《汽车发动机原理》课件

汽车发动机原理欢迎学习《汽车发动机原理》课程本课程将深入探讨汽车发动机的工作原理、构造与性能，帮助您全面了解现代汽车动力系统的核心技术我们将从基础概念出发，逐步深入到发动机的各个系统和工作过程，并探讨未来发展趋势无论您是汽车工程专业的学生，还是对汽车技术感兴趣的爱好者，本课程都将为您提供系统而全面的知识体系，助您掌握汽车发动机的核心技术和创新发展课程概述课程目标学习内容12通过本课程的学习，您将课程内容包括发动机概述掌握发动机的基本工作原、基本构造、工作过程、理，熟悉各类发动机的构性能指标、燃烧过程、排造特点和性能参数，能够放控制、电控系统以及新分析发动机工作过程中的能源动力系统等十个章节物理化学变化，理解现代每章均包含理论知识和发动机控制系统的工作机实际应用案例，帮助您全制，并了解新能源汽车动面理解发动机技术力系统的基本原理考核方式3课程考核采用多元化评价体系，包括平时作业（）、课堂20%讨论（）、实验报告（）和期末考试（）通过10%30%40%理论与实践结合的方式，全面评估学习成果第一章发动机概述发动机的定义发动机的分类发动机在汽车中的作用发动机是将其他形式的能量转化为机按燃料类型可分为汽油发动机、柴油发动机作为汽车的心脏，提供行驶所械能的装置汽车发动机主要是指内发动机和气体燃料发动机等；按冲程需的动力，其性能直接影响汽车的加燃机，它通过燃料在密闭空间内燃烧可分为四冲程和二冲程；按气缸排列速性、经济性、可靠性和环保性等关释放的热能转化为机械能，从而驱动方式可分为直列式、型和水平对置式键指标发动机性能的提升是汽车技V汽车行驶等；按冷却方式可分为水冷式和风冷术进步的核心驱动力之一式发动机的基本类型汽油发动机柴油发动机其他类型发动机汽油发动机使用火花塞柴油发动机采用压缩自包括旋转活塞发动机（点火，燃料为汽油，压燃方式点火，燃料为柴如万克尔发动机）、气缩比较低（通常为油，压缩比高（通常为体燃料发动机（如天然8-），转速范围宽，），扭矩大，气发动机、液化石油气1214-22功率输出平稳，噪音较热效率高，燃油经济性发动机）以及新型动力小常用于轿车、摩托好主要应用于卡车、系统（如燃料电池、混车等对平顺性要求较高客车以及部分和豪合动力系统等）这些SUV的车型其特点是结构华轿车其特点是耐用特殊类型发动机各有其相对简单，维护成本低性强，但噪音和振动较特点和应用场景，代表，但燃油经济性相对较大着动力技术的多元化发差展方向发动机的工作原理内燃机原理内燃机的基本原理是在密闭的气缸内燃烧燃料，利用燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功，并通过曲柄连杆机构将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动这一过程涉及复杂的热力学和流体力学过程，是现代工程学的重要应用四冲程循环四冲程发动机工作循环包括进气、压缩、做功和排气四个冲程，完成一个工作循环需要曲轴旋转两周（°）这是目前最常用的发动机工作方720式，具有效率高、排放低的特点大多数现代汽车都采用这种循环方式二冲程循环二冲程发动机将四个工作过程压缩为两个冲程完成，一个工作循环只需曲轴旋转一周（°）这种发动机结构简单，功率密度高，但燃油360经济性和排放控制较差，主要用于小型设备如摩托车、割草机等四冲程发动机工作原理（）1进气冲程1在进气冲程中，活塞从上止点向下止点运动，进气门打开，排气门关闭气缸内形成负压，新鲜空气（或空气燃油混合物）-被吸入气缸这一过程中，曲轴旋转°，气缸容积从最小180值增加到最大值，为燃烧提供必要的氧气和燃料压缩冲程2压缩冲程开始时，进排气门均关闭，活塞从下止点向上止点运动气缸内的混合气被压缩，温度和压力迅速升高对于汽油机，混合气被压缩到原体积的；对于柴油机，压缩1/8-1/12比更高，可达高压缩比有利于提高热效率和输1/14-1/22出功率四冲程发动机工作原理（）2做功冲程1做功冲程（也称为爆发冲程或膨胀冲程）是发动机产生动力的关键阶段在汽油机中，火花塞产生电火花点燃压缩的混合气；在柴油机中，高温高压环境使喷入的柴油自行点燃燃烧产生的高温高压气体推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆驱动曲轴旋转，输出机械功排气冲程2排气冲程时，进气门关闭，排气门打开，活塞从下止点向上止点运动，将燃烧后的废气排出气缸当活塞再次到达上止点时，一个完整的工作循环结束排气过程的效率直接影响下一循环的充气效率和发动机的整体性能在高速工况下，良好的排气设计尤为重要二冲程发动机工作原理上行程上行程将进气、压缩合并为一个冲程当活塞向上运动时，气缸内混合气被压缩，同时活塞底部创造负压，通过进气道将新鲜混合气吸入曲轴箱接近上止点时，压缩的混合气被点燃，产生高压推动活塞向下运动这一过程简化了气门系统，但增加了混合气直接流失的可能性下行程下行程合并了做功和排气过程活塞向下运动时，一方面在气缸内膨胀做功；另一方面压缩曲轴箱内的新鲜混合气当活塞下行至一定位置时，排气门（通常是排气孔）打开，废气排出；随后进气门（通常是输气孔）打开，预压缩的新鲜混合气进入气缸，同时帮助排出剩余废气这种气体交换过程效率较低第二章发动机的构造发动机主要部件概述发动机系统分类发动机由静止部件和运动部件两大类现代发动机由多个功能系统组成，主组成静止部件包括气缸体、气缸盖要包括曲柄连杆机构、配气机构、进、曲轴箱等，它们构成发动机的基本气系统、燃油系统、冷却系统、润滑框架和工作空间；运动部件包括活塞系统、点火系统（汽油机）和起动系

12、连杆、曲轴等，它们实现能量转换统等每个系统都有特定的功能，相和传递这些部件通过精密配合，共互配合确保发动机正常运行电控系同完成复杂的能量转换过程统则统筹管理多个系统的协调工作发动机主要部件（）1气缸体气缸盖气缸体是发动机最重要的基础部件，气缸盖安装在气缸体上部，封闭气缸内部设有气缸套，形成活塞往复运动，形成燃烧室它安装有进排气门、的工作空间它还包含冷却水套、润火花塞（汽油机）或喷油器（柴油机滑油道等通道，并为其他部件提供安），内部设有冷却水道和润滑油道装基础气缸体通常采用铸铁或铝合气缸盖材料多为铝合金，复杂的内部金材料制造，需要具备足够的强度、结构使其成为发动机中最为精密的铸刚度和耐热性现代气缸体设计注重件之一气缸盖与气缸体之间通过气轻量化和散热性能缸垫密封曲轴箱曲轴箱位于气缸体下部，为曲轴提供支撑和润滑它还具有储存机油、固定机油泵和收集曲轴箱废气的功能现代一体式发动机中，曲轴箱通常与气缸体铸为一体；在分体式设计中，则作为独立部件与气缸体连接曲轴箱下部安装有油底壳，用于储存发动机润滑油发动机主要部件（）2活塞连杆活塞是发动机内唯一做往复运动的连杆连接活塞和曲轴，将活塞的往部件，直接承受燃烧气体的高温高复直线运动转变为曲轴的旋转运动压它通过活塞环与气缸壁密封，连杆由小头、杆身和大头组成，防止气体泄漏和机油窜入燃烧室小头通过活塞销与活塞连接，大头活塞材料通常为铝合金，结构包括通过轴承与曲轴连接连杆材料多顶部、裙部和销孔现代活塞设计为合金钢或钛合金，需要兼顾强度注重轻量化、高强度和良好的散热、刚度和轻量化现代连杆通常采性能，部分高性能发动机采用锻造用形或形截面设计，以优化I