā)電機(jī) 3-機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 4-驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 5-逆變器 6-蓄電池組 |
圖12－6是一種電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力在驅(qū)動(dòng)輪處進(jìn)行組合的驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合式PHEV，其驅(qū)動(dòng)模式為：
1）以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為基本驅(qū)動(dòng)模式，獨(dú)立驅(qū)動(dòng)后驅(qū)動(dòng)輪；
2）驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為輔助驅(qū)動(dòng)模式，能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)前驅(qū)動(dòng)輪；
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圖12-7 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車
1-發(fā)動(dòng)機(jī) 2-電動(dòng)/發(fā)電機(jī) 3-變速器或減速器 4-驅(qū)動(dòng)橋 5-逆變器 6-驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)
7-蓄電池組 |
3. 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) PSHEV是綜合SHEV和PHEV結(jié)構(gòu)特點(diǎn)組成的，由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組成。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力要與車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相組合，可以在變速器（包括驅(qū)動(dòng)橋）處進(jìn)行組合，也可以在驅(qū)動(dòng)輪處進(jìn)行組合。
圖12－7是一種發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力在驅(qū)動(dòng)輪處進(jìn)行組合的方式，其驅(qū)動(dòng)模式為：
1）以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為基本驅(qū)動(dòng)模式，帶動(dòng)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，并獨(dú)立驅(qū)動(dòng)后驅(qū)動(dòng)輪；
2）以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為輔助驅(qū)動(dòng)模式，能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)前驅(qū)動(dòng)輪；
3）在混合驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的后輪動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的前輪動(dòng)力進(jìn)行組合，成為混合四輪驅(qū)動(dòng)模式。
12.1.5 燃料電池電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)與工作原理
采用燃料電池作為動(dòng)力的電動(dòng)汽車稱為燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）。
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圖12-8 燃料電池電動(dòng)汽車的組成 |
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圖12-9 燃料電池的基本結(jié)構(gòu)
a）燃料電池本體結(jié)構(gòu) b）燃料電池組
1-負(fù)極集流體加強(qiáng)肋 2-隔離板、集流板 3-正極集流體加強(qiáng)肋 4-空氣通道 5-正極 6-電解質(zhì)基體 7-負(fù)極 8-燃料氣體通道 9-負(fù)極集流體加強(qiáng)肋 10-隔離板、集流板 |
單體燃料電池主要由電解質(zhì)、燃料電極、隔離板、空氣電極和集流板等組成（圖12-9）。正、負(fù)極板采用活性炭制成，置于電解質(zhì)溶液中。
燃料電池工作時(shí)，外界不斷供給負(fù)極氫氣，供給正極空氣（圖12-10），在催化劑（鉑、多孔石墨等）作用下，產(chǎn)生如下反應(yīng)：
負(fù)極
正極
負(fù)極經(jīng)催化劑作用，氫原子中的電子被分離出來(lái)，在正極吸引下，在外電路形成電流，失去電子的氫離子，在正極與氧及電子結(jié)合為水，氧可從空氣中獲得，只要不斷地供給氫氣和帶走水，燃料電池就可不斷供給電能。
