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    汽车动力变革中的内燃机发展趋势

    发表于:2019-08-26
    阅读:946
    评论:0

     

     

     

    来源本文摘自《汽车安全与节能学报》2019年第10卷第2期

    作者:同济大学智能汽车研究所的韩志玉教授、吴振阔博士、高晓杰博士。

    编辑啜小雪

    编者按:未来 30 年汽车动力将如何变革?此变革中内燃机又将何去何从?本文在总结了过去 30 年汽油机技术的进步和近 20 年汽车动力的变革后,或许能为我们部分廓清上述问题。文章结论性观点如下:

    • 过去 30 年,轻型汽车汽油机技术取得长足进步——汽油机产品在动力性、燃油经济性和排放控制方面获得全方位提高。其中,动力性提高 67% 以上,热效率提高8个百分点,提高幅度为 20% 以上。中国轻型汽车排放标准从国1到国 6,有害排放物降低 80% 以上。

    • 未来 30 年内燃机仍将起到关键作用,至少 60% 以上轻型汽车需要一个内燃机。

    • 内燃机在轻型汽车动力中的地位将逐渐发生变化。一方面,从内燃机单独驱动逐渐演变为内燃机和电机共同驱动,其作用变化类似于从「独唱」变为「二重唱」。另一方面,内燃机在整车性能上所起到的关键作用将下降,从一个「核心」部件变成「关键」部件,成为一个通用产品,商业模式可能发生变化。

    • 结合混合动力系统应用可充分利用发动机的高效率区域。混动系统,特别是增程混合动力系统,要求内燃机运行范围变窄,有必要开发混合动力专用发动机,进一步提高其热效率、简化机构、降低成本。

    • 未来汽油机热效率(特别是实际运行时的热效率)将大幅度提高,通过多种技术手段的应用,商业化产品有望实现 45% 的热效率。

    • 汽车燃用天然气可大幅度降低 CO2 排放。车用动力将根据地域形成「油、电、气」的多元格局。

    摘要:总结了过去 30 年轻型车用汽油机技术与产品的进步以及近 20 年汽车动力多元化(包括混合动力、纯电动、燃料电池等)的变革趋势,展望了内燃机在此变革中的发展趋势。在过去 30 年,汽油机技术取得了长足的进步;汽油机产品在动力性、燃油经济性、排放控制方面获得了全方位的大幅度提高。对动力技术多元化的分析指出内燃机在汽车动力中仍将起到关键作用,未来 30 年里至少 60% 以上的轻型汽车仍然需要使用内燃机。但是,内燃机的地位将逐步发生变化。汽车动力将从内燃机单独驱动的「独唱」逐渐演变为内燃机和电机共同驱动的「二重唱」。轻型车用汽油发动机未来发展的重点包括开发混合动力专用发动机、提高发动机热效率和应用低碳燃料(如天然气)等。最后,探讨了提高汽油机热效率至 45% 的技术手段。

    前言

    汽油机是轻型汽车(包括乘用车和轻型商用车)的主要动力。在过去的 30 年里,世界发达国家和中国的汽车发动机技术和产品都取得了长足的进步。笔者结合亲身经历,讨论近 30 年国内外车用汽油机技术和产品的进步,总结近 20 年汽车动力多元化的发展趋势,并展望未来在轻型汽车动力变革中的内燃机发展。由于柴油机制造成本高,且需要复杂的后处理系统来满足日益严格的排放标准,因此柴油机在中国轻型车上应用较少,欧洲国家的应用也会逐步减少,所以本文集中在汽油机方面的讨论。 

    1.近30年车用汽油机技术和产品的进步

    为了理清汽油机技术发展的基本线路,有必要对发动机的工作过程做一个简要概述。图1给出了发动机基本工作过程的示意图。

    图 1 发动机工作过程示意图

     

    进气系统及燃油供给系统将空气和燃料分别引入到发动机内并形成空气–燃料混合气,混合气在发动机燃烧室内被点燃并发生燃烧,带动曲轴旋转对外输出动力。随着燃烧产生的产物有 H2O、CO2 以及空气中没有参与反应的 N2,同时也伴有少量 CO、HC、NOx 和颗粒物等有害排放物。因此,对发动机工作过程的改善一般应遵循如下原则:


    • 最大程度地提高动力输出以及其与燃料输入的比值,即提高动力性及燃油经济性

    • 依法合规降低有害排放物

    • 降低 CO2 排放(碳排放)


    从图 1 可以看出,理论上要改善发动机就要改善燃料的供给、空气进气、燃烧、有害排放物的生成及其后处理。在过去的 30 年里,发动机技术正是在上述这几个方面取得了很大进步,从而带来了发动机性能的显著提高,即上述第 1 和 2 项取得了进步。需要指出的是,目前对于 CO2 的降低,即上述第 3 项,主要是通过降低油耗来实现,基本没有出台专门降低 CO2 排放的措施和法规。本文在后面的讨论中将按燃料供给、空气进气、燃烧和有害排放物控制的线条展开讨论。

    为深刻理解发动机技术发展背后的原理支撑,先对发动机原理进行简要分析。以发动机平均有效压力和热效率为主线对影响发动机动力性及经济性的主要因素进行分析。发动机的缸内平均有效压力与其输出扭矩成正比,提高平均有效压力将提高发动机的扭矩输出。平均有效压力为 [1,2]

    其中:ηV 为充气效率,ηC 为燃烧效率,ηi 为指示热效率,ηm 为机械效率,αAF 为空燃比,Pa、Ta、R 分别为参考状态下的气体压力、温度及气体常数,QLHV 为燃料低热值。

    为提高发动机的扭矩输出,要考虑式(1)中各影响因素。采用较大的空燃比(大于当量空燃比),即稀薄燃烧,有利于提高指示热效率(即降低燃料耗率),但将直接影响发动机的输出扭矩。考虑到这个因素和排放控制,汽油机基本工作在当量空燃比附近,其变化范围较小。因此提高汽油机的动力输出,可从提高充气效率、燃烧效率、指示热效率、机械效率入手。其中,提高充气效率的效果尤为显著。

    提高汽油机的热效率可以从理论热效率入手。汽油机理想循环为奥拓循环(Otto cycle),其热效率为 [1,2]:

    其中:ηi 为指示热效率,ε 为压缩比,n 为过程指数。增大压缩比或过程指数均可以提高热效率。汽油机压缩比提高到一定程度将受到爆震燃烧的限制,采用可变压缩比技术是提高发动机热效率同时避免爆震的最佳技术方案之一。


    1.1汽油机技术的进步

    由于汽油机功率密度较高、振动噪声小、成本较低且污染物控制比柴油机容易,因此广泛应用在轻型车上。汽油机一般采用火花塞点燃汽油与空气的预混合气,继而产生火焰传播,燃烧做功。汽油机混合气的制备对汽油机的性能影响很大,因此汽油机技术的发展离不开与混合气制备密切相关的进气和燃油喷射技术的发展。

    1.1.1  进气技术的发展
    从式(1)可知,为提高发动机动力性,可以通过提高发动机的充气效率来实现。提高汽油机充气效率的进气技术包括:采用 4 气门、可变进气管长度、可变进气正时(variable valve timing,VVT)、可变进气升程(variable valve lift,VVL)以及废气涡轮增压等技术,其中涡轮增压技术是当前提升汽油机动力性的主要手段。

    涡轮增压技术可以利用废气能量驱动涡轮带动压气机工作,提升进气压力,提高发动机的充气量,继而大幅提升汽油机的动力性 [3-4]。由于动力性的提升,汽车可在保持与原有自然吸气发动机相同动力性的情况下,采用较小排量的涡轮增压发动机,利于发动机小型化和轻量化。小型化可以有效降低燃油消耗量及有害物的排放量,做到节能、减排。因此,增压小型化也成为现今车用汽油机的主流趋势。但是,采用涡轮增压技术也存在一些问题 [5]。由于进气压力和温度的增加,会导致压缩终了的缸内温度升高和压力增加,以及发动机热负荷增加,使发动机爆震倾向增大。一般可通过进气中冷、提高燃油辛烷值、降低压缩比、推迟点火角、加浓混合气、废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)等技术手段来抑制爆震。