H活塞以提高强度强度和重量比曲轴曲轴将连杆传递的力转化为旋转力矩输出，是发动机动力传递的核心部件它由主轴颈、连杆轴颈、平衡重和法兰等部分组成曲轴通常使用合金钢铸造或锻造而成，表面经过硬化处理以提高耐磨性曲轴的平衡性直接影响发动机的振动和平顺性，因此制造精度要求极高发动机主要部件（）3配气机构凸轮轴气门配气机构控制进排气门的开闭时机和开度凸轮轴是配气机构的核心部件，通过凸轮气门分为进气门和排气门，负责控制气体，确保气缸在适当时刻吸入新鲜混合气和的旋转运动控制气门的开闭四冲程发动进出气缸进气门通常较大以促进充气，排出废气该机构包括凸轮轴、气门、气机的凸轮轴转速为曲轴转速的一半凸轮排气门面临更高的温度和腐蚀性环境气门弹簧、推杆（部分发动机）等部件现轴材料通常为合金钢或铸铁，表面经淬火门材料需耐高温，排气门常采用耐热钢代发动机普遍采用顶置凸轮轴设计，减少处理以提高耐磨性现代发动机常采用可现代发动机气门多采用蘑菇状设计，与气运动部件，提高响应速度和可靠性变气门正时技术，通过调整凸轮轴相位优门座形成良好的密封，部分高性能发动机化不同工况下的发动机性能采用钠填充气门以加强散热发动机系统概述电控管理系统统筹协调各系统工作1燃油系统点火系统/2提供燃料和点火能量进气系统排气系统/3确保气体交换效率冷却系统润滑系统/4维持正常工作环境机械基础系统5提供基本动力转换发动机由多个相互关联的系统组成，共同确保高效、可靠的运行底层的机械基础系统（曲柄连杆机构和配气机构）实现基本的能量转换；冷却系统和润滑系统为发动机提供适宜的工作环境；进气系统和排气系统保证高效的气体交换；燃油系统和点火系统负责能量供应和转化；最上层的电控管理系统则统筹协调各系统的工作，优化整体性能进气系统空气滤清器空气滤清器是进气系统的第一道关卡，负责过滤空气中的灰尘和杂质，防止它们进入气缸造成磨损现代滤清器多采用纸质或合成纤维滤芯，兼顾过滤效率和气流阻力部分高性能车型采用进气温度控制系统，根据工况选择冷空气或热空气进入，优化燃烧效率进气歧管进气歧管连接节气门体和气缸进气道，将空气（或混合气）均匀分配到各气缸其设计直接影响充气效率和功率输出现代进气歧管多采用变长技术，能根据发动机转速调整进气道长度，利用气流共振效应提高充气效率高端发动机采用的可变进气歧管系统可大幅提升宽转速范围的性能表现节气门节气门（汽油机）控制进入发动机的空气量，是驾驶员控制发动机输出功率的主要手段传统节气门为机械连接式，现代汽车多采用电子节气门，由根据驾驶员需求、发动机工况等因素精确控制开度节气门ECU体内通常还设有怠速控制阀和节气门位置传感器，以实现精确控制燃油系统（汽油机）燃油泵电动燃油泵通常安装在油箱内，负责将燃油从油箱输送到喷油器现代燃油泵多为电动离心式，工作电压为，可产生的燃油压力系统通常包含回12V3-5bar油管路设计，使多余燃油回流至油箱，同时起到冷却燃油泵的作用为确保可靠性，燃油泵采用浸没式设计，依靠燃油自身冷却燃油滤清器燃油滤清器安装在燃油泵与喷油器之间，过滤燃油中的杂质和水分，防止喷油器堵塞和损坏现代滤清器常采用纸质或聚合物滤芯，过滤精度可达微米以下10部分高端车型配备带水分离功能的滤清器，可有效防止燃油中的水分对发动机造成损害定期更换滤清器是维护发动机健康的重要措施喷油器喷油器是燃油系统的核心部件，负责将燃油喷入进气歧管（间接喷射）或直接喷入气缸（直接喷射）现代喷油器多为电磁式，由控制开启时间和频率高ECU端发动机采用压电式喷油器，响应速度更快，可实现多次喷射喷油器的喷嘴设计直接影响雾化效果和燃烧效率，是燃油系统的精密核心燃油系统（柴油机）高压共轨系统1现代柴油机的主流技术，将燃油压力产生和喷射控制分离，实现精确控制喷油泵2产生高达以上的系统压力，为精确喷射提供保障2000bar喷油器3电控喷油嘴精确控制喷射时机、持续时间和喷射量高压共轨系统（）是现代柴油机的核心技术，将燃油增压和喷射控制分离高压油泵持续向共轨提供高压燃油（最高可Common Rail达），形成燃油储能器，确保各缸喷油器拥有相同且稳定的燃油压力电控喷油器可在一个工作循环内实现多次喷射（预2500bar喷射、主喷射和后喷射），显著改善燃烧过程，降低噪音和排放与传统柴油系统相比，高压共轨技术通过更高的喷射压力和更精确的电子控制，大幅提升柴油机性能，降低排放，提高燃油经济性，使柴油机能够满足严格的排放法规要求点火系统火花塞1火花塞是点火系统的终端，在气缸内产生电火花点燃混合气现代火花塞由中心电极、绝缘体、外壳和侧电极组成其热值（热型）需与发动机匹配，电极间隙通常为高性能发动机采用铂金或铱金电极以提高寿命和点

0.7-

1.1mm火效率火花塞的正确选择和维护对发动机性能和燃油经济性有重要影响点火线圈2点火线圈将电池的低电压（）转变为火花塞所需的高电压（12V20,000-）现代汽车普遍采用独立点火线圈（每缸一个）设计，消除了分电40,000V器和高压导线，提高了可靠性点火线圈包含初级和次级绕组，利用电磁感应原理产生高压电子控制系统精确控制点火能量和时机，优化不同工况下的点火效果分电器3传统点火系统中的分电器负责将高压电按点火顺序分配到各个气缸它包含断电器、凸轮、分电盘和真空提前装置等部件现代发动机多采用无分电器点火系统（）或直接点火系统（），由直接控制每个点火线圈，精度DIS COPECU更高，可靠性更好，维护需求更少，同时支持气缸独立点火控制策略冷却系统水泵散热器强制循环冷却液，通常由发动机皮带驱动1将冷却液热量散发到空气中的热交换器2水套节温器4发动机内部的冷却液通道，围绕气缸和燃控制冷却液流向，保证发动机迅速达到并3烧室维持最佳工作温度现代汽车发动机冷却系统采用闭式强制循环水冷方式水泵驱动冷却液在系统内循环，吸收发动机热量后经散热器冷却节温器根据冷却液温度自动调节流向，冷机时将冷却液限制在小循环内加速升温，达到工作温度后开启大循环进行散热电子控制风扇根据发动机负荷和环境温度调整转速，优化冷却效果和能耗先进的发动机采用精确温度管理系统，可根据工况精确控制各部件温度，提高燃油经济性和降低排放润滑系统机油泵油道1产生油压，驱动机油循环分布在发动机各部位的润滑油通道2油底壳机油滤清器4储存发动机润滑油的容器3过滤机油中的杂质和金属颗粒发动机润滑系统采用压力润滑方式，由机油泵将储存在油底壳中的润滑油加压送入主油道，然后通过分油道分配到各润滑点，形成油膜减少摩擦和磨损润滑油同时起到冷却、清洁和密封的作用，对发动机寿命至关重要现代发动机润滑系统通常配备机油压力传感器和油位传感器，监控系统状态高端发动机采用可变排量机油泵，根据需求调整油压，降低能耗机油冷却器在高负荷工况下控制机油温度，防止过热导致润滑性能下降定期更换优质机油和滤清器是维护发动机健康的基础第三章发动机的工作过程理论循环实际循环理论循环是理想化的热力学过程，忽略了诸多实际因素的影实际循环与理论循环有显著差异，主要由于工质不是理想