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圖12-10 燃料電池的工作原理
1-多孔質(zhì)燃料夾層 2-氫電極 3-負(fù)載 4-氧電極 5-多孔質(zhì)空氣夾層 |
（2）燃料電池控制系統(tǒng) 用于控制燃料電池的反應(yīng)過(guò)程（起動(dòng)、反應(yīng)、輸出電能的調(diào)整、停止等），一般用燃料電池管理系統(tǒng)模塊對(duì)燃料電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和檢查。
（3）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 燃料電池的電流需要經(jīng)過(guò)專用的大功率動(dòng)力DC/DC轉(zhuǎn)換器，將燃料電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓的直流電流，然后經(jīng)過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電輸送給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
（4）輔助動(dòng)力系統(tǒng) 通常在FCEV上還要裝配一個(gè)蓄電池組作為輔助電源，其作用：①用于FCEV快速起動(dòng)；②用于儲(chǔ)存FCEV在再生制動(dòng)時(shí)反饋的電能；③為電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等電氣設(shè)備提供低壓電源。
2. 燃料電池電動(dòng)汽車的工作原理（圖12-8） 由燃料箱不斷地供給燃料，燃料電池把燃料氧化的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)控制器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤腧?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪。
在電動(dòng)汽車開(kāi)始行駛時(shí)，蓄電池組處于電量飽滿狀態(tài)，其能量輸出可以滿足汽車起動(dòng)要求，由其為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量，并對(duì)燃料電池進(jìn)行預(yù)熱，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)不需要工作；當(dāng)氫氣供給足夠時(shí)，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)起動(dòng)，由燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量，當(dāng)車輛能量需求較大時(shí)，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)與蓄電池組同時(shí)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量；當(dāng)車輛能量需求較小時(shí)，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量的同時(shí)，還給蓄電池組進(jìn)行充電。
燃料電池若采用甲醇或汽油等作為燃料時(shí)，需要通過(guò)重整器進(jìn)行重整，一般需要10min以上才能產(chǎn)生足夠的氫氣，比內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)得多，因此在汽車剛起動(dòng)時(shí)，由蓄電池組來(lái)提供電能，同時(shí)預(yù)熱燃料電池。
3.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(zhì)型和非改質(zhì)型兩種。
（1）改質(zhì)型 其車載液體燃料（甲醇或汽油等），需利用車載改質(zhì)裝置制造氫氣，再供給燃料電池。優(yōu)點(diǎn)是可使用多種燃料，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大。
（2）非改質(zhì)型 由車載氫氣直接供應(yīng)燃料電池。車輛構(gòu)造簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量輕。主要問(wèn)題是車輛續(xù)駛里程短，氫燃料的補(bǔ)給設(shè)施費(fèi)用高。
12.2 燃?xì)馄?/div>
1. LPG供給系統(tǒng)（圖12－11） 它主要由儲(chǔ)液罐、燃料控制電磁閥、調(diào)節(jié)器、混合器等組成。液化石油氣以液態(tài)儲(chǔ)存在儲(chǔ)液罐3中，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃料控制電磁閥2打開(kāi)，由儲(chǔ)液罐流出的液化石油氣經(jīng)調(diào)節(jié)器4調(diào)壓、計(jì)量后以氣態(tài)輸送到混合器1，與空氣混合后被吸入氣缸，經(jīng)火花塞點(diǎn)火燃燒。