    1.1.2   燃油喷射技术的发展

    早期汽油机通过化油器实现汽油供给, 到 20 世纪 80 年代初期随着电子控制技术的兴起,开始普遍采用汽油气道喷射技术(port fuel injection, PFI),从单点喷射到各缸多点喷射技术。到 20 世纪 90 年代中期,缸内直接喷射技术(gasoline direct injection,GDI)得到了商业化应用。尽管几十年前人们几次尝试推出汽油直喷技术的产品(例如福特汽车公司的 PROCO),直到 1996 年日本三菱汽车公司率先在市场上推出直喷分层燃烧的汽油机汽车产品,才开启了现代汽油直喷喷射技术的时代,经过 10 多年的发展,废气涡轮增压当量均质混合气直喷汽油机技术在国内外基本普及。

    为满足日益严格的排放标准,人们一直在改善燃油雾化和喷射控制,缸内直喷技术经历了从伞喷到多孔喷油器,喷射压力从 10 MPa 到 35 MPa,每循环单次喷射到多次喷射,喷雾油粒平均尺寸从 25 μm 到 10 μm 的进步。随着燃油喷射控制技术的进步,喷油离燃烧室越来越近,使得喷油量、喷射时间和喷射策略的控制也越来越精确,有利于对空燃比精确控制,进而实现对燃烧的精确控制。而且,有利于对各缸空燃比的一致性控制,降低了各缸不均匀性。

    1.1.3   整机技术的发展
    随着进气和燃油喷射技术的发展,汽油机整机技术也相应地得到提高。以燃油喷射技术为特征的整机技术经历了从自然吸气 PFI 汽油机、废气涡轮增压 PFI 汽油机到自然吸气 GDI 汽油机,再到目前主流的废气涡轮增压 GDI 汽油机。以上市产品为例,表 1 总结对比了国内外整机技术的发展历程。1967 年德国大众汽车公司已有 PFI 汽油机上市;宝马汽车在 1973 年推出了 2.0 L 增压 PFI 汽油机。1996 年日本三菱公司首先推出了现代 GDI 汽油机,应用在 Galant 车型。该款发动机排量为 1.8 L,采用分层稀薄燃烧技术。2000 年德国大众汽车公司推出了增压直喷汽油机,应用在 Lupo 车型。该款发动机排量为 1.4 L,采用当量燃烧技术。
    表 1  国内外整机技术发展历程

    反观中国自主品牌市场,在 2000 年左右,汽车公司,包括长安、奇瑞、昌河、华晨金杯和夏利等,应用 PFI 发动机的汽车陆续批量上市。在 2009 年,奇瑞汽车推出瑞虎 5 车型,应用 2.0 L 增压 PFI 汽油机;在 2010 年奇瑞汽车又推出瑞麒车型,搭载 2.0 L 直喷增压汽油机。从表 1 可以看到中国汽油机整机技术与发达国家相比比较滞后,这与中国汽车工业发展相对滞后直接相关。在增压直喷汽油机技术应用的时间上,中国比国外滞后 10 年左右,但目前已经与国外技术总体上基本拉平。
    在整机技术发展的过程中,除提高指示热效率的各种技术手段(常用的包括 VVT、VVL、EGR、Atkinson/Miller 循环,等)以外,废气涡轮增压、发动机结构设计、轻量化材料、低摩擦材料、高效率可变附件等技术也是层出不穷,方兴未艾。在这里就不再赘述。
    1.1.4   研发手段的发展
    发动机技术的进步来源于研发结果。在过去 30 年里发动机的研究手段也取得了突破性进展,主要的进步集中体现在发动机缸内现象的可视化。各种试验及仿真技术的发展使得发动机缸内现象从原来的看不见、摸不着逐渐发展到可见、可测。通过采用光学发动机结合激光诊断技术以及计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)仿真技术,使得缸内过程可视化和可预测化成为现实。缸内过程的可视化和 CFD 的应用为深入探究直喷汽油机缸内混合气形成、燃烧及排放生成等物理化学现象的本质及燃烧系统的设计优化提供了可能性及有效性 [6],如 Han 等 [7] 结合光学发动机试验,通过 CFD 仿真预测了活塞湿壁现象,并发现了活塞表面上残存液态燃油量与发动机碳烟量的定性关系。从图 2 可以看到,CFD 预测出的活塞表面上液态燃油的位置与光学发动机活塞积碳位置是一致的。

               

           (a)  CFD 预测结果                                                       (b)  光学发动机结果 
    图2 CFD 预测的活塞表面上的液态燃油与光学发动机上活塞积碳对比 [7]
    基于对发动机缸内多种物理现象可视化研究的需求,研究者们开发了各式各样的激光诊断方法。图 3 给出了直喷汽油机在一个工作循环中涉及的喷雾、蒸发、气流运动、燃烧及排放物生成等过程以及对应的诊断方法 [8-9]。对喷雾形态的测量主要采用喷雾成像的方法,利用光源将喷雾照亮,并通过摄像系统来采集图像,最后对喷雾贯穿距、锥角进行分析。依据使用光源的不同,可分为白光灯摄影、背光摄影及片激光米氏散射摄影等。对喷雾粒径的测量主要采用相位多普勒法(phase‎ doppl‎er parti‎cle analy‎zer,PDPA)和片激光粒径诊断法(laser sheet dropsizing,LSD)。对喷雾的蒸汽相浓度进行测量常用的手段有激光诱导荧光法、双相激光诱导荧光法、红外吸收散射法等。对缸内流场测量的方法有激光多普勒测速(laser doppler velocimetry,LDV)、粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)和分子示踪技术(molecular tagging velocimetry,MTV)等。对缸内燃烧过程的测量可采用直接摄影来观察燃烧形态,或对燃烧过程中的 OH 自由基等组分进行测量来获取燃烧发生区域。最后,还可以通过双色法或者激光诱导炽热发光法(laser induced incandescence,LII)对缸内碳烟生成进行测量 [9]。

    图 3 激光诊断技术在直喷汽油机中应用 [9]
    发动机的 CFD 仿真技术在过去 30 年里从动态网格处理、物理模型构建、计算方法、计算速度和精度、后处理技术、软件界面等各方面都取得了很大的发展。早期的网格划分工作占用整个发动机 CFD 仿真的大半时间,并且难以较精确地处理气阀运动等复杂动网格。目前已发展出网格自动生成技术及自适应加密技术 [10],CFD 前处理时间大大缩减,因而可缩短工程优化的迭代时间。同时从原来使用非常粗的网格(2-3 mm)到现如今的精细网格(0.1mm),提高了计算精度。对发动机物理过程的仿真也从简单的气流计算发展到现今的从气流运动、喷雾、混合、燃烧及排放物生成等多物理过程的仿真,且在模型构建及预测精度等方面取得了较大的进步。对缸内湍流流动模拟,研究者不仅对原有雷诺时均(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)模型进行了较大改善,引入基于快速畸变理论的 RNG k-e 模型[11],而且也发展了精度较高的基于空间平均的大涡模拟(large eddy simulation, LES)[12]。近些年来,得益于计算机计算能力的大幅提升, 将 LES 应用到发动机 CFD 模拟的案例越来越多。有了 LES 的帮助,使得对缸内现象的预测更为准确,更接近真实。同时,也可对发动机循环波动 [13] 及一些偶发现象(如爆震 [14])有较好的预测。关于燃油喷雾模型的进展,不但是在喷雾破碎、蒸发、碰壁等子模型的构建上取得了较大进展,而且在建模方法也有了一些新思路和方法,获得了更好的预测结果 [15]。

    燃烧模拟方面,从原本预测性较弱的零维、准维燃烧模型逐步发展到现在预测性较强的多维燃烧模型,如特征时间模型(characteristic time combustion,CTC)、涡团耗散模型(eddy dissipation concept,EDC)、G 方程模型、直接耦合化学反应动力学模型、概率密度(probability density function,PDF)模型等,可以实现对传统汽油机、柴油机以及新型燃烧模式发动机燃烧过程的较为准确的模拟 [12,16]。近年来在燃烧化学反应耦合方面已从使用单步反应或少量骨架反应发展到采用较详细的化学反应机理,甚至全机理计算 [16-17]。通过耦合详细化学反应机理,可以对燃烧及污染物生成如 HC、CO、NOx 等有较好的预测,但是目前对颗粒物的预测精度有限 [16,18]。