气响根据不同的理想化假设，内燃机理论循环主要包括等容体、气体交换不完全、燃烧不完全、热损失、机械摩擦、气循环（奥托循环）、等压循环（狄塞尔循环）和混合循环（体泄漏等因素实际循环分析需要考虑这些影响因素，通过萨巴德循环）理论循环分析是发动机热力学研究的基础，实验测试和数值模拟等方法研究发动机的实际工作过程，为为发动机设计和性能分析提供理论依据提高发动机性能提供实践指导理论循环奥托循环柴油循环萨巴德循环奥托循环是汽油机的理论柴油循环（狄塞尔循环）萨巴德循环（混合循环）循环，其特点是等容吸热是柴油机的理想化循环，结合了奥托循环和柴油循（燃烧）和等容放热理特点是等压吸热（燃烧）环的特点，燃烧过程分为想条件下，奥托循环包括和等容放热它包括绝热等容吸热和等压吸热两个四个基本过程绝热压缩压缩、等压吸热、绝热膨阶段这更接近实际柴油、等容吸热、绝热膨胀和胀和等容放热四个过程机的工作过程，因为实际等容放热奥托循环的热柴油循环的热效率不仅与柴油机的燃烧过程既有预效率主要由压缩比决定，压缩比有关，还与燃烧程混合燃烧阶段（近似等容压缩比越高，热效率越高度（切断比）相关由于）又有扩散燃烧阶段（近，但受到燃料抗爆性的限没有预混合燃烧，柴油机似等压）萨巴德循环比制可以采用更高的压缩比柴油循环更准确地反映了实际柴油机的热力过程奥托循环热效率奥托循环的热效率理论上可表示为ηη=1-1/rᵏ⁻¹，其中r为压缩比，k为绝热指数（通常约为）从公式可见，热效率

1.4随压缩比增加而提高但实际汽油机压缩比受到燃料抗爆性的限制，一般在之间8-12现代技术如直喷、可变压缩比等旨在提高压缩比同时避免爆震，从而提高热效率图p-V图T-s奥托循环的压力体积图清晰展示了工质在-温度熵图反映热力过程的不可逆性在-T-s循环中的状态变化段为绝热压缩，压1-2图中，段绝热压缩表现为垂直线（理想1-2力和温度迅速升高；段为等容吸热（模2-3情况下熵不变）；段等容吸热表现为向2-3拟燃烧过程），压力瞬间升至最高点；3-4右上方的曲线，熵增加；段绝热膨胀为3-4段为绝热膨胀，做功输出；段为等容放4-1垂直线；段等容放热为向左下方曲线，4-1热，完成循环图中的封闭面积代表循p-V熵减少图有助于分析循环中的热量转T-s环的净功输出，是评估发动机性能的重要参换和不可逆损失，为提高热效率提供理论依数据柴油循环热效率柴油循环的热效率η可表示为η=1-1/rᵏ⁻¹×ρᵏ-1/k×ρ-，其中为压缩比，为膨胀比，为绝热指数柴油循环的热效率不1rρk仅与压缩比有关，还受切断比（膨胀比与压缩比之比）影响实际柴油机可采用较高压缩比（），因此尽管理论效率公式不如奥托循环14-22，但实际热效率通常更高图T-s柴油循环的图中，段为熵不变的绝热压缩；段等压吸热表T-s1-22-3现为向右上方的曲线，熵大幅增加；段为熵不变的绝热膨胀；3-44-1段等容放热为向左下方曲线与奥托循环相比，柴油循环在高温区的热量吸收效率较低，这是其理论热效率稍低于同等压缩比奥托循环的主要原因图p-V柴油循环（狄塞尔循环）的图呈现了与奥托循环不同的特点p-V1-2段仍为绝热压缩；但段变为等压吸热，体积增加（模拟柴油喷入后2-3的持续燃烧）；段为绝热膨胀做功；段为等容放热由于等压3-44-1燃烧的特性，柴油循环的最高压力通常低于相同压缩比下的奥托循环，这有利于降低机械负荷萨巴德循环热效率萨巴德循环的热效率计算比奥托循环和柴油循环更为复杂，需要考虑等容和等压两个吸热阶段的比例一般而言，其热效率高于纯柴油循环但低于同等压缩比的奥托循环萨巴德循环的理论分析对优化现代柴油机的燃烧过程具有重要指导意义，尤其是在调整预混合燃烧与扩散燃烧比例以平衡性能、油耗和排放方面图p-V萨巴德循环（混合循环）的图结合了奥托循环和柴p-V油循环的特点段为绝热压缩；段为等容吸热1-22-3（模拟燃烧初期的预混合阶段）；段为等压吸热（3-4模拟随后的扩散燃烧阶段）；段为绝热膨胀做功；4-5段为等容放热这种复合燃烧模式更接近实际柴油5-1图T-s机的工作过程，尤其是现代高速柴油机萨巴德循环的图显示了更为复杂的热力学过程T-s1-段为熵不变的绝热压缩；段等容吸热表现为向右22-3上方曲线；段等压吸热继续增加熵；段为熵不3-44-5变的绝热膨胀；段等容放热完成循环图反映5-1T-s了萨巴德循环在热力学特性上介于奥托循环和柴油循环之间，兼具两者的优点实际循环与理论循环的差异热损失机械损失12理论循环假设气缸是绝热的，而实理论循环忽略了机械摩擦，而实际际发动机存在显著的热损失约发动机中约的指示功率10-15%的燃料热量通过冷却系统和被曲柄连杆机构、配气机构、附属30%排气系统散失燃烧室壁面和活塞设备等的摩擦消耗活塞环与气缸顶部的热传导导致工质温度和压力壁的摩擦占最大比例，其次是轴承低于理论值，降低热效率现代发摩擦低摩擦表面处理、优化润滑动机通过优化燃烧室形状、使用陶系统和降低附件驱动功率是减少机瓷涂层等措施减少热损失，部分高械损失的主要手段低粘度机油的效柴油机可将热效率提高到应用也显著降低了现代发动机的摩45%以上擦损失泵气损失3理论循环假设气体交换过程是瞬时完成的，而实际发动机进排气过程需要克服阻力，消耗功率，被称为泵气损失尤其在汽油机低负荷工况下，节气门节流造成显著的泵气损失可变气门正时、气门升程控制、缸内直喷等技术有助于减少泵气损失柴油机由于不使用节气门控制负荷，泵气损失较小，这是其部分负荷效率优于汽油机的重要原因第四章发动机的性能指标100kW200N·m220g/kWh功率扭矩燃油消耗率衡量发动机做功能力的指标，通常以千瓦或衡量发动机驱动能力的指标，通常以牛顿米衡量发动机经济性的指标，单位功率的燃油消耗kW马力表示表示量HP N·m发动机性能指标是评价发动机优劣的重要依据功率反映了发动机的最大输出能力，直接关系到汽车的最高速度；扭矩则与汽车的加速性和爬坡能力密切相关，尤其是低速扭矩对驾驶感受影响显著；燃油消耗率反映了发动机的经济性，是消费者购车考虑的重要因素这三个核心指标相互关联又有所侧重现代发动机开发追求在宽广转速范围内提供充足扭矩，同时保持较低的燃油消耗率涡轮增压、可变气门正时、缸内直喷等技术的广泛应用，使得现代发动机在保持高功率输出的同时，显著提高了燃油经济性发动机功率有效功率冷却系统热损失排气损失机械摩擦损失发动机功率分为指示功率和有效功率指示功率是气体在气缸内做功产生的理论功率，通过示功图测量获得；有效功率是发动机实际输出到曲轴上的功率，通过测功器直接测量二者之差为机械损失功率，主要由摩擦、驱动附件等消耗机械效率₍₎是有效功率与指示功率之比现代汽油机的机械效率在之间，柴油机由于压缩比高、摩擦损失大，机械效率略低，在之间提高机械效率的ηm75%-85%70%-80%措施包括优化零部件设计、采用低摩擦材料和涂层、改进润滑系统和减少驱动附件功率消耗等发动机扭矩扭矩功率N·m kW扭矩是评价发动机驱动能力的重要指标，定义为作用在曲轴上的旋转力矩，单位为牛顿米扭矩与功率存在明确关系功率扭矩×转速÷从N·m kW=N·m