發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或工作時(shí)，電源經(jīng)水溫開(kāi)關(guān)1輸送到氣體或液體輸出電磁閥。發(fā)動(dòng)機(jī)低溫起動(dòng)（水溫低于15℃）時(shí)，水溫開(kāi)關(guān)1接通氣體輸出電磁閥3電路，使氣體輸出電磁閥打開(kāi)，儲(chǔ)液罐內(nèi)的燃料以氣態(tài)輸送給調(diào)節(jié)器，以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)性能；當(dāng)水溫達(dá)到15℃以上時(shí)，水溫開(kāi)關(guān)1接通液體輸出電磁閥2電路而切斷氣體輸出電磁閥3電路，燃料以液態(tài)輸送給調(diào)節(jié)器。
1）初級(jí)氣室（圖12－15）功用是使燃料減壓汽化，并保持壓力穩(wěn)定。由儲(chǔ)液罐經(jīng)燃料控制電磁閥輸送來(lái)的燃料經(jīng)主控制閥1減壓氣化后進(jìn)入初級(jí)氣室，當(dāng)初級(jí)氣室內(nèi)的壓力達(dá)到一定值時(shí)，壓力平衡膜片4被推向右移，并帶動(dòng)推桿3、主控制閥臂2使主控制閥1關(guān)閉；而初級(jí)氣室內(nèi)壓力下降時(shí)，平衡膜片向左移動(dòng)，主控制閥打開(kāi)，使燃料繼續(xù)進(jìn)入初級(jí)氣室。這樣可保持輸送給次級(jí)氣室的壓力（即初級(jí)氣室的壓力）基本穩(wěn)定。此外，由于液態(tài)燃料汽化時(shí)溫度會(huì)降低，為保證工作中維持一定的溫度，在初級(jí)氣室一側(cè)設(shè)有與冷卻系聯(lián)通的水道。
2）次級(jí)氣室（圖12－16）功用是計(jì)量和調(diào)節(jié)燃料供給量。由初級(jí)氣室來(lái)的燃料經(jīng)次級(jí)氣室控制閥4進(jìn)入次級(jí)氣室，控制閥4的開(kāi)閉受鎖止膜片1控制。鎖止膜片1的左側(cè)與進(jìn)氣管相通，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)，鎖止膜片1在其彈簧3作用下移到右側(cè)極限位置，并通過(guò)控制閥臂5使次級(jí)氣室控制閥4完全關(guān)閉；發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，進(jìn)氣管真空度將鎖止膜片吸向左移，使控制閥4打開(kāi)，燃料進(jìn)入次級(jí)氣室并輸送至混合器。發(fā)動(dòng)機(jī)工作中，進(jìn)氣管真空度變化可改變鎖止膜片的位置，從而影響控制閥開(kāi)度，使燃料供給量得到調(diào)節(jié)。
裝置的燃料供給量也隨之增加；反之，節(jié)氣門開(kāi)度減小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量和燃料供給量均減少。
2. CNG供給系統(tǒng) CNG燃料供給系統(tǒng)與LPG燃料供給系統(tǒng)相近。只是系統(tǒng)的壓力較高，可達(dá)20MPa，因此對(duì)儲(chǔ)氣罐及管路閥門等的要求很高。系統(tǒng)高壓檢測(cè)壓力要達(dá)到25～30MPa，所以調(diào)壓器部分相對(duì)復(fù)雜，分高壓調(diào)節(jié)器和低壓調(diào)節(jié)器。高壓調(diào)節(jié)器使CNG壓力降到0.25MPa左右，低壓調(diào)壓器再使氣體壓力調(diào)整到0.097～0.098MPa。其余部分與LPG燃料供給系統(tǒng)相同。
太陽(yáng)能電池的電流大小與太陽(yáng)光照射強(qiáng)度的大小和太陽(yáng)能電池面積的大小成正比。車用太陽(yáng)能電池將很多太陽(yáng)能電池排列組合成太陽(yáng)能電池板（圖12－20），以產(chǎn)生所需要的大電流和高電壓。
2. 向日自動(dòng)跟蹤器 太陽(yáng)能電池能量的多少取決于太陽(yáng)電池板接收太陽(yáng)輻射能量的數(shù)量，由于相對(duì)位置的不斷變化，太陽(yáng)電池板接受太陽(yáng)輻射能量也在不斷變化。向日跟蹤器的作用就是保持太陽(yáng)電池板正對(duì)著太陽(yáng)，**大限度提高太陽(yáng)電池板接受太陽(yáng)輻射能的能力。
與普通的電控汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)相比，其結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：
以燃?xì)鉃槿剂系钠嚪Q為燃?xì)馄嚒Ｄ壳俺Ｓ玫娜細(xì)馄囉袎嚎s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。
12.2.1 CNGV和LPGV的特點(diǎn)
1.LNGV和LPGV的優(yōu)點(diǎn)
（1）有害氣體排放低 天然氣和液化石油氣在常溫下為氣態(tài)，容易與空氣混合形成均勻的可燃混合氣，燃燒完全，可以大幅度減少CO、HC和微粒的排放。另外，天然氣和液化石油氣的火焰溫度低，因此NOx的排放量也相應(yīng)減少。
（2）熱效率高 天然氣辛烷值高達(dá)130，液化石油氣的辛烷值也在100左右，因此，燃用天然氣或液化石油氣可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，從而獲得較高的發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率。