    1.2汽油机产品性能的进

    1.2.1 动力性
    为展示发动机在动力性上的进步,本文选取并对比了历年美国沃德十佳发动机 [19](自 1995 年开始)及中国心十佳发动机 [20](自 2006 年开始)获奖名单中 4 缸汽油机产品的升功率(WL)及升扭矩(TL)指标,如图 4 所示。可以看出:采用增压技术可显著提高发动机动力性,且随着时间发展,增压发动机的动力性指标也取得了很大提升。国外发动机采用的增压技术包括涡轮增压、机械增压以及涡轮与机械双增压。以采用涡轮与机械双增压发动机的沃尔沃 S60 Polestar 汽车为例,其升功率和升扭矩已分别达到 135 kW/L 和 235 Nm/L。从总体上讲,在过去 20 年里,国外增压汽油机的平均升功率从 60 kW/L 提高到 100 kW/L 以上,提高了 67% 以上,同时升扭矩从 120 Nm/L 提高到 200 Nm/L,进步十分显著。对于涡轮增压发动机来说,中国自主品牌发动机的动力性大概与国外发动机 10 年前的水平相当,但是在过去十几年里也取得了明显进步,平均升功率从 60 kW/L 提高到了 88 kW/L 左右,提高了约 47%。对于自然吸气发动机的动力性,多年来并未有显著提高,国内外发动机的动力性基本相当,升功率保持在 50-55 kW/L。还需注意的是,由于车用动力的多元化发展,国外逐渐出现混动专用发动机,且以自然吸气为主。 

    (a)国外发动机升功率

     (b)国内发动机升功率

    (c)国外发动机升扭矩

    (d)国内发动机升扭矩
    图 4 汽油机动力性的演变

     

    1.2.2  发动机热效率及燃油经济性
    在过去 30 年里,汽油机热效率也有较为显著的提高。图 5 给出了日本丰田汽车的汽油机热效率变化历史 [21],该图也基本反映了国外汽车工业界的发展轨迹。从图 5 可以看出,过去 30 年里汽油机热效率从 33% 提高到了 39%,目前有报道丰田公司量产的汽油机最高热效率为 41%[22-23],热效率提高了 8 个百分点,相对值提高幅度为24.2%。

     图 5 丰田汽车汽油机热效率变化历史 [21]

     

    自 2005 年开始,中国先后实施/制定了 4 个阶段的乘用车燃油消耗量限值法规,用于推动汽车节能技术的革新。图 6 给出了中国轻型车在 4 个阶段不同整车整备质量对应的燃油消耗量限值。通过燃油法规的实施,促使乘用车企业对其所销售车辆的平均油耗不断降低。到 2020 年,乘用车企业平均燃油消耗量4阶段目标值需降低至 5 L/(100 km) [24-25]。

    图 6 中国轻型车燃油消耗量限值
    为便于评价中国轻型车汽油机燃油经济性的进步,图 7 对比了中国国家工信部公布的 2012-2017年国产乘用车当年新车公告的平均燃油消耗量水平。从总体趋势可以看到,中国新车的平均燃油消耗量逐年下降,2017 年已降至 6 L/(100km),比 2012 年降低 18.9%,由法规驱动的技术进步十分明显。

    图 7 国产乘用车平均燃油消耗量

     

    1.2.3  有害排放物
    为展示轻型车用汽油机在排放控制方面的进步,本文对比了中国各阶段排放法规 [26-27]。其基本想法是在用及在售车辆的排放水平均满足对应阶段的排放法规时,对比各阶段排放法规即可从总体上看出中国轻型车在排放控制方面的进步。图 8 给出了中国各阶段轻型车排放法规中规定的污染物限值,其中以可通过还原反应处理的污染物 NOx 作为横轴(e[NOx]),以可通过氧化反应处理的 HC 和 CO 排放物之和作为纵轴(e[THC+CO])。由于国 1 和国 2 阶段法规中对排放物各项规定稍有差异,选取 NOx 和 HC 排放物之和为横轴,NOx、HC 和 CO 排放物之和为其纵轴,并在图中标注其相应数值。从数值点与横纵轴包络面积的变化即可看出各阶段排放的降低水平。从图中可以看到,自 2000 年国 1 法规开始实施到 2020 年即将实施的国 6,有害排放物限值有大幅度的降低,降低幅度在 80% 以上,这表明中国轻型汽油车在排放控制方面的巨大进步。

    图 8 中国轻型车排放法规限值

     

    1.2.4   CO2排放
    由于 CO2 气体的温室效应会造成全球气候变暖,欧盟、美国、日本等国均制定了 CO2 限值来限制汽车 CO2 排放。中国也根据油耗法规折算出 CO2 限值。表 2 给出了不同阶段各国 CO2 排放限值。从表 2 看出,类似于其他汽车强国,中国制定的 CO2 限值也越来越严格,且给予实现目标的时间越来越短。但是目前中国对于 CO2排放的降低主要是通过降低燃油消耗量来实现,而专门针对降低 CO2 的技术并没有得到足够的重视。例如发动机燃用低碳燃料可显著降低 CO2 排放,但是对于低碳燃料在发动机中的应用还未引起广泛关注。

    表 2  各国 CO2 排放限值

    近20年汽车动力多元化的变革发展

    2.1汽车动力多元化发展现状


    自 20 世纪末汽车动力开始呈现出多元化发展的趋势。汽车从单一内燃机的燃油车(internal combustion engine vehicle,ICEV)逐渐向油电混合动力汽车 (hybrid electric vehicle,HEV)、电动汽车「指纯电动汽车(battery electric vehicle,BEV)和插电式混合动力汽车(plug in hybrid electric vehicle)」和燃料电池汽车(fuel cell vehicles , FCV)等方向发展。这些多元化动力是汽车动力向电动化发展的不同形式,几乎都需要电机及电池。以商业化产品为例,丰田公司于 1997 年推出油电混合动力车型 Prius,上市后广受好评;目前丰田在全球销售的混合动力汽车已经超过 1000 万辆;2009 年丰田发布第 3 代 Prius,据工信部公告,油耗为 4.3 L/(100km)。纯电动汽车以特斯拉为例,2008 年特斯拉推出纯电动车型 Roadster,2017 年特斯拉交付了 10.3 万辆纯电动汽车。另外,2016 年丰田汽车推出了全球首款批量商业化的氢燃料电池乘用车 Mirai,该车加注一次氢气可以续航 650 km,达到了和汽油车相同的续航里程和燃料加注效率。与此同时,汽车公司也一直致力于研发并生产更加节能的燃油汽车。马自达汽车坚持改进汽油机热效率,采用 13:1 的高压缩比等措施改善燃烧,在传统动力整车燃油经济性上取得了领先的优势。据工信部数据,2015 年马自达 Atenza 的整车油耗为 6.4 L/(100km),比 2016 年国家第 3 阶段油耗限值低了近 18%,大大领先于其他同类产品。上面的这些例子明确地表明了汽车动力多元化的技术发展趋势和商业实践,未来几种形式将共存发展。

    2.2 汽车动力发展预测


    如上节所述,汽车动力在 20 世纪末开始出现多元化且成功商业化。但是目前非内燃机驱动的汽车所占市场份额仍然很低,在未来仍然需要较长的发展时间。很多机构和研究者预测了未来不同汽车动力形式的发展趋势。从全球范围来讲,根据国际能源署最新报告预测 [28],2020 和 2030 年全球轻型电动汽车(含 BEV 和 PHEV)的销量分别为 390 万辆和 2100 万辆,各占当年总销量的 3% 和 13%。也就是说,到 2030 年至少还有 87% 的轻型汽车需要单一内燃机驱动。
    图 9 分别给出了未来美国市场 [29] 及中国市场 [30] 不同动力形式汽车的市场份额预测。从图 9a 可以看出,2015 年美国市场销售的纯内燃机汽车占比 92%,预计在 2030 年为 80%,而在 2050 年为 60%。考虑到混合动力仍然需要内燃机,因此在 2030 和 2050 年美国用内燃机的轻型汽车分别为 96% 和 90%。图 9b 是「中国节能与新能源汽车技术路线图」[30] 中对未来汽车动力的预测。从中可以看到,在 2030 年,中国纯内燃机汽车约占市场份额的 35%,混合动力汽车占 25%,电动汽车(含 BEV 和 PHEV)占 40%。燃料电池累计销量为 100 万辆。如果假设电动汽车中间有一半应用插电式混合动力,可以得出 2030 年中国汽车销量中仍然有 60% -80% 的份额需要内燃机。