rpm9549公式可见，相同扭矩下，转速越高，功率越大扭矩曲线反映了发动机在不同转速下的输出特性理想的扭矩曲线在低速时迅速上升，在中速范围内保持高位平台，然后在高速时缓慢下降涡轮增压、可变气门正时等技术能够拓宽扭矩曲线，改善发动机在各种工况下的驾驶性能日常驾驶中，扭矩感受比功率数值对驾驶者体验影响更大燃油消耗率燃油消耗率是衡量发动机经济性的重要指标，定义为单位功率输出所消耗的燃油质量，单位为该指标越低，表明发动机的经济性越好与百公里油耗不同，燃油消耗率不g/kWh受车辆重量、空气动力学特性等因素影响，能够直接反映发动机本身的效率影响燃油消耗率的因素包括热效率、机械效率、燃烧效率等提高燃油经济性的技术包括高压缩比、缸内直喷、可变气门正时、涡轮增压小排量化、怠速启停等现代高效汽油机的最低燃油消耗率约为，高效柴油机可达到左右值得注意的是，最低燃油消耗率通常出现在中等负荷和中等转速工况220g/kWh190g/kWh发动机特性曲线外特性曲线负荷特性曲线速度特性曲线外特性曲线反映了发动机在全负荷（节气门负荷特性曲线表示在恒定转速下，发动机功速度特性曲线表示在恒定负荷下，发动机参全开或最大燃油供给量）条件下，功率、扭率、燃油消耗率等参数随负荷变化的规律数随转速变化的规律它反映了发动机在变矩和燃油消耗率随转速变化的规律它代表它对评价发动机的经济性、稳定性、排放水速工况下的性能表现，对控制系统开发和换了发动机在各转速下的最大输出能力，是评平具有重要意义一般情况下，随着负荷增挡策略制定具有指导意义通常，随着转速价发动机动力性的重要依据通常功率随转加，发动机比油耗先减小后增大，在增加，发动机比油耗呈型变化，在中等转75%-U速增加先增大后减小，在最高转速附近达到负荷时达到最低值负荷特性对发动机速区达到最低值速度特性曲线为发动机工85%最大值；扭矩呈现驼峰状曲线，在中等转在部分负荷工况（如巡航）下的性能优化尤作区域选择和匹配提供了重要参考速达到最大值为重要第五章汽油机燃烧过程火花点火燃烧阶段异常燃烧汽油机采用火花塞产生电火花点燃混合气，点火汽油机燃烧过程分为点火延迟期、火焰传播期和异常燃烧包括爆震、预燃和回火等现象爆震是时刻通常在上止点前°°曲轴转角点火后燃烧期三个阶段点火延迟期虽然没有明显热未燃混合气自燃引起的高频压力波动，会导致发8-40系统需提供足够的点火能量（约）量释放，但对后续燃烧影响显著；火焰传播期是动机损坏；预燃是混合气在火花前自燃；回火是30-100mJ，确保在各种工况下可靠点火点火提前角是影主要放热阶段，压力和温度迅速上升；后燃烧期混合气在进气管中被点燃异常燃烧不仅降低性响汽油机性能、经济性和排放的关键参数，由电燃烧逐渐完成，热量释放减缓完整燃烧过程通能，还可能造成严重损坏防止异常燃烧是汽油控单元根据多种因素实时调整常持续°°曲轴转角机设计和控制的重要目标60-80火花点火点火时刻点火能量点火提前角点火时刻通常以曲轴转角表示，称为点火提前点火能量是确保可靠点火的关键传统点火系最佳点火提前角使燃烧产生的最大压力出现在角由于混合气燃烧需要一定时间，点火通常统能量约为，现代高能点火系统活塞下行°°左右，此时转化效率最30-50mJ10-15在活塞到达上止点前进行在怠速时，点火提可达点火能量过低会导致点火高点火过早会导致压力过早上升，形成负功80-100mJ前角通常为°°；随着转速和负荷增加不良，特别是在高速、高负荷或稀薄燃烧工况；点火过晚则导致做功冲程中压力不足，输出8-15，点火提前角增大，高速重负荷工况可达下点火能量由点火线圈储存的磁场能量转化功率下降现代发动机通过闭环控制系统精确°左右现代电喷发动机的点火提前角由而来，点火线圈充电时间（通电时间）是控制调整点火提前角，在保证动力输出的同时，避40根据转速、负荷、温度、爆震等因素综点火能量的主要手段部分先进发动机采用多免爆震发生，并最小化排放ECU合确定火花技术，在单个循环内产生多次放电，提高点火可靠性汽油机燃烧阶段点火延迟期1点火延迟期是从火花放电开始到有明显热量释放之间的阶段，通常持续约°°10-15曲轴转角这一阶段虽无明显压力上升，但混合气通过一系列化学反应产生活性自由基，为后续燃烧奠定基础影响点火延迟期的因素包括混合气成分、温度、压力、湍流度和火花能量等混合气过浓、过稀或温度过低都会延长点火延迟期，不利于燃烧稳定性火焰传播期2火焰传播期是主要热量释放阶段，持续约°°曲轴转角火焰核从火花塞处向30-40四周传播，逐渐覆盖整个燃烧室此阶段气缸压力迅速上升，达到循环中的最高值火焰传播速度是影响燃烧效率的关键参数，受混合气浓度、湍流强度、燃烧室形状等因素影响紧凑型燃烧室设计和双火花塞技术可缩短火焰传播路径，提高燃烧速率后燃烧期3后燃烧期是燃烧结束阶段，通常持续约°°曲轴转角此时燃烧室内剩余混合20-30气在不断膨胀的环境中继续燃烧，热量释放率逐渐降低后燃烧期过长会降低热效率，同时增加和排放理想燃烧过程应在活塞下行至下止点前三分之一行程处基本完HC CO成高湍流度燃烧室设计和优化的混合气配比有助于缩短后燃烧期，提高燃烧效率汽油机异常燃烧爆震预燃回火爆震是未燃混合气在正常火焰传播前自燃预燃是指混合气在火花塞点火前自行点燃回火是混合气在进气门或进气管内燃烧的引起的剧烈燃烧现象当混合气温度和压的现象通常由燃烧室内的热点（如过热现象，常表现为进气系统发出爆炸声回力超过自燃点时，火焰前端的未燃混合气的排气门、火花塞或积碳）引起预燃会火主要由三类原因导致混合气过稀燃烧会自行点燃，形成多个燃烧源，导致压力导致做功冲程过早开始，压力升高过快，缓慢；排气门密封不良导致高温废气进入急剧波动，产生金属敲击声爆震会导致不仅降低输出功率，还会造成发动机机械进气管；点火系统故障导致上一循环的混活塞、活塞销和轴承损坏，严重时可能导损伤预燃的症状包括发动机怠速不稳、合气未被点燃而进入排气系统，遇热点燃致气缸垫损坏或活塞熔化造成爆震的主加速无力和轻微敲击声防止预燃的措施后回窜回火不仅影响驾驶舒适性，严重要因素包括点火提前角过大、压缩比过高包括定期清理积碳、使用高辛烷值燃油和时可能损坏进气系统组件，如空气滤清器、燃油辛烷值不足等保持合适的冷却系统温度和塑料进气管道第六章柴油机燃烧过程压燃原理燃烧阶段燃烧控制柴油机采用压燃原理，利用压缩过程柴油机燃烧过程分为着火延迟期、预柴油机燃烧控制集中在喷射参数优化产生的高温高压条件，使喷入气缸的混合燃烧期和扩散燃烧期着火延迟上喷油正时控制着火延迟期长度；柴油自行点燃这一原理不需要外部期是物理和化学准备阶段；预混合燃喷射压力和喷嘴设计影响燃油雾化和点火源，简化了点火系统，同时允许烧期表现为急剧升压，是柴油机噪音混合质量；喷油量和分段喷射策略直使用更高的压缩比（），提高的主要来源；扩散燃烧期则是主要的接影响功率输出和排放特性现代高14-22热效率压燃过程对燃油雾化、喷射热量释放阶段，直接影响功率输出和压共轨系统可实现高达的喷2500bar时机和气缸温度有较高要求，燃油的排放优化这三个阶段的协调性是柴射压力和灵活的多次喷射策略，显著十六烷值直接影响自燃特性油机燃烧优化的核心改善了柴油机的性能和排放表现压燃原理自燃温度压缩比12柴油的自燃温度约为℃柴油机压缩比通常在之间250-30