（3）冷起動(dòng)性和低溫運(yùn)轉(zhuǎn)性能良好 在暖機(jī)期間無(wú)需加濃混合氣。
（4）可以燃用稀混合氣 其燃燒界限寬，稀燃特性優(yōu)越，可以減少NOx的生成和改善燃料經(jīng)濟(jì)性。
（5）延長(zhǎng)潤(rùn)滑油更換周期 因其不稀釋潤(rùn)滑油，可以延長(zhǎng)潤(rùn)滑油更換周期和發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。
2.LNGV和LPGV的缺點(diǎn)
（1）儲(chǔ)運(yùn)性能差 因?yàn)樘烊粴庠诔亍⒊合率菤怏w，所以體積大，儲(chǔ)運(yùn)性能差。目前廣泛采用將天然氣壓縮到20MPa高壓或?qū)⑹蜌鈮嚎s到1.6MPa，充入車用氣瓶?jī)?nèi)儲(chǔ)運(yùn)的辦法，這些氣瓶既增加了汽車自重，又減少了載貨空間。
（2）一次充氣的續(xù)駛里程短。
（3）動(dòng)力性能下降 CNG（壓縮天然氣）或LPG（液化石油氣）均呈氣態(tài)進(jìn)入氣缸，使發(fā)動(dòng)機(jī)充氣系數(shù)降低；另外，與汽油或柴油相比，CNG或LPG的理論混合氣熱值小，因此，燃用CNG或LPG將使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。
12.2.2 CNGV和LPGV的基本結(jié)構(gòu)與原理
CNGV或LPGV的發(fā)動(dòng)機(jī)，多數(shù)是在原汽油機(jī)或柴油機(jī)的基礎(chǔ)上改裝而成，其總體結(jié)構(gòu)與化油器式汽油機(jī)基本相同，只是燃料供給系統(tǒng)有所不同，因此這里只討論CNG和LPG供給系統(tǒng)。
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圖12-12 儲(chǔ)液罐
1-液面觀察窗 2-液面計(jì) 3-氣體輸出閥 4-液體輸出閥 5-燃料加注閥 6-燃料加注口 7-閥門室蓋 8-后行李箱
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圖12-11 LPG供給系統(tǒng)
1-混合器 2-燃料控制電磁閥 3-儲(chǔ)液罐 4-調(diào)節(jié)器
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（1）儲(chǔ)液罐 是一般高壓容器。轎車的儲(chǔ)液罐安裝在后行李箱內(nèi)（圖12－12）。
在燃料加注閥5上設(shè)有過(guò)量安全裝置，當(dāng)加注燃料至規(guī)定液面高度時(shí)，安全裝置自動(dòng)關(guān)閉，以防止燃料加注過(guò)量，為保證安全，規(guī)定燃料加注極限為儲(chǔ)液罐容量的85%。
液體輸出閥4具有自動(dòng)限流功能，當(dāng)輸出流量超過(guò)規(guī)定值或壓差超過(guò)50kPa時(shí)，輸出閥將會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。
（2）燃料控制電磁閥（圖12－13） 其功用是：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)自動(dòng)切斷燃料供給，而發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)電磁閥打開(kāi)，并可根據(jù)溫度的變化自動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣體或液體的切換。
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圖12-14 調(diào)節(jié)器
1-主控制閥臂 2-壓力平衡膜片 3-主控制閥 4-鎖止膜片 5-次級(jí)氣室膜片 6-起動(dòng)電磁閥 7-次級(jí)氣室 8-次級(jí)氣室控制閥 9-燃料切換閥 10-怠速調(diào)整螺釘 11-初級(jí)氣室 12-水道 13-初級(jí)氣室膜片 14-U型卡
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圖12-13 燃料控制電磁閥
1-水溫開(kāi)關(guān) 2-液體輸出電磁閥 3-氣體輸出電磁閥 4-濾清器 5-儲(chǔ)液罐 |
（3）調(diào)節(jié)器（圖12－14） 其功用是對(duì)輸送給混合器的燃料進(jìn)行減壓和計(jì)量。它主要由初級(jí)氣室11和次級(jí)氣室7組成。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，來(lái)自燃料控制電磁閥的燃料經(jīng)主控制閥3、初級(jí)氣室11、次級(jí)氣室7供給混合器。
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圖12-15 初級(jí)氣室工作原理
1-主控制閥 2-主控制閥臂 3-推桿 4-壓力平衡膜片 |
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圖12-16 次級(jí)氣室工作原理