    (a)美国市场 [29]

    (b)中国市场 [30] 
    图 9 未来美国市场及中国市场不同动力形式汽车的市场份额预测 [29-30]
    以上预测表明,在未来 30 年内燃机在汽车动力中仍然起到关键作用,全球范围内至少 60% 以上的轻型汽车仍将装有一个内燃机,内燃机生命力依旧旺盛。但随着汽车动力电动化的发展,未来内燃机的支配地位将逐步弱化。汽车由单一内燃机驱动变为由内燃机和电机(一个或者几个)驱动。换言之,汽车动力由内燃机的「独唱」变为内燃机和电机的「二重唱」。由此可以推断,内燃机在整车性能上所起到的关键作用将下降,将从一个「核心」部件变成「关键」部件,逐步成为一个通用产品,商业模式因此也可能发生深刻的变化。


    2.3汽车动力电动化的痛点


    汽车动力在向电动化发展的过程中遇到了以下主要问题:

    • 电池能量密度低。表 3 给出了不同电池与几种典型液体燃料能量密度值的对比 [31]。从表 3 中可以看出,电池的能量密度与传统液体燃料相差在 1-2 个数量级。这说明与传统燃油相比,想要依靠动力电池产生出相同的能量,所需动力电池的重量远远超出燃油质量和体积,这将造成整车质量的显著增加,使得能耗增加。但是,为了维持较长的续航里程来解决用户里程焦虑的问题,大容量的电池在当前的技术条件下是必需的。

    表 3  电池与典型液体燃料的能量密度对比

    图 10 给出了「中国节能与技术路线图」[30] 中对电动汽车电池系统能量密度及成本的预测。从图中可以看到,随着技术的进步,未来的电池比能量有望进一步提高,且同时可以保证电池成本持续降低。但是预测在 2030 年,即使电池能量密度能够获得翻倍的提升,其比能量也仅为 0.35 kWh/kg,和传统燃料的能量密度相差仍然甚远。

    图10 电池能量密度预测
    • 车主总成本高。车主总成本(total cost of ownership)包括购置成本和使用成本,其中使用成本包含能源使用费用、车辆维修保养、保险和交税等。美国 John W. Brennan 等 [32] 对比了中小型纯内燃机汽车和纯电动汽车在 20 年使用期间车主的总成本,如图 11 所示。可以看出,无论是小型还是中型汽车,纯电动汽车的车主成本均高于纯内燃机汽车,小型和中型纯电动汽车比纯内燃机汽车的车主成本分别高 44% 和 60%。其中,纯电动汽车购置成本明显高于纯内燃机汽车。对于小型汽车,纯电动的使用成本略高于纯内燃机汽车,而对于中型汽车,纯电动的使用成本显著高于纯内燃机汽车。

    图 11 内燃机汽车与电动汽车车主总成本对比 [32]
    • 充电难。首先,由于目前的充电基础设施还不完善,还需要专用充电车位,造成用户充电困难。即使已有公共充电桩,但由于数量较少,距离用户较远,充电成本高,也给用户带来不便;同时,建设充电桩也存在费用高,申请周期长,增容困难等实际问题。此外,由于目前充电及电池技术的限制,充电时间较长,用户在缺电后不能快速获得补充而造成不悦使用体验。

    综上所述,随着混合动力以及纯电动汽车的发展,内燃机的地位逐渐变化,但是在未来 30 年,内燃机在汽车中仍然起到关键作用。在当前其他动力源汽车仍存在如电池能量密度低、成本高及充电难等问题的情况下,对内燃机的研究仍然不能松懈。未来内燃机需要在汽车动力变革中进一步发展,挖掘更大潜力,尤其在如何降低油耗和应用低碳燃料(例如天然气、甲醇等)方面需要深入研究。

    3.变革中的内燃机发展

    3.1混动系统应用

    随着汽车动力的电动化发展,内燃机在未来很长一段时间需要与电机共存,形成混合动力系统作为汽车动力源。在混动系统中可以应用现有发动机资源,使用发动机的高效率工作区域,从而避开长时间在低效率区域工作,做到扬长避短。图 12 给出了内燃机在混动系统中应用的两个例子。图 12a 为传统燃油车发动机(较大排量)在混动系统中的应用示意。可以看到,发动机在传统车中的常用使用工况为中低速、低负荷区域,而在这些区域发动机的热效率较低,燃油经济性差。发动机在混动系统中使用后,通过电机的辅助将发动机工况调整至中高负荷,使用其高效率区域而降低油耗。另外一种使用方案为采用成本较低的小排量发动机,这样在相同负荷下,发动机在更高的效率区工作,如图 12b 所示。这样可以充分利用现有发动机资源,改善整车燃油经济性。上述 2 个例子展示了在混动系统中利用发动机的 2 种方案,而方案的选择将取决于不同的设计理念。但是仅利用传统发动机的资源,不足以充分发挥混动系统的优势,需要有针对性的研发混动专用发动机。

            

    (a) 大排量发动机                                                  (b)小排量发动机 
    图 12 发动机在混动系统中的应用示例 

    3.2 增程混动专用发动机的特征分析


    混合动力发动机的工况范围较传统发动机有较大的不用,其运行和设计特征应该有其特点。2016 年帅石金等对轻型车用混动发动机进行了综述分析 [33],他们指出目前混动发动机主要有两条技术路线,即,以日本车企主导的自然吸气高膨胀比汽油机,以及以德国车企主导的直喷增压汽油机。中国对混动发动机本身的研究较少,多是在传统发动机基础上进行重新标定和选配,并没有针对性的正向开发混动专用发动机,无法充分发挥混动系统的节油能力。

    由于新能源汽车补贴退坡及纯电动汽车成本高、续航短、在严寒地区性能显著下降等原因,具有增程功能的混动系统将显现出市场竞争力,可能成为未来典型的混动路线。本文在此对增程混动系统的发动机特征进行分析。增程混动系统一般指串联构型的混动系统,也称为增程器。增程器发动机不参与驱动车辆,仅用来带动发电机发电以增加纯电续驶里程。在电池电量不足情况,维持汽车巡航所需的驱动功率一般较低。以一个整备质量为 1.6 t 重的三厢汽车为例,维持 120km/h 续航行驶所需的增程器功率约为 30kW。因此,增程器可以选用较小排量的发动机。


     

    此外,本田的串并联构型混动系统(iMMD 系统)[34] 和同济大学的增程式混合动力(TJEHT)系统 [35] 都具有双电机,且其发电机和发动机可与车轮完全解耦,因此也具备增程功能,在此也称为增程混动系统。相比于传统燃油车,增程混动系统对发动机的动力性要求降低,对其运行工况(转速、负荷)有较大选择空间。


     

    增程器专用发动机最主要的特点是发动机热效率高、结构紧凑、成本低。一般通过提高压缩比并采用 Atkinson 循环来实现发动机高效率工作。为进一步提高热效率,还会采用冷却 EGR、低摩擦技术等手段。为简化结构并降低成本,可考虑采用每缸 2 个气门的气缸盖设计和气道喷射技术。为了满足结构紧凑的需要,可以考虑采用三缸或者二缸发动机设计 [36]。另外,由于二冲程发动机升功率大,也可能成为设计选项 [37]。


    3.3 提高发动机热效率

    混动系统对发动机的热效率提出了更高的要求,因此需要研究如何进一步提高发动机热效率。目前商业化的高水平车用汽油机的最高热效率约为 37%,各大主流汽车厂商仍然致力于进一步提高发动机热效率的研究。2017 年,日本丰田公司推出了基于全新架构的发动机「Dynamic Force Engine」(动力发动机)。该款发动机排量为 2.5 L,热效率为 40%,其混动版本的热效率更是达到 41%,是全世界目前量产汽油机中的最高值 [22-23]。此外,丰田公司已经在实验室内探索评估了各种改善热效率的方法,并已验证了汽油机获得高于 45.9% 热效率的可能性 [21]。这表明产品发动机有望在不远的将来达到 45% 的热效率。如果实现这一目标,将比目前汽油机的热效率相对提高 24%,若应用到整个汽车行业,将具有显著的降油耗前景。


     