014-22，低于汽油的℃柴油，显著高于汽油机高压缩比的目350-450机利用压缩过程将气缸内空气温度的是获得足够高的压缩终了温度（提高到柴油自燃温度以上，使喷入通常达到℃），确保柴700-900的柴油在高温环境中自行点燃自油喷入后能迅速自燃压缩比越高燃温度受燃油成分、压力和氧浓度，热效率越高，但同时也增加了摩等因素影响柴油的十六烷值是表擦损失和机械负荷现代柴油机通征其自燃特性的指标，值越高表示过优化燃烧室设计、增加增压和改越容易自燃，柴油机冷启动性能越进喷射系统，可在较低压缩比下实好现代柴油通常要求十六烷值在现良好的自燃条件，降低机械负荷以上50燃油雾化3燃油雾化质量是柴油机燃烧效率的关键因素喷射压力、喷嘴直径和喷孔数量直接影响雾化效果传统柴油机喷射压力在，现代高压共轨系统200-400bar可达，极大改善了雾化质量理想雾化状态下，燃油液滴直2000-2500bar径应小于微米，形成细密均匀的雾束，确保与空气充分混合，提高燃烧效率20，降低颗粒物排放柴油机燃烧阶段着火延迟期1着火延迟期是从燃油开始喷射到明显热量释放开始的时间间隔，通常为毫秒，相

0.4-3当于约°曲轴转角该阶段包含物理延迟（燃油雾化、蒸发和与空气混合）和化5-25学延迟（燃油分子链断裂和氧化反应）两个过程延迟期长短直接影响后续燃烧相位和特性影响因素包括压缩温度、压力、燃油品质和雾化质量等燃油的十六烷值和喷射压力是控制着火延迟期的主要手段预混合燃烧期2预混合燃烧期是着火后的第一阶段，表现为热量释放率的急剧上升在延迟期间积累的已混合燃油空气迅速燃烧，压力上升率高，是柴油机噪音的主要来源这一阶段通常-持续°曲轴转角，热量释放率达到最大值预混合燃烧期的剧烈程度与着火延迟5-10期正相关，延迟期越长，积累的预混合燃油越多，预混合燃烧越剧烈该阶段也是氮氧化物形成的主要阶段，因为高温和高氧浓度环境有利于生成NOx扩散燃烧期3扩散燃烧期是柴油机的主要燃烧阶段，特点是燃烧速率受燃料与空气混合速率控制随着喷射继续，新喷入的燃油在高温环境中迅速蒸发、混合和燃烧，形成稳定的扩散火焰这一阶段热量释放率较为平缓，持续时间长，直到燃油喷射结束后一段时间扩散燃烧阶段是颗粒物（）形成的主要阶段，因为燃油在高温缺氧区域容易形成积碳现PM代柴油机通过高压喷射和优化燃烧室设计，改善混合过程，降低排放PM柴油机燃烧控制喷油正时喷油正时是柴油机性能和排放控制的关键参数过早喷油会延长着火延迟期，导致预混合燃烧剧烈，增加排放和噪音；过晚喷油则会导致燃烧相位推迟，降低热效率，NOx增加和排放传统柴油机喷油正时固定或根据转速简单调整，现代电控柴油机HC PM可根据转速、负荷、温度等多种因素实时优化喷油正时一般而言，随着转速和负荷增加，喷油正时需适当提前；冷机启动时需更大提前角以补偿低温下的长延迟期喷油压力喷油压力直接影响燃油雾化质量、喷射持续时间和燃烧速率高压共轨系统可在宽广范围内（）调节喷射压力，适应不同工况需求低负荷时，适当降低喷200-2500bar射压力可减少喷射穿透深度，防止燃油撞击冷壁；高负荷高速工况则需要较高喷射压力，保证足够的雾化质量和短喷射持续时间喷射压力控制是柴油机与排放权衡PM NOx的重要手段，高喷射压力有利于降低但可能增加PM NOx喷油量喷油量控制着发动机输出功率和空燃比传统柴油机通过机械调速器限制最大喷油量，现代电控系统则能根据多种参数精确控制每个循环的喷油量，实现更佳的动力表现和排放控制此外，现代高压共轨系统还可实现分段喷射策略，如预喷射、主喷射和后喷射预喷射可缩短主喷射的着火延迟期，降低噪音；后喷射可用于排气后处理系统再生这种多次喷射策略是现代柴油机同时实现高性能和低排放的关键技术第七章发动机排放与控制主要污染物排放标准控制技术发动机排放的主要污染物包括一氧化全球主要市场均制定了严格的汽车排排放控制技术分为机内控制和后处理碳、碳氢化合物、氮氧化物放标准欧洲实施欧标准，美国采两大类机内控制通过优化燃烧过程CO HCVI和颗粒物汽油机主要排用标准，中国实施国六标准减少污染物生成，包括燃油喷射控制NOx PMTier3放、和，柴油机则以这些标准对、、和设定、系统、可变气门正时等；后处CO HC NOx NOxCO HC NOx PMEGR和为主这些污染物对环境和人体了严格限值，并规定了详细的测试条理系统处理已生成的污染物，包括三PM健康造成严重危害，具有高毒性；件和程序排放标准不断升级是推动元催化器、氧化催化器、选择性催化CO和在阳光照射下形成光化学烟发动机技术进步的重要驱动力最新还原系统和颗粒捕集器等随着排放HCNOx雾；可深入肺部，引起呼吸系统疾标准还加入了实际道路排放测试标准不断严格，后处理系统日益复杂PM病；₂虽非直接污染物，但作为温，确保车辆在实际行驶条件下，已成为现代发动机不可或缺的组成CO RDE室气体受到日益严格的限制同样符合排放要求部分发动机主要污染物（一氧化碳）CO一氧化碳是燃油不完全燃烧的产物，主要由于混合气过浓或氧气不足导致无色无味但剧毒，能与血红CO蛋白结合，阻碍氧气运输汽油机排放通常高于柴油机，特别是在冷启动和富混合比工况下通过精确CO控制空燃比（保持在理论空燃比或稍稀）以及使用氧化催化器，可有效降低排放，现代发动机排放CO CO已比早期降低以上90%（碳氢化合物）HC碳氢化合物包括多种未燃烧或部分燃烧的燃油分子，主要来源于气缸壁面附近的淬熄层、燃烧室死区和曲轴箱漏气不仅是光化学烟雾的前体物质，某些分子本身也具有致癌性汽油机排放显著高于柴HC HCHC油机降低排放的措施包括优化燃烧室设计减少淬熄区、保持适当空燃比、采用可变气门正时改善气体HC交换以及使用三元催化器或氧化催化器（氮氧化物）NOx氮氧化物主要在高温（℃）下由空气中的氮和氧反应生成，包括一氧化氮和二氧化氮₂1800NO NO是酸雨和光化学烟雾的主要成因，对呼吸系统有害柴油机由于工作温度高，排放通常高于汽NOx NOx油机降低的技术包括机内措施（如、延迟点火喷射）和后处理系统（如三元催化器、系NOx EGR/SCR统）控制与提高燃油经济性常存在权衡，是发动机开发的难点NOx（颗粒物）PM颗粒物主要由碳粒（烟灰）和吸附在其表面的碳氢化合物组成，是柴油机特有的排放物粒径很小（多PM数），可深入肺泡，引发呼吸系统疾病形成主要源于燃油在高温缺氧区域的不完全燃烧降

2.5μm PM低排放的技术包括高压燃油喷射系统改善雾化、优化燃烧室设计促进混合以及柴油颗粒捕集器捕PM DPF获已生成的颗粒物现代柴油机通过这些技术可实现近乎零的可见烟度排放标准限值限值NOx g/km PMg/km中国国六排放标准是目前全球最严格的排放标准之一，分为国六和国六两个阶段国六标准不仅降低了、、和的限值，还增加了颗粒物数量限制，同时引入了a bCO HCNOx PMPN实际道路排放测试要求国六标准的实施推动了三元催化、、等先进后处理技术的广泛应用RDE GPF/DPF SCR欧排放标准是欧洲的最新标准，其中轻型车欧标准采用了更严格的测试和一致性系数美国排放标准体系由联邦标准和加州标准组成，特点是采用了车VI VI-d RDETier3LEV III队平均方法，允许厂商在满足平均水平的前提下，生产不同排放水平的车型，提供了更大的灵活性全球排放法规趋严是推动发动机技术发展的主要驱动力之一汽油机排放控制技术系统EGR三元催化转化器降低燃烧温度，减少生成2NOx转化、和为无害物质1CO HCNOx燃油喷射控制精确控制空燃比和喷射时机35系统GPF蒸发排放控制过滤直喷汽油机的颗粒物排放4防止燃油蒸汽排入大气三元催化转化器是汽油机最重要的排放控制装置，能同时转化、和三种污染物它包含铂、钯、铑等贵金属催化剂，工作温度为CO HCNOx℃三元催化器需要在精确的空燃比窗口（±）工作，因此需要闭环控制系统和氧传感器配合350-800λ=