1-鎖止膜片 2-真空氣室 3-彈簧 4-次級(jí)氣室控制閥 5-控制閥臂 |
（4）混合器（圖12－17） 其功用是使調(diào)節(jié)器輸送來(lái)的氣態(tài)燃料與空氣混合，并送往氣缸。
怠速空氣調(diào)節(jié)螺釘1與節(jié)氣門開(kāi)度調(diào)節(jié)螺釘配合，用來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速。燃料主量孔調(diào)節(jié)螺釘4用來(lái)調(diào)節(jié)主供給裝置的燃料供給量，一般是在季節(jié)或使用環(huán)境變化時(shí)調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)器內(nèi)，由于主控制閥和次級(jí)氣室控制閥的節(jié)流減壓作用，使次級(jí)氣室內(nèi)的燃料壓力等于甚至小于大氣壓力，這樣可保證混合器主供給裝置的燃料供給量隨節(jié)氣門開(kāi)度而變化。當(dāng)節(jié)氣門開(kāi)度增大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量增加，同時(shí)主噴嘴處的真空度增加，主供給
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圖12-17 混合器
1-怠速空氣調(diào)節(jié)螺釘 2-怠速空氣量孔 3-主噴嘴 4-燃料主量孔調(diào)節(jié)螺釘 5-彈簧 6-空燃比調(diào)節(jié)器膜片 7-加濃閥 8-主腔節(jié)氣門 9-副腔節(jié)氣門
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圖12-18 CNG供給系統(tǒng)的基本組成
1-車用氣瓶 2-連通閥 3-充氣閥 4-CNG高壓管路 5-輸出閥 6-預(yù)熱閥 7-混合器 8-CNG低壓管路 9-計(jì)量器 10-調(diào)節(jié)器 11-濾清器 12-低壓表 13-高壓表 14-真空軟管 15-截止閥 |
圖12－18所示，CNG儲(chǔ)存于容量為50L的車用氣瓶1內(nèi)，壓力為20MPa。通過(guò)每個(gè)氣瓶上的連通閥2及高壓管路4將各氣瓶連通。CNG從**后一個(gè)氣瓶上的輸出閥5流出，經(jīng)預(yù)熱器4、截止閥15及濾清器11進(jìn)入調(diào)節(jié)器10。在調(diào)節(jié)器內(nèi)，CNG的壓力下降到大氣壓力。低壓的CNG經(jīng)計(jì)量器9和CNG低壓管路8進(jìn)入混合器7，在混合器中與空氣混合后進(jìn)入氣缸。
調(diào)節(jié)器部分包括高壓調(diào)節(jié)和低壓調(diào)節(jié)，它的作用是：①將氣瓶中CNG的壓力由20MPa降低至0.1MPa左右；②在發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)，自動(dòng)停止CNG的輸出；③當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況急劇變化時(shí)，能保證向發(fā)動(dòng)機(jī)正常供氣。
CNG供給系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器及混合器的結(jié)構(gòu)及工作原理與LPG供給系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器及混合器基本相同。
12.3太陽(yáng)能汽車
太陽(yáng)能汽車是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的汽車。太陽(yáng)能是取之不盡、價(jià)格低廉、零污染的理想能源，缺點(diǎn)是要依賴天氣，且能量轉(zhuǎn)換效率低，造價(jià)高。
12.3.1 太陽(yáng)能汽車的基本組成
它主要由太陽(yáng)能電池組、自動(dòng)陽(yáng)光跟蹤系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制器等組成。
1.太陽(yáng)能電池組 它是太陽(yáng)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。
太陽(yáng)能單體電池由半導(dǎo)體材料制成，當(dāng)太陽(yáng)光照射在該半導(dǎo)體材料時(shí)，半導(dǎo)體的電子-空穴對(duì)被激發(fā)，形成“勢(shì)壘”，也就是p-n結(jié)（圖12-19）。
由于勢(shì)壘的存在，在p型層產(chǎn)生的電子向n型層移動(dòng)而帶正電，而在n型層產(chǎn)生的空穴向p型層移動(dòng)而帶負(fù)電，于是在半導(dǎo)體元件的兩端產(chǎn)生p型層為正的電壓，即形成了太陽(yáng)能電池。
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圖12-20 太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能電池板 |
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圖12-19 太陽(yáng)能電池的工作原理 |