    在学术研究领域里,研究人员也在探索提高汽油机热效率到 50% 的新概念。比如,日本在 2014 年启动了「创新燃烧技术」项目,旨在进一步提高发动机热效率。由日本庆应大学领导的汽油机燃烧团队,通过超稀燃烧(过量空气系数为 2)等一系列技术手段,已将发动机有效热效率提升至 51.5%[38-39],证明了进一步提高汽油机热效率的可能性。

    一般来讲发动机消耗燃油产生的能量主要有如下 5 部分组成:有效功、传热损失、排气损失、机械损失及燃烧损失。改善发动机的热效率,即在不改变能量输入的情况下,尽量提高有效功的输出,减少其他部分的能量比例。几乎所有提高热效率的技术手段都是秉承以上的准则。表 4 给出了笔者在早期研究中总结的提高汽油机热效率的一些技术手段和收益 [40]。可以看到,各个技术手段的应用都能获得较为可观的热效率改善程度。由于传统车型对发动机的高要求,阻碍了部分技术手段的应用。混动系统给予发动机更大的优化空间,这些技术手段的应用或许不再受限。

     

     

    表 4  提高热效率的技术手段及收益 [40]

    *包括降低泵气和摩擦损失的收益。
    结合文献研究,总结汽油机有效热效率提高到 45% 的主要技术手段有 ([1-2,21-23,40-56]:

    • 长冲程设计。增加发动机冲程不仅可以减少发动机传热损失,还可提高缸内气体流动强度, 改善燃烧。图 13 和图 14 分别给出了丰田公司研究得出的发动机冲程、缸径与燃烧室面容比和缸内湍流强度的关系 [21]。可以看到随着冲程的增加,面容比降低,利于传热损失的降低。同时从图 14 可以看到,缸内湍流强度随冲程的增长而增强,继而可提高燃烧速度。混合动力用发动机最高转速较低(不超过 4000 r/min),可以突破传统发动机(转速达到 6000 r/min)长冲程设计受活塞平均速度的限制,充分利用长冲程设计带来的益处。

    • 高压缩比(>13)。通过提高压缩比来提高发动机的热效率是人们长期追求的目标。在实践中为避免压缩比过高导致爆震,可以采用 Atkinson 循环,在保持较低有效压缩比的情况下,实现高的膨胀比。另外的解决方案是采用可变压缩比技术,在不同工况采用不同的压缩比,避免在大负荷时产生爆震燃烧。

    图 13 发动机冲程、缸径与燃烧室面容比的关系 [21]

    图 14 发动机冲程、缸径与缸内湍流强度的关系 [21]
    • 稀薄燃烧技术。稀薄燃烧可提高发动机工作过程的过程指数(减少传热损失)和部分负荷的泵气损失,继而提高热效率。

    • 冷却废气再循环(EGR)。冷却 EGR 可以降低部分负荷的泵气损失,同时 EGR 可以降低燃烧温度,继而降低传热损失,并可降低 NOx 排放。但是需要注意的是,随着引入缸内 EGR 比例的增加,燃烧速度降低,燃烧持续期增长,可能造成燃烧不稳定或失火,不利于热效率提高。为改善这一现象,可以通过提高缸内湍流强度来提高燃烧速度。通过改进气道设计或燃烧室设计等措施可改善缸内气流运动,提高缸内湍流强度,继而改善燃烧速度,同时扩展 EGR 比例界限,进一步改善热效率。

    • 降低传热损失。发动机可通过引入 EGR、采用均质充量压燃(homogeneous charge compression ignition,HCCI)等技术组织低温燃烧降低传热损失,或者采用活塞隔热涂层降低传热损失。还可通过改善发动机热管理系统降低传热损失,例如采用电子节温器较为灵活地控制冷却液大小循环的开启,将发动机保持在较适合的水温下工作,降低传热损失。

    • 提高机械效率。采用轻量化材料、低摩擦材料和技术,以及高效率附件(附件电子化)降低机械损失。

    • 燃油与发动机联合优化。通过对燃油与发动机的联合匹配和优化,选出更适合发动机的燃油,充分利用燃油特性以改善发动机热效率。合适的燃油理化特性可加快燃烧速度、抑制爆震、扩展着火界限以实现热效率的提高,并有助于降低有害排放。

    3.4推广应用低碳燃料


    低碳燃料是分子结构中的碳氢比例较低的一类燃料,包括天然气、甲醇、乙醇等。发动机燃用低碳燃料可以从化学本质上降低燃烧后 CO2 的生成量。天然气燃料由于储量丰富、成本低廉、储运方便,是一种很有前途的发动机代用燃料,在此做重点分析。天然气的主要成分是甲烷,它的碳氢比是碳氢化合物燃料中最低的。发动机燃用天然气的最大好处是 CO2 排放低。下面以天然气和汽油为例,对比两种燃料完全燃烧后产生的理论 CO2 生成量。式(3)给出了碳氢化合物燃料的化学反应方程式。

    其中:CnHm 为碳氢燃料,n 和 m 分别为燃料分子中碳原子和氢原子的个数,Q 为释放的热量。
    以甲烷代表天然气,其分子中碳原子和氢原子的个数分别为 1 和 4;由式(3)可得,燃烧 1 kg天然气产生 48.28 MJ 热量 [57],同时将产生 2.75 kg CO2。汽油的热值为 43.05 MJ/kg,以其代表性成分辛烷代表汽油,其分子中碳原子和氢原子的个数分别为 8 和 18,若产生相同热量,将需消耗 1.121 5 kg 汽油,产生 3.463 kg CO2。也就是说,理论上相同放热量下燃用天然气比燃用汽油产生的 CO2 减少 20.6%。

    在实际发动机应用中,中国在 2017 年首次开发并量产了首款高性能单一天然气发动机驱动的多用途商务汽车 [58],其新欧洲标准行驶循环(new European driving cycle,NEDC)CO2 排放为 131.4 g/km,比原汽油机下降了 27.4%,十分接近 2020 年我国第 4 阶段油耗限值折算的 CO2 限值 126.1 g/km。该款发动机排量为 1.5 L,压缩比为 12,最高热效率达到了 37%,采用当量燃烧加三元催化器后处理的技术路线。天然气供给为高压气道多点喷射。


     

    在国外,2017 年德国奥迪汽车发布了 A4 Avant 天然气汽车 [59],其 CO2 排放为 95 g/km,达到了欧盟 2020 年的限值。该款发动机的排量为 2.0L,压缩比为 12.6,额定功率为 125 kW,最大扭矩为 270 Nm,最高热效率达到了 40%,采用天然气可续航 500 km。该款发动机是基于最新的 EA888 发动机开发的,增加了天然气高压多点喷射系统, 选用高强度合金活塞确保 13.5 MPa 的最大爆压、使用耐磨材料的气门座圈、降低进气门座圈角度,图 15 给出了发动机的剖面示意图。

    图 15 奥迪 A4 Avant 天然气发动机剖面图 [57]

     

    从上述两款天然气汽车的实例可以看出,天然气发动机比汽油机大幅度的降低 CO2 排放。因此,大规模的应用天然气汽车可以十分明显地降低中国交通领域的 CO2 排放。除了在降低 CO2 排放方面的优势外,天然气汽车的其他优点还包括清洁燃烧,没有颗粒物排放,天然气价格便宜,车辆运行费用低等。

    中国地域辽阔,东西部能源资源差异很大。应该根据地域和资源情况采用不同的能源。比如,在充电设施比较好并且车主用车距离不远的大城市,可以积极推广电动汽车以减少城市空气污染。在富气地区可以大力推广应用天然气汽车,而在长途运输时应用节能的燃油汽车。

    4.结论

    一:在过去 30 年,轻型汽车汽油机技术取得了长足的进步;汽油机产品在动力性、燃油经济性和排放控制方面获得了全方位的提高。动力性提高 67% 以上,热效率提高了 8 个百分点,提高幅度为 20% 以上。中国轻型汽车排放标准从国 1 到国 6,有害排放物降低 80% 以上。

    二:内燃机在未来 30 年仍然起到关键作用,预测至少 60% 以上的轻型汽车需要一个内燃机。

    三:内燃机在轻型汽车动力中的地位将逐渐发生变化:从内燃机单独驱动逐渐演变为内燃机和电机共同驱动,其作用的变化类似于从「独唱」变为「二重唱」。内燃机在整车性能上所起到的关键作用将下降,从一个「核心」部件变成「关键」部件,成为一个通用产品,商业模式可能发生变化。