10.03（排气再循环）系统通过将部分废气引回进气系统，降低燃烧温度，减少生成现代汽油机还广泛采用可变气门正时、可变压缩EGR NOx比等技术优化不同工况下的排放性能针对直喷汽油机的颗粒物排放，汽油颗粒捕集器技术正逐渐普及蒸发排放控制系统GPF EVAP通过活性炭罐吸附和净化燃油蒸汽，防止其排入大气柴油机排放控制技术系统SCR1选择性催化还原，高效降低排放NOx系统DPF2柴油颗粒捕集器，过滤排放PM系统DOC3柴油氧化催化器，转化和CO HC现代柴油机排放控制主要依靠先进的后处理系统（柴油氧化催化器）位于排气系统最前端，负责氧化和，同时将转化为₂DOC COHCNONO，为后续再生和反应提供条件（柴油颗粒捕集器）捕获排气中的颗粒物，捕集效率可达以上，需要定期通过高温氧化方式DPF SCRDPF95%（主动再生）清除积累的颗粒物（选择性催化还原）系统是控制柴油机排放的核心技术，通过喷射尿素溶液（车用尿素，也称）产生氨气，在催化剂作用下将SCR NOxAdBlue还原为氮气和水系统转化效率可达以上，是满足严格排放标准的关键技术部分柴油机还采用（贫燃捕集器）技NOx SCRNOx90%LNT NOx术，适用于小排量轻型柴油车这些技术综合使用，使现代柴油机能够满足最严格的排放法规要求第八章发动机电控系统（电子控制单元）ECU系统决策和控制中心1传感器2收集发动机工作状态信息执行器3执行的控制命令ECU诊断系统4监控系统工作状态发动机电控系统是现代发动机的核心，负责精确控制发动机各项参数，优化性能、经济性和排放电控系统采用闭环控制策略，通过传感器持续采集发动机工作状态信息，根据预设程序和控制逻辑进行计算和判断，然后下达指令给各执行器，完成对燃油喷射、点火时刻、进气量等参数的精确控制ECU现代发动机电控系统功能日益强大，不仅控制基本的燃烧过程，还整合了废气再循环、可变气门正时、涡轮增压、排放后处理等多种复杂系统的管理先进的电控技术如模型预测控制、自适应学习算法等的应用，使发动机能够在各种工况下保持最佳性能平衡，同时满足排放法规要求电控系统概述电控系统发展历程1发动机电控系统从世纪年代开始应用于量产汽车，最初仅控制燃油喷射，随后扩展至点2070火控制、怠速控制等年代引入闭环控制和自诊断功能；年代整合多系统控制，如8090EGR、等；年后发展为全面的动力总成管理系统，整合发动机、变速箱和排放后处理系VVT2000统的控制如今，电控系统已发展为基于模型的预测控制系统，具备强大的优化和自适应能力电控系统优势2与传统机械控制相比，电控系统具有精度高、响应快、适应性强等优势它能根据多种传感器信号实时优化控制参数，满足不同工况需求；能实现复杂的控制逻辑和策略，如多次喷射、可变正时等；具备自诊断功能，提高可靠性和便于维护；能应对日益严格的排放法规，优化性能、经济性和排放的平衡电控系统是现代发动机能够同时满足高性能和低排放要求的关键电控系统结构3现代发动机电控系统由三大部分组成信息采集单元（各类传感器）、控制决策单元（）ECU和执行单元（各类执行器）传感器采集发动机转速、负荷、温度、氧浓度等信息；根据ECU传感器信号和预设程序计算最优控制参数；执行器如喷油器、点火线圈、电子节气门等执行命令系统还包含诊断接口和备用功能，确保在部分组件失效时仍能维持基本功能ECU发动机传感器（）1曲轴位置传感器凸轮轴位置传感器氧传感器曲轴位置传感器是发动机控制系统最基本的传凸轮轴位置传感器检测凸轮轴的位置，帮助氧传感器（又称传感器）位于排气系统中，λ感器，用于检测曲轴的转速和位置它通常基确定发动机的工作冲程它与曲轴位置用于测量废气中的氧浓度，帮助实现燃ECU ECU于电磁感应或霍尔效应原理工作，通过感应曲传感器配合，使能够识别四冲程循环中油喷射的闭环控制传统氧传感器基于锆氧化ECU轴上的信号轮（齿轮或脉冲轮）产生脉冲信号的特定冲程（尤其是做功冲程），实现顺序喷物电池原理，在空燃比接近理论值时（）λ=1通过解析这些信号确定曲轴精确位置射和点火在可变气门正时系统中，该传感器输出电压发生跳变；宽域氧传感器则能测量更ECU和转速，为点火和喷油时机控制提供基准该还用于监测和控制凸轮轴相位传感器原理与宽范围的空燃比现代发动机通常在催化转换传感器故障将导致发动机无法启动或运行不稳曲轴位置传感器类似，但信号轮通常只有一个器前后各安装一个氧传感器，前氧传感器用于定，是系统中最关键的传感器之一或几个凸起，用于标记特定位置燃油控制，后氧传感器用于监测催化器效率氧传感器是三元催化系统正常工作的关键发动机传感器（）2节气门位置传感器进气压力传感器爆震传感器节气门位置传感器监测节气门开度，反进气压力传感器测量进气歧管内的绝爆震传感器检测发动机气缸爆震产生的特定频TPS MAP映驾驶员的功率需求和发动机负荷状态传统对压力，是估算发动机负荷和进气量的率振动，通常基于压电效应原理工作当检测ECU是一种电位计型传感器，随节气门旋转改主要依据它通常基于压阻效应原理，将压力到爆震时，会根据爆震强度调整点火提TPS ECU变电阻值；现代设计常采用非接触式霍尔传感变化转换为电信号在速密型控制系统中，前角或燃油喷射参数，防止爆震对发动机造成器，提高可靠性在电子节气门系统中，传感器与进气温度传感器配合，通过理损害现代爆震控制系统采用气缸单独控制策TPS MAP信号是控制节气门开度的反馈信号，形想气体状态方程计算进气量，为燃油喷射量计略，根据各气缸爆震情况分别调整参数，既保ECU成闭环控制该传感器对怠速控制、加速富油算提供依据此外，信号还用于流证安全又最大限度保持性能此外，一些先进MAP EGR补偿和巡航控制等功能至关重要故障会导致量估算、增压压力控制和爆震控制修正现代系统使用多个爆震传感器或结合离子电流检测怠速不稳、加速无力或油门响应异常传感器常集成进气温度检测功能，形成一体化技术，提高爆震检测的准确性和响应速度设计发动机执行器电子节气门电子节气门系统取代了传统的机械连接，由通过电机控制节气门开度这种线控ECU技术使能够根据驾驶员需求、发动机工况和车辆状态精确控制进气量电子节气门ECU不仅提高了响应性能，还实现了巡航控制、怠速控制、牵引力控制等多种功能的整合系统包含双回路安全设计，确保即使在故障情况下也能保持最低限度的控制现代设计多采用无刷电机驱动，具有快速响应（）和高精度（°）的特点100ms