3.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 太陽(yáng)能汽車采用的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主要有交流異步電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與EV基本相同（參見(jiàn)12.1.3）。
4. 控制器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能電磁組進(jìn)行管理和對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，其作用與EV控制系統(tǒng)相同（參見(jiàn)12.1.3）。
12.3.2 太陽(yáng)能汽車的工作原理
太陽(yáng)能汽車由太陽(yáng)能電池板在向日自動(dòng)跟蹤器的控制下始終正對(duì)太陽(yáng)，接受太陽(yáng)光，并轉(zhuǎn)換成電能，向電動(dòng)機(jī)供電，再由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛，它實(shí)際上是一種電動(dòng)汽車，其工作原理與串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(SHEV)基本相同。
由于太陽(yáng)能電池的能量較小，而且受天氣的影響，在陰天、下雨時(shí)，太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率降低或停止，所以太陽(yáng)能汽車往往與蓄電池組共同組成太陽(yáng)能混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。當(dāng)太陽(yáng)強(qiáng)烈，轉(zhuǎn)換為電能充足時(shí)，由太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能后，通過(guò)充電器向動(dòng)力電池組充電，也可以由太陽(yáng)能電池板直接提供電能，通過(guò)電流變換器將電流輸送到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)汽車行駛，其驅(qū)動(dòng)模式相當(dāng)于串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（SHEV）。一般采用智能控制系統(tǒng)來(lái)控制其運(yùn)行。當(dāng)太陽(yáng)較弱或陰天，則靠蓄電池組對(duì)外供電。
12.4 直接噴射式汽油機(jī)
汽油機(jī)缸內(nèi)直接噴射（Gasoline Direct Injection，簡(jiǎn)稱GDI）技術(shù)的出現(xiàn)使發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，它可能在21世紀(jì)取代傳統(tǒng)的汽油機(jī)缸外噴射，成為理想的燃燒方式。
12.4.1 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
GDI發(fā)動(dòng)機(jī)也是電控汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的一種，普通的電控汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)是把汽油噴射到進(jìn)氣管或進(jìn)氣支管內(nèi)，而GDI發(fā)動(dòng)機(jī)是把汽油直接噴射到氣缸內(nèi)（圖12－21）。
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圖12-21 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)
1-直立式進(jìn)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(jìn)氣門 11-進(jìn)氣凸輪軸 12-高壓汽油泵 |
1. 直立的進(jìn)氣管道 傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管道一般采用水平布置，而GDI發(fā)動(dòng)機(jī)采用直立式的進(jìn)氣管道，進(jìn)氣阻力更小，提高了充氣效率，與普通發(fā)動(dòng)機(jī)相比功率和扭矩提高10%左右。有的GDI發(fā)動(dòng)機(jī)還采用帶渦流閥（SCV）的螺旋進(jìn)氣管道，利用進(jìn)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(shí)現(xiàn)分層燃燒，降低了**高燃燒溫度，減少NOx的排放量，使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能得到提高。
2. 高壓汽油泵 普通電控汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射壓力為0.3～0.4MPa，而GDI發(fā)動(dòng)機(jī)采用高壓汽油泵，其噴射壓力可達(dá)5MPa。高壓噴射提高了霧化質(zhì)量，微小汽油油滴瞬時(shí)蒸發(fā)，彌補(bǔ)了因向缸內(nèi)直接噴射而造成的混合氣形成時(shí)間短、空間小的缺陷，保證了混合氣的質(zhì)量。