    四:结合混合动力系统应用可以充分利用发动机的高效率区域。混动系统,特别是增程混合动力系统,要求内燃机的运行范围变窄,有必要开发混合动力专用发动机,进一步提高其热效率、简化机构、降低成本。

    五:未来汽油机热效率(特别是实际运行时的热效率)将有大幅度提高,通过多种技术手段的应用,商业化产品有望实现 45% 的热效率。

    六:汽车燃用天然气可以大幅度降低 CO2 排放。车用动力将根据地域形成「油、电、气」的多元格局。
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    -END-

     

    以上就是100唯尔教育网(100vr.com)小编为您介绍的关于汽车的知识技巧了,学习以上的汽车动力变革中的内燃机发展趋势知识,对于汽车的帮助都是非常大的,这也是新手学习汽修专业所需要注意的地方。如果使用100唯尔教育还有什么问题可以点击右侧人工服务,我们会有专业的人士来为您解答。

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    随着社会经济的发展,交通事业有了明显进步,其发展现状在很大程度上影响着我国国民经济的稳定性。在交通运输体系中,公路是基本组成要素,基于自身的网格化和便捷化等特点,承担着巨大的运输任务,因此,对于公路的修建和维护十分重要,其中,沥青路面的施工质量更是关键所在。一旦出现任何质量问题都会影响着行车安全和运输稳定,对此,在施工过程中,必须加强对于沥青路面的检测,通过压实度检测、平整度检测、弯沉检测、抗滑性能检测等手段保证沥青路面的施工质量符合实际所需。 路面的平整度与路面各结构层次的平整状况有着一定的联系,即各层次的平整效果将累积反映到路面表面上。平整度检测是规定的标准量规,间断的或连续的测量路表面的凹凸情况,即不平整度的指标。是路面进行验收和养护的重要环节。 一、3大平整度检测方法 1. 3m直尺法 3m直尺测定法有单尺测定最大间隙及等距离(1.5m)连续测定两种。两种方法测定的路面平整度有较好的相关关系。前者常用于施工质量控制与检查验收,单尺测定时要计算出测定段的合格率;等距离连续测试也可用于施工质量检查验收,要算出标准差,用标准差来表示平整程度。 2.连续式平整度仪法 用于测定路表面的平整度,评定路面的施工质量和使用质量,但不适用于在己有较多坑槽、破损严重的路面上测定。 3.车载式颠簸累积仪法 规定用车载式颠簸累积仪测量车辆在路面上通行时后轴与车厢之间的单向位移累积值VBI表示路面的平整度,以cm/km计。适于测定路面表面的平整度,以评定路面的施工质量和使用期的舒适性。但不适用于已有较多坑槽、破损严重的路面上测定。 二、这里以连续式平整度仪测定平整度为例 用于测定路表面的平整度,评定路面的施工质量和使用质量,但不适用于在己有较多坑槽、破损严重的路面上测定 1.检测器具 连续式平整度仪的标准长度为3m。测定轮上装有位移传感器、距离传感器等,自动采集位移数据时,测定间距为10cm,每一计算区间的长度为100m,100m输出一次结果。 2.准备工作 (1)按要求选择测试路段。 (2)在测试路段路面上选择测试地点 (3)清扫路面测定位置处的污物 (4)检查仪器检测箱各部分是否完好、灵敏,并将各连接线接妥,安装记录设备。 3.测试步骤 (1)将连续式平整度测定仪置于测试路段路面起点上。 ⑵)在牵引汽车的后部,将平整度仪的挂钩的挂上后,放下测定轮,启动检测器及记录仪,随即启动汽车,沿道路纵向行驶,横向位置保持稳定,并检查平整度检测仪表上测定数字显示、打印、记录的情况。 在测试路段较短时,亦可用人力拖拉平整度仪测定路面的平整度,但拖拉时应保持匀速前进。 以上,就是100唯尔教育关于路面平整度的部分内容了。

    机床过热冒烟甚至打火很难修?不,这类故障更难

    随着工业革命的推进,机床在工业中早已得到广泛的成用。机床电气设备在操作人员操作过程中因受到各种各样因素,使其出现不能正常工作的现象也就是故障,导致不能安全生产或不能正常生产。机床电路的故障一般有两种情况。一种表现出明显的外表特征且容易发现的故障,如电机电器元件的过热、冒烟、打火、发出焦糊味、有响声、运动部件卡住等现象;另—种是没有外表特征较隐蔽的故障,主要是控制电路的故障,线路越复杂,故障几率越多。造成这两方面故障的主要原因有以下几点:过载,绝缘击穿或短路、调整不当机械动作失灵、动静铁心端面有异物、触头接触不良、接线松脱、小零件损坏以及操作不当等等。一旦发生故障,应采用正确的方法,查明故障原因并修复故障,以保证设备的正常使用。 C6140普通车床是机械加工中应用广泛的机器设备,其控制线路的检修具有典型性和代表性。今天100唯尔教育小编就结合100唯尔教育VR仿真课程来介绍下CA6140型车床常见电气故障的检修方法,熟悉机床电气设备检修的一般要求和方法。 一、CA6140车床电气控制线路安装步骤及工艺要求 1、配齐电路中的电器元器件,并逐个检验其规格和质量是否合格。 2、根据电动机的容量、线路走向及要求和各元器件的安装尺寸,正确选配导线的规格、导线通道类型和数量、接线端子板型号及节数、控制板、管夹、束节、紧固体等。 3、在控制板上安装电器元件,并在各电器元器件附近做好与电路图上相同代号的标记。 4、按照控制板内布线工艺的要求进行布线和套编码套管。 5、选择合理的导线走向,做好导线通道的支持准备,并安装控制板外部的所有电器。 6、进行控制箱外部布线,并在导线线头上套配与电路图相同线号的编码套管。对于可移动的导线通道应放适当的余量,使金属软管在运动时不承受拉力,并按规定在通道内放好备用导线。 7、检查电路的接线是否正确和接地通道是否具有连续性。 8、检查热继电器的整定值是否符合要求。各级熔断器的熔体是否符合要求。 9、检查电动机的安装是否牢固,与生产机械传动装置的连接是否可靠。10、检查电动机及线路的绝缘电阻,清理安装场地。 11、接通电源开关,点动控制各电动机启动,以检查各电动机的转向是否符合要求。 12、通电空转实验时,应认真观察各电器元件、线路、电动机及传动装置的工作情况是否正常。· 二、注意事项 1、不得漏接接地线。严禁采用金属软管作为接地通道。 2、在控制箱外部进行布线时,导线必须穿在导线通道内或敷设在机床底座内的导线通道内。所有的导线不允许有接头。 3、在导线通道内敷设的导线进行接线时,必须集中思想,做到查出一根导线,立即套上编码套管,接上后再进行复验。 4、在进行快速进给时,要注意将运动部件处于行程的中间位置,以防止运动部件与车头或尾架相撞。 5、在安装、调试过程中,工具、仪表的使用应符合要求。6、通电操作时,必须严格遵守安全操作规程。 以上,就是100唯尔教育关于机床的部分内容了。