0.1电控喷油器电控喷油器是燃油喷射系统的核心执行器，将的控制信号转换为精确的燃油喷射ECU汽油机喷油器多为电磁式，由控制通电时间（通常为）来调节喷油量；ECU1-20ms高性能直喷系统采用压电式喷油器，响应时间更短（），可实现多次喷射柴

0.1ms油机高压共轨系统喷油器工作电压更高（通常为），能在极短时间内（50-200V）多次精确喷射喷油器的喷嘴设计（孔径、孔数、喷雾角度）直接影响燃油雾1ms化和混合质量，是关键的设计参数可变气门正时系统可变气门正时系统通过调整凸轮轴相位，改变气门开闭时机，优化不同工况下的VVT发动机性能基本系统只能调整正时，而更先进的系统还能调整气门升程和持续角VVT执行机构通常为液压或电动执行器，由根据负荷、转速等因素控制技术能ECU VVT够改善低速扭矩、高速功率、燃油经济性和排放性能，是现代发动机不可或缺的技术高端发动机采用连续可变气门升程技术，能完全取代节气门控制，显著降低泵气损失，提高部分负荷效率（发动机控制单元）ECU结构功能ECU ECU是发动机电控系统的大脑，由硬件和的核心功能是控制燃油喷射、点火时刻ECUECU软件两部分组成硬件包括微处理器、存储（汽油机）、增压压力、排放系统等参数器、信号调理电路、驱动电路和通信接口等此外，还负责怠速控制、巡航控制、发动机；软件包含控制算法、标定数据和诊断程序保护（如过热保护、超速保护）、故障诊断现代采用位或位高性能处理器和应急策略等辅助功能现代还通过ECU3264ECU，运算速度可达数百，存储容量达数总线与变速箱、、车身控制等系统MHz CANABS，能够执行复杂的实时控制算法通信，实现整车功能协调先进算法如模型MB ECU通常采用水冷或特殊散热设计，确保在发动预测控制、自适应学习等的应用，使能ECU机舱高温环境下可靠运行够根据实际工况和车辆状态自动优化控制策略标定ECU标定是指确定控制参数（如点火提前角、喷油量、率等）在不同工况下的最优值标ECU EGR定过程通常在发动机试验台和实车上进行，结合台架测试、道路试验和仿真分析等方法现代中存储了数百个多维标定图，根据转速、负荷等参数查表获取控制值标定工作需平衡动ECU力性、经济性、排放和可靠性等多方面目标，是发动机开发的关键环节随着控制算法复杂度提高，标定工具和方法也在不断发展，如自动化标定和基于模型的标定技术第九章新能源汽车动力系统新能源汽车动力系统代表着汽车工业的未来发展方向，主要包括混合动力系统、纯电动系统和燃料电池系统三大类型混合动力系统结合了传统内燃机和电动机的优势，既提高燃油经济性又减少排放；纯电动系统完全依靠电池储能和电机驱动，实现零排放；燃料电池系统则利用氢气和氧气电化学反应产生电能，兼具零排放和快速加注的优势虽然这些新型动力系统在工作原理和能量来源上与传统发动机有显著不同，但理解传统发动机的基本原理和系统组成对研究新能源动力系统仍有重要意义未来汽车动力系统将呈现多元化发展趋势，不同技术路线将在各自适用的场景中发挥优势混合动力系统串联式并联式串联式混合动力系统中，车轮只由电动机驱动混联式并联式混合动力系统中，发动机和电动机都可，发动机仅作为发电机组为电池充电或直接为以直接驱动车轮两种动力源通过机械耦合装电动机供电此类系统发动机工作点可以独立混联式混合动力系统结合了串联和并联的特点置（如齿轮箱或皮带）连接，可以单独或同时于车速优化，效率高但传动链较长，能量转换，通过行星齿轮或多离合器等复杂传动系统，工作此类系统结构相对简单，转换效率高，损失较大主要应用于增程式电动车如宝马i3实现发动机和电动机的灵活组合工作此类系适合高速巡航工况典型应用包括本田系IMA REX和日产Note e-POWER串联系统的优统能根据工况自动选择最优工作模式，综合效统和大众电机系统并联系统的特点是动TSI+势是结构简单，驾驶感受类似纯电动车，但高率高，但结构和控制较为复杂典型代表为丰力响应迅速，高速效率好，但纯电动模式能力速巡航效率低于并联式田系统和通用系统混联系统在城THS Voltec有限市和高速工况都能保持较高效率，是目前技术最成熟的混合动力解决方案纯电动系统电机类型电池技术控制策略纯电动汽车主要采用三种锂离子电池是当前电动车电动汽车控制系统包括电类型电机永磁同步电机的主流动力电池，包括多机控制器、电池管MCU（效率高、功率密度大，种技术路线三元锂（能理系统和整车控制BMS但依赖稀土材料）；交流量密度高但安全性较低）器三大部分VCU MCU感应电机（成本低、可靠；磷酸铁锂（安全性好但负责精确控制电机转矩和性高，但效率略低）；开能量密度低）；锰酸锂和转速，通常采用矢量控制关磁阻电机（结构简单、钛酸锂等现代电动车电策略；监控电池状态BMS成本低，但噪音大）高池组能量密度达，确保安全运行，实现电150-端电动车通常采用永磁同，续航里程最芯均衡；协调整车系250Wh/kg VCU步电机，中低端车型多用高超过快充技统工作，优化能量流向600km感应电机或两种电机混合术可在分钟内充至先进控制策略如再生制动3080%使用现代电机功率密度容量未来技术方向包括优化、能量回收最大化和可达，峰值效全固态电池、锂硫电池和预测性能量管理等，可显3-5kW/kg率超过，远高于内燃钠离子电池，有望进一步著提升纯电动汽车的续航95%机提高能量密度和安全性里程和性能表现燃料电池系统燃料电池原理系统组成优缺点分析燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，燃料电池汽车动力系统由燃料电池堆、氢气储存系燃料电池汽车具有零排放、加注速度快（分3-5不经过燃烧过程氢燃料电池通过氢气和氧气的电统、电机驱动系统和辅助电池组成氢气通常储存钟）和续航里程长（可达）等优势600-700km化学反应产生电能，唯一排放物是水燃料电池的在高压储氢罐中，能源密度高但需特殊加但目前仍面临成本高（铂催化剂价格昂贵）、氢700bar核心是质子交换膜，氢气在阳极分解为质注设备系统还包括空气压缩机、冷却系统和湿度气制取、储存和运输困难以及基础设施不足等挑战PEM子和电子，质子通过膜移动到阴极，电子则经外电管理系统等辅助设备，确保燃料电池在最佳条件下从能源效率角度看，制氢运输使用全链条效--路形成电流，在阴极与氧气和质子结合生成水这工作大多数燃料电池车也配备小容量高功率电池率低于直接使用电能，但在重型、长途运输领域具一过程高效清洁，能量转换效率可达左右，，辅助启动和加速，形成混合动力系统，优化整体有明显优势技术发展方向包括降低铂用量、提高60%远高于内燃机性能系统集成度和延长使用寿命第十章发动机未来发展趋势节能技术新材料应用智能化发展面对日益严格的油耗法规，发动机节新材料技术推动发动机向轻量化、高智能控制是发动机技术发展的重要趋能技术不断创新可变压缩比技术允效率和高可靠性方向发展轻质高强势自适应学习算法能根据驾驶习惯许发动机根据工况自动调整压缩比，度合金减轻运动部件质量，降低惯性和环境条件优化控制策略；预测性控兼顾高负荷性能和低负荷经济性；缸损失；陶瓷材料应用于热端部件，提制利用导航和车联网信息，提前调整内直喷技术通过精确控制燃油喷射，高工作温度和热效率；纳米复合材料发动机工作状态；人工智能技术实现提高燃烧效率；停缸技术在低负荷时和表面处理技术降低摩擦损失打故障自诊断和预测性维护这些技术3D关闭部分气缸，减少泵气损失此外印技术则使复杂结构零件的制造成为使发动机运行更高效、可靠，同时与，轻量化设计、低摩擦技术和热能回可能，为创新设计提供更大自由度新能源系统形成互补，共同构建未来收系统也是重要发展方向智能交通体系发动机节能技术可变压缩比缸内直喷停缸技术可变压缩比技术允许发动机在运行过程缸内直喷技术将燃油直接喷入气缸，而停缸技术在低负荷工况下选择性地停止部分气VCR