3. 高壓旋流噴油器 它被安裝在氣缸上，直接向氣缸噴油，每缸一個(gè)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(nèi)分布更合理，對(duì)縮短混合氣形成時(shí)間更為有利。此外，噴油器的噴射方式可根據(jù)燃燒方式調(diào)節(jié)。
4. 彎曲頂面活塞 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)采用獨(dú)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(diǎn)燃實(shí)現(xiàn)分層燃燒。火花塞附近的混合氣被點(diǎn)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。
12.4.2 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)
1. 汽油直接噴射到氣缸內(nèi)，汽油噴射的位置、時(shí)刻、數(shù)量可控。使GDI發(fā)動(dòng)機(jī)在點(diǎn)火的瞬時(shí)，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(dòng)機(jī)起動(dòng)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(shí)現(xiàn)稀薄燃燒和分層燃燒。
2. 能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)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 小負(fù)荷工況采用超稀混合氣燃燒方式。在壓縮行程后期將汽油噴入氣缸，并利用彎曲頂面活塞形成的擠壓渦流，在火花塞附近形成較濃的混合氣層，但在整個(gè)氣缸內(nèi)的混合氣為超稀混合氣，空燃比為25～40。
（2）稀混合氣燃燒方式 中等負(fù)荷工況采用稀混合氣燃燒方式。在進(jìn)氣行程將汽油噴入氣缸，整個(gè)氣缸內(nèi)的混合氣為稀混合氣，空燃比為20～25。
（3）濃混合氣燃燒方式 大負(fù)荷工況采用濃混合氣燃燒方式。在進(jìn)氣行程噴入氣缸，并利用壓縮行程產(chǎn)生的擠氣渦流形成均勻的混合氣，但整個(gè)氣缸內(nèi)的混合氣為濃混合氣，空燃比約為12.5，比理論混合氣（空燃比為14.7）稍濃。
綜上所述，由于GDI發(fā)動(dòng)機(jī)采取了稀薄燃燒和分層燃燒等技術(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性和排放性能大幅度提高，一般油耗可降低35%～40%，CO和HC的排放量減少30%左右，NOx的排放量減少95%左右。由于GDI發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率提高，使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性提高10%左右。GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)采用微機(jī)控制，利用爆燃傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制，能有效地消除爆燃現(xiàn)象。GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的不足之處，由于采用稀薄燃燒，使得傳統(tǒng)的三元催化轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率大大降低，甚至不能發(fā)揮
作用，必須使用專門研制的催化轉(zhuǎn)換器。
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本章小結(jié)
1.電動(dòng)汽車是依靠電能驅(qū)動(dòng)的車輛，它具有零排放的極大優(yōu)點(diǎn)。按其使用的動(dòng)力源可分為三類：蓄電池電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、燃料電池電動(dòng)汽車。
2.蓄電池電動(dòng)汽車主要由電池組、控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等組成，其中控制系統(tǒng)與使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的形式有關(guān)。電池組輸出的直流電經(jīng)逆變器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤虢涣麟妱?dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪。
3.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是將電力驅(qū)動(dòng)與輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮二者各自的優(yōu)勢(shì)及二者相結(jié)合產(chǎn)生的優(yōu)勢(shì)的車輛，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車按其能量耦合方式的不同可分為：串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種方式。