    汽车尾气冒白烟?出现这个情况要小心了,可能这个部件故障了

    汽车尾气是诊断发动机是否健康的一个重要标准。排气管冒烟正常的是无色的,有三种故障的颜色,具体是白色、黑色和蓝色。白色的烟,发动机有烧防冻液的情况,可能原因是汽缸垫损坏了,需要更换新的汽缸垫,部分车辆在机油冷却器上也有防冻液的交汇处,可能损坏导致烧防冻液。黑色的烟,发动机燃烧不好,可能原因是由于进气量和喷油量不匹配导致汽油燃烧不好,导致排黑烟。蓝色的烟,发动机烧机油。可能原因有气门油封损坏,或者气缸垫损坏。 汽缸盖主要是密封气缸的上部,与活塞、气缸等共同构成燃烧室,通常是灰铸铁或合金铸铁,铝合金材料。由于接触温度很高的燃气,所以承受的热负荷很大。气缸盖密封性能的好坏,对发动机的技术状况有很大的影响。当气缸盖密封不严时,将使气缸漏气,造成气缸压缩压力不足,温度降低及空气质量减少。气缸漏气严重时,将使发动机功率明显下降,甚至无法工作。因此,在发动机工作中如果出现功率下降故障,除查找影响发动机功率下降的有关故障原因外,还要检查气缸盖密封性能是否良好。 在拆装气缸盖时,应在冷机状态下进行,严禁在热机状态下拆卸,以防气缸盖出现翘曲变形。拆卸时应从两边向中间对称分多次逐渐松开。若气缸盖与气缸体结合牢固取下困难时,严禁用金属物敲击或用尖锐硬器物嵌入缝口硬撬(有效的方法是用启动机带动曲轴旋转或摇转曲轴旋转,靠气缸内产生的高压气体将其顶开),以防划伤缸体与气缸盖的接合面或损伤气缸垫。 在拆卸过程中,需要注意以下事项: 1、拆除与气缸盖相连的所有管路和接线,必要时做好标记,以防错乱。 2、等发动机自然冷却后,放掉冷却液。 3、对于顶置凸轮轴的发动机,拆卸凸轮轴时要按照“从两侧向中间”的顺序,松开凸轮轴固定螺丝,以防凸轮轴发生弯曲变形。 4、拆卸缸盖螺栓时,必须等发动机完全冷却之后再进行,拆卸时要按照“从两边向中间对角均匀松开”的原则,以防止缸盖发生翘曲变形。 5、清除旧的气缸垫,清洁气缸盖及气缸体密封表面。此项工作要求特别地耐心细致,要彻底清除气缸盖和气缸体结合面处的旧密封胶、积碳及腐蚀生成物,并用压缩空气吹干净。 在装配气缸盖时,首先要清除气缸盖与气缸的接合表面及气缸体螺栓孔内的油污、炭粒、铁锈和其它杂质,并用高压气体吹干净。以免产生螺栓对缸盖的压紧力不足。在紧固气缸盖螺栓时,应分3—4次由中间向两边对称拧紧,最后一次要达到规定的扭力矩,且误差≯2%,对于铸铁气缸盖在热机温度达到80℃后,应按规定力矩再重新拧紧连接螺栓。而对于双金属材料发动机,就应该在发动机冷却以后,再进行这样的重新拧紧操作。 以上,就是100唯尔教育关于汽缸盖的部分内容了。

    十分容易刺激呼吸道、眼睛,染料食品药品都有用,每个化工人却绕不过

    EDTA在配位滴定中经常用到,一般是测定金属离子的含量。EDTA在染料、食品、药品等工业上有重要用途。乙二胺四乙酸二钠为无味无臭或微咸的白色或乳白色结晶或颗粒状粉末,无臭、无味。它能溶于水,极难溶于乙醇。它是一种重要的螯合剂,能螯合溶液中的金属离子。防止金属引起的变色、变质、变浊和维生素C的氧化损失,还能提高油脂的抗氧化性。 但是它对粘膜和上呼吸道有刺激作用,对眼睛、皮肤有刺激作用。且可燃,具刺激性。在密闭操作过程中操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。操作人员需佩戴自吸过滤式防尘口罩,戴化学安全防护眼镜,穿防毒物渗透工作服,戴橡胶手套。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。避免产生粉尘。避免与氧化剂接触。搬运时要轻装轻卸,防止包装及容器损坏。因此,化学相关专业的学生进入相关实验的学习和操作是存在一定的人身安全风险的。 针对这种有安全隐患的实验实训操作,化工仿真实训是一种新的高效的教学方法,它可以使学生不进工厂就能实际了解化工生产装置的生产和操作过程,通过实际动手,完成对生产装置实际操作的培训。 1.安全性。其一,学生通过计算机上进行仿真训练不会发生人身危险,例如学生在仿真制备试液过程中,需要称取0.2000~0.5000克试样于250毫升烧杯中,加溴氢酸2毫升,盖上表面皿,加热至刚冒烟,取下加入5毫升盐酸,5毫升硝酸,继续加热分解至1~2毫升。在这过程中,不会发生加热不当影响学生人身安全。其二,不会造成设备破不和环境污染等经济损失。因此,VR仿真实训是一种非常安全的实习方法。 2.为学生提供了充分动手的机会。学生无论是实验课时间还是课下,都不需要提前准备任何实验器材和材料,通过计算机就可以完成反复进行从实验的称样、试液制配、测定等实验训练,从而可以很好地培养学生动手能力。 3.实验模拟可以清晰地观察实验的变化规律,使学生获得更多的感性认识,学生变成学习的主体。例如: 在实验测定阶段:学生需要操作吸取10.00mL锌标准溶液(2.50mg/mL)于250mL烧杯中,用水稀至40mL左右,加入2滴半二甲酚橙指示剂(2.5g/L),用氨水(1+1)和盐酸(1+1)调整至溶液为橙色,再加入10mL乙酸乙酸钠缓冲溶液,用EDTA标准滴定溶液滴定至亮黄色。在这个过程中,学生可以360°全方位观察实验现象的变化过程及瞬间。 4.实验模拟可以快速完成耗费时间很长的实验,并可不断地重复各个实验过程,有利于提高实验教学效果,降低实验运行费用。再如,这个实验的测定阶段,正常需要取三次标定结果的平均值,且要确保三次结果极差值不应大于0.05mL。通过虚拟仿真实训,则可以更为快速高效的完成。 5.仿真软件具有自动评价功能,对学生掌握知识的随时进行测评。而在实际实验教学中,一位教师无法同时跟踪众多学生进行测评,也无法及时发现学生在实验过程中容易出现的操作失误点,去及时调整实验教学重点。而通过仿真软件则可以实时跟踪学生的每个操作记录,并给出正确率及错误点。 化工仿真再现真实的化工系统,模拟实验过程中数据的生成和变化,学生在操作过程中通过观察联想识别探索﹐从感性到理性,从直观到思维,极大地激发了学习的积极性、主动性,培养感受理解能力、观察思维能力、自主学习能力实际操作能力分析和解决问题能力。 以上,就是100唯尔教育关于EDTA测铅、锌的部分内容了。

    自己在家做牙齿矫正靠谱吗?别冲动,小心美牙变毁牙

    随着相关技术的日渐成熟,目前隐形矫正市场正迎来爆发期,市场增长快速。牙齿矫正不应盲目追捧大品牌,选择有经验的医生设计合理方案更为重要。牙齿矫正方案制定的过程非常专业系统。正规的隐形矫正器都是要量身定做的,往往要拍牙齿及颌骨的X片或口腔CT,再根据患者的牙齿及颌骨的情况,经过专业的正畸医生做出诊断并确定治疗方案。从检查到佩戴到后期调整,都离不开专业的医生。 口腔医学是一门理论性与实践性均很强的临床学科,实践操作能力的养成是培养口腔医生的特色与核心环节。目前,口腔医学院校的实验课教学基本占到总教学课时的一半左右。随着仿真模拟技术以及计算机技术的不断发展,口腔临床实验教学的手段有了很大的提高,明显提升了口腔临床实验课的教学效果。 口腔治疗是一项非常精细的操作。随着现代仿真模拟系统与计算机技术的不断结合,计算机系统不仅可以全程记录和分析学员的操作姿势、切削压力,同时可以对学员基牙预备等进行实时精确地评估,甚至对穿髓、损坏邻牙等错误的操作进行报警。学员的操作培训更加精细化,考核更加标准化。 今天100唯尔教育小编就结合100唯尔教育VR仿真课程来介绍下口腔矫治的相关知识。 一、口腔医学临床仿真训练内容 先进的现代仿真模拟系统促进了腔医学实验教学手段的不断扩展。口腔医学各种临床的操作训练,无论是洁牙、补牙、拔牙,还是正畸、镶牙、种植牙呼。它可以满足学员练习各种临床模拟操作训练。 二、口腔医学临床仿真训练效果 首先,临床仿真训练系统很大程度地扩展了实验教学的内容。以往使用简易头颅和刚玉模型进行模拟操作时,受到设备限制,不仅仿真程度差,可以开展的实验教学内容也很局限。新系统的投入使用后,实验教学的内容增加了约50%,不仅操作仿真程度高,而且很多临床的新技术,如口腔种植操作、牙列正畸治疗、阻生牙拔除术等均可在实验教学中开展,加以计算机技术的结合,训练更加标准化和精确化。 其次,临床仿真训练系统提高了临床实习的教学效果。在学员进入临床实习后,据反映,与未经过临床仿真训练系统训练的实习学员相比,学员在临床操作时的紧张感和操作失误率明显降低。口腔临床操作要通过大量反复的训练方能理解和掌握的。学员在实习时受到病源和病种的限制,操作机会有限,通过仿真训练实验室的开放,进入临床实习的学员利用晚上时间回到实验室进行再培训,通过与临床实践相结合,提高了临床实习的教学效果。 口腔医学是一门不断发展的科学,高水平的口腔临床仿真培训系统也不断地发展,曾经有人质疑教学中引进高规格的现代仿真培训系统是否有必要,事实证明,在提高口腔医学教学方面,高投入必然有高回报。最终受益的是患者。 以上,就是100唯尔教育关于口腔矫治的部分内容。

    新车最在意的3大部件之一,品类却千奇百怪,你真的了解吗?