GDI中动态调整压缩比，通常范围为至非传统的进气道喷射直喷系统工作压力高（缸工作，使其余气缸在更高负荷下工作，减少8:114:1低负荷时使用高压缩比提高热效率，高负荷），可实现多次喷射和精确喷射泵气损失，提高热效率实现方式包括可变气50-200bar时降低压缩比避免爆震实现方式包括活动连时刻控制其优势包括提高容积效率（进气门机构停缸（通过禁止气门运动）和可控连杆杆（日产）、可移动气缸盖（萨博道不含燃油，空气密度更高）；增强蒸发冷却停缸（断开连杆与曲轴连接）现代停缸系统VC-Turbo）和偏心轴承（技术）等技效应，提高抗爆性；支持分层燃烧，扩大稀燃可平稳切换工作模式，驾驶者几乎无感知该SVC FEVVCR术可使燃油经济性提升，特别适合工作范围先进直喷系统结合涡轮增压可提高技术可在城市低速工况下降低燃油消耗10-15%8-涡轮增压小排量发动机，解决其低负荷效率低燃油经济性，但面临颗粒物排放挑，特别适用于大排量多缸发动机与缸15-20%15%下的问题战，需配合等后处理技术内直喷和涡轮增压组合使用效果更佳GPF发动机新材料应用轻量化材料耐高温材料低摩擦材料轻量化是发动机设计的永恒主题，降低重量不耐高温材料可提高发动机热效率，允许更高的低摩擦材料和表面处理技术显著降低发动机内仅提高功率重量比，还减少整车油耗铝合金燃烧温度传统排气门采用奥氏体不锈钢，现部摩擦损失，提高机械效率钻石类碳DLC已广泛应用于气缸体、气缸盖和活塞，相比铸代高性能发动机使用镍基超合金或钛合金，工涂层应用于活塞环和凸轮轴，摩擦系数比传统铁减重；镁合金用于非承重部件如油作温度可达℃以上；陶瓷材料如氮化硅和涂层降低以上；纳米复合涂层具有自修复30-50%85050%底壳、进气歧管，重量仅为铝的；先进的氧化锆应用于隔热层和部分高温部件，具有优特性，延长使用寿命；表面微织构技术通过激2/3钛合金应用于高性能发动机的连杆和气门，具异的耐热性和隔热性；热障涂层技术将陶瓷材光在摩擦表面创建微米级凹坑，改善润滑状态有极高的强重比碳纤维复合材料也开始用于料喷涂在金属基体上，形成复合结构，大幅降，降低摩擦系数新型缸套材料如铝20-30%特种应用，如赛车发动机的部分部件未来低传热损失涡轮增压器涡轮采用单晶高温合硅合金和等离子喷涂钢，与传统铸铁相比具有F1可能采用复合夹层结构，结合不同材料优势金，可在℃高温下长期工作更好的散热性和更低的摩擦1000发动机智能化发展智能诊断自适应控制1利用传感器网络和分析算法实时监控发动机根据驾驶习惯和环境自动优化运行参数2状态网联化管理预测性维护43通过车联网实现远程控制和大数据分析预测部件寿命并在故障前提供维护建议发动机智能化是未来发展的核心趋势，将改变传统控制模式智能诊断系统基于虚拟传感器和数字孪生技术，能够更全面地监测发动机工作状态，实时评估健康度当检测到异常时，系统可自动调整参数，避免损坏，同时向驾驶员提供详细信息自适应控制技术使发动机能够学习驾驶习惯和环境条件，动态调整控制策略例如，识别到激烈驾驶风格时优先响应性能，识别到经济驾驶风格时优先燃油经济性预测性维护则通过分析历史数据和运行模式，预测部件可能的故障时间，提前安排维护，最大限度减少非计划停机人工智能和机器学习算法的应用使这些功能更加智能和准确课程总结知识点回顾1本课程系统讲解了发动机的基本类型、工作原理、构造特点、工作过程、性能指标、燃烧规律、排放控制和电控系统等核心内容我们从理论基础到实际应用，从传统内燃机到新能源动力系统，全面介绍了现代汽车动力技术的发展现状和未来趋势通过学习，您应已掌握发动机各系统的功能与工作原理，了解影响发动机性能的关键因素，为后续专业课程学习和工程实践奠定基础重点难点分析2课程重点包括四冲程工作原理、燃烧过程分析、性能指标计算和电控系统工作原理难点主要集中在热力循环分析、燃烧异常现象机理、排放控制策略和电控系统标定原则这些内容需要综合应用热力学、流体力学和控制理论等多学科知识，建议通过反复思考、动手实践和分组讨论加深理解燃烧过程和电控系统是理解现代发动机技术的关键环节，值得重点关注学习方法建议3发动机作为复杂系统，建议采用整体局部整体的学习方法首先理解整体工作--原理，然后深入各子系统细节，最后回归整体系统协同工作的理解结合实物观察、视频动画和拆装实习，建立直观认识养成查阅技术手册和学术文献的习惯，了解前沿技术进展实际操作中，故障诊断和数据分析能力尤为重要，可通过模拟仿真软件和实验室设备进行训练，将理论知识应用于实际问题解决实践与应用发动机拆装实践故障诊断案例分析发动机调校技巧拆装实践是理解发动机构造的最佳方式通过故障诊断能力是工程应用的核心技能通过分发动机调校是提升性能的艺术，涉及点火提前亲手拆装真实发动机，学习者能直观认识各零析真实案例，学习系统化的诊断方法如案例角、喷油量、增压压力等参数的优化对于民部件的结构、位置和装配关系建议按系统进发动机怠速不稳，诊断思路为先检查基本用车辆，调校重点是平衡动力、经济性和排放行拆装，如先拆除辅助系统，再拆气缸盖、配参数（转速波动、混合比等）；分析可能原因；竞技用车则侧重最大功率输出重编程ECU气机构，最后拆曲柄连杆机构重点观察活塞（进气泄漏、喷油器堵塞、点火系统故障等）是现代调校的主要方式，需要专业软件和接口环位置、气门座密封、轴承间隙等细节装配；制定检测计划；逐步排除，最终确认故障源设备调校过程应遵循小步进原则，每次修时需遵循规定的装配顺序和扭矩标准，使用扭诊断工具包括发动机故障诊断仪、示波器、改单一参数并测试效果关键参数包括燃油压力扳手确保准确通过实践掌握常用工具使用压力表和气缸压力计等掌握系统工作原力、喷油时间、点火提前图谱和增压压力控制OBD方法和装配技巧，建立理论与实物的联系理，学会读取故障码和数据流，结合波形分析等高级调校还包括相位、凸轮轴升程和VVT判断故障原因喷油脉冲调整，需在专业台架上进行验证结束语在《汽车发动机原理》课程的学习旅程中，我们共同探索了从基础理论到前沿技术的发动机知识体系发动机作为现代汽车的心脏，其发展凝聚了数代工程师的智慧与创新尽管新能源技术快速发展，内燃机仍将在相当长的时期内扮演重要角色，尤其是混合动力系统中的核心部件未来学习建议关注三个方向一是深入研究智能控制技术，结合人工智能和大数据分析；二是跨学科融合，特别是材料科学、热管理和流体动力学前沿进展；三是系统思维，研究整车动力系统的优化集成希望同学们在掌握基础知识的同时，持续关注行业发展，不断更新知识结构，成为具有创新能力的汽车工程专业人才课程虽然结束，但学习与探索永无止境。