4.燃料電池汽車是應(yīng)用燃料電池作為動(dòng)力的電動(dòng)汽車，按氫氣供給方式，燃料電池汽車分為兩種：非改質(zhì)型、改質(zhì)型。燃料電池產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)控制器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤腧?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪。
5.以壓縮天然氣和液化石油氣為燃料的汽車，稱為壓縮天然氣汽車（CNGV）和液化石油氣汽車（LPGV），它們是一種低污染汽車。其基本結(jié)構(gòu)除燃料供給系統(tǒng)與化油器式汽油機(jī)的汽車有所區(qū)別，其余基本相同。CNG和LPG供給系統(tǒng)主要有儲(chǔ)液（氣）罐、調(diào)節(jié)器、混合器等組成。
6.太陽(yáng)能汽車是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的汽車，由太陽(yáng)能電池組成供電系統(tǒng)，向電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。太陽(yáng)能汽車由太陽(yáng)能電池、蓄電池組、電動(dòng)機(jī)、控制器和自動(dòng)陽(yáng)光跟蹤系統(tǒng)等。太陽(yáng)能汽車一般與蓄電池共同組成太陽(yáng)能混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。
7.GDI發(fā)動(dòng)機(jī)是把汽油直接噴射到氣缸內(nèi)。與普通的電控汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)相比，其結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：①采用直立的進(jìn)氣管道，②采用高壓汽油泵，③采用高壓旋流噴油器，④采用彎曲頂面活塞。它實(shí)現(xiàn)了混合氣的稀薄燃燒和分層燃燒。 |
【復(fù)習(xí)思考題】
1.名詞解釋：EV、HEV、FCEV、CNGV、LPGV、燃料電池、太陽(yáng)能電池、太陽(yáng)能汽車、直噴式汽油機(jī)、稀薄燃燒。
2.為什么要發(fā)展電動(dòng)汽車？目前內(nèi)燃機(jī)汽車存在那些不可克服的缺陷？
3.試述蓄電池電動(dòng)汽車的基本組成及工作原理。
4.試述混和動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作原理。
5.試述燃料電池的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。
6.試述燃料電池汽車的分類、基本結(jié)構(gòu)與工作原理。
7.你對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展前景如何認(rèn)識(shí)？
8.試述CNGV、LPGV優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)發(fā)展燃?xì)馄嚾绾握J(rèn)識(shí)？
9.試述CNG、LPG供給系統(tǒng)的基本組成。
10.試述太陽(yáng)能汽車的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。
11.試述汽油直噴式汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作特點(diǎn)。
【補(bǔ)充閱讀材料】
世界FCEV的發(fā)展現(xiàn)狀
l 1987年，美國(guó)在大客車上實(shí)驗(yàn)采用磷酸燃料電池（PAFC）
l 1991年，美國(guó)采用甲醇為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池（PENFC）
l 1992年，美國(guó)能源政策法（EPACT）強(qiáng)調(diào)要開(kāi)發(fā)燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）
l 1993年，戴姆勒-奔馳汽車公司推出了NecarⅠ～Necar Ⅳ等系列FCEV
l 2000年3月，美國(guó)通用汽車公司推出了燃料電池的歐寶面包車
l 2000年，戴姆勒-克萊斯勒汽車公司又推出了Necar V系列FCEV
l 2000年，寶馬汽車公司與德?tīng)柛９竞献鏖_(kāi)發(fā)車用固體氧化物燃料電池（IFC），并配置7種系列轎車
l 2000年，加拿大Ballard燃料電池公司**新燃料電池Mark900型面市
l 2000年，日本本田汽車公司新開(kāi)發(fā)的FCX-V3型4座燃料電池電動(dòng)汽車
l 通用汽車公司宣布在2004年生產(chǎn)燃料電池的商品車
發(fā)表于 @ 2008年06月06日 07:30:00 |點(diǎn)擊數(shù)（）
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