    对于新车来说,最在意的是变速机、底盘和引擎这三大部件,这三个结果的好坏对开车体验有很大的影响。汽车变速器,又称变速箱,对于玩车的人并不陌生。它是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置,用于发挥发动机的最佳性能。变速器可以在汽车行驶过程中,在发动机和车轮之间产生不同的变速比,通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性能状态下。 新手司机总认为手动挡汽车的耐用性最强,除了偶尔更换变速箱油以外,这种机器似乎是什么心都不用操了;因此许多汽车厂商会推出手动变速器的车型,保留下最初的驾驶乐趣;而自动变速器的车型往往都要贵上一点,并且还衍生出了无级变速器、双离合变速器、湿式变速器。此外,还有将两者结合的手自一体变速器, 这一技术是为了把如何驾驶的选择权还给消费者,从而丰富车主的驾驶体验。 你真的了解这些“千奇百怪”的变速器吗,今天100唯尔教育就结合100唯尔教育VR仿真课程来介绍变速器的相关知识。 变速器组成:它主要由输入轴和输入轴齿轮,同步器;输出轴和输出轴齿轮、同步器;倒档轴和倒档轴齿轮等主要部件组成。通过齿轮变速原理来改变输出速度和扭矩的大小。当主动齿轮比从动齿轮小的时候,也就是传动比(输出轴齿轮齿数除以输入轴齿轮齿数)大于1的时候,这时候输入的速度大于输出的速度,扭矩增大;当主动齿轮大于从动齿轮时候,也就是传动比小于1的时候,这时候输出速度大于输入速度,扭矩小,速度增快。这就是变速器变速的原理。 变速箱分为手动、自动两种,手动变速箱主要由齿轮和轴组成,通过不同的齿轮组合产生变速变矩;而自动变速箱AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成,通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。 手动变速箱称手动变速器(简称MT)又称机械式变速器,即必须用手拨动变速杆(俗称“挡把”)才能改变变速器内的齿轮啮合位置,改变传动比,从而达到变速的目的。 自动变速器 核心功能就是可以实现全自动换挡。在车主驾驶自动变速器车辆时,驾驶员只需要按照实际路况控制油门即可,自动变速器会根据汽车的不同状况,自动切换到不同档位。 手自一体变速器 是把手动变速器和自动变速器结合在一起的产物。结构上来说,手自一体变速器由普通的齿轮箱、电子控制离合器、自动换挡机构以及电子控制组件构成。它的诞生是为了提高自动变速器的经济性和操控性,把选择如何驾驶这个权利,交还给车主。这种变速器不仅仅方便,还提高了驾驶者的驾驶乐趣。 以上,就是100唯尔教育关于变速器的部分内容了。

    家庭标配,关系一日三餐,电饭煲突然罢工是什么原因?

    电饭煲可以说是每家每户都有的厨电了,它关系着我们的一日三餐,是每个家庭的“标配”。 电饭煲,又称作电锅。是利用电能转变为热能的炊具,具有对食品进行蒸、煮、炖、煲、煨等多种操作功能,使用方便、安全可靠。它不但能够把食物做熟,而且能够保温,使用起来清洁卫生,没有污染,省时省力,是家务劳动现代化不可缺少的用具之一。 今天100唯尔教育小编就结合100唯尔教育VR仿真课程来介绍下电饭煲的相关知识。 电饭煲主要结构由发热盘、限温器、保温开关、杠杆开关、限流电阻、指示灯、插座等组成。限温器又叫磁钢,靠磁钢的吸力带动杠杆开关使电源触点保持接通。当煮米饭时,锅底的温度不断升高,永久磁环的吸力随温度的升高而减弱,当达到一定温度时,磁环的吸力小于其上的弹簧的弹力,限温器被弹簧顶下,带动杠杆开关,切断电源。 一、电饭煲不加热的原因及解决方法 1.检查插头是否插好,如果松动会导致电饭煲不能正常通电,可能会出现不加热的情况,将电源插头固定好即可。 2.使用万用表测试一下,电饭煲的按键开关是否发生故障,如果出现一样,建议将开关进行更换。 3.检查电饭煲内部电线是否发生短路,查出短路处,重新接好,既能正常使用。 4.电饭锅使用过程不注意,致使内锅变形或发热盘变型,也是会造成温度过高,从而引起保险被烧,如果是这种情况的话就要认真对电饭锅变形的内锅仔细修整恢复原样,修好的内锅还是可以使用的,但是已经变形的发热盘就不能使用了,要更换新的。 二、电饭煲保养怎么做? 1、做米饭时最好将米淘净,在清水中浸泡15min左右,然后再下锅,这样可以大大缩短煮饭时间,而且煮出的米饭特别香。 2、充分利用电热盘的余热。当电饭锅中的米饭汤沸腾时,可关闭电源开关8-10min,充分利用电热盘的余热后再通电。当电饭锅的红灯灭、黄灯亮时,表示米饭已熟,这时可以关闭电源,利用余热保温10min左右。 3、电饭锅切勿当电水壶用。同样功率的电饭锅和电水壶,烧瓶开水,电饭锅使用的时间远远长与电水壶。 以上,就是100唯尔教育关于电饭煲的部分内容了。

    汽车插入钥匙后直接打火?经常这么做,汽车蓄电池寿命减半

    汽车点火开关的作用是接通或切断起动机、点火和电器线路。点火开关一般设有0或LOCK, I或ACC, II或ON, III或START四个位置。这四个档位都是递进式的,因此插入钥匙后不能直接打火。钥匙每到一个档位都需要停留5秒左右,目的是让电器设备逐个进入工作状态,这样可以缓解瞬间通电造成的蓄电池负担,如果着车时在其他档位不做停留,从LOCK直接进入START启动发动机,会瞬间增加蓄电池的负荷,经常这样操作会缩短蓄电池的使用寿命,会导致发动机启动困难,促使积碳的产生。 今天100唯尔教育就结合100唯尔教育VR仿真课程来介绍下汽车点火开关的相关知识。 一、四个档位 1.LOCK:锁止档,停车熄火时需打到该档位,只有在该档位钥匙才能拔出。如果此时转动方向盘,方向盘也会被锁止,下次再打火时,需一边转动方向盘,一边扭动钥匙,不然钥匙是转不动的。 2.ACC:附件档。接通后只有少量部件是有电的,比如收音机、点烟器。 3.ON:全车通电档。接通后车辆上所有部件全部通电,正常行驶时就是在该档位。 4.START:启动档,只有打火的那几秒钟要停留在该档位,当打着火后松开钥匙,会自动弹回到ON档。 二、解除汽车点火开关故障步骤: 1.先拆转向柱上护盖,用工具在图中红圈处插入,轻轻一撬就开了 2.上护盖拆开后,把方向盘向左打90度,就可以看到下护盖左边的螺丝, 3.松掉左边的螺丝后,方向回中,并继续向右打90度,就可以看到右边的螺丝了,松螺丝。 4.接下来就可以开始拿点火开关了。先用螺丝刀将点火开关的后盖拆掉,在图中位置轻轻一撬就掉了。 5.开关后盖轻松拿掉,然后在下图中黄色圈处用螺丝刀顶住开关线束插头的卡子,就可以把插头拆掉了。再拿两根粗点的缝衣针,插入图中红圈出,里面是开关总成的卡字所在位置,拨起总成的卡字后,开关轻松拿出来。 6.开关拿下来后,自然就是解体开关,这一步非常容易,小螺丝刀撬一撬开关上的四个卡扣,开关立马分解。 以上,就是100唯尔教育关于汽车点火开关的部分内容了。

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