汽油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)研究

葉紅榜

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)所涉及到的產(chǎn)業(yè)鏈條越來(lái)越長(zhǎng)，人們的生產(chǎn)生活已經(jīng)離不開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)，人們不斷地研制出不同用途多種類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)，但是無(wú)論哪種發(fā)動(dòng)機(jī)，它的基本前提都是要以某種燃料燃燒來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力。 燃料燃燒就要消耗能源，日益緊缺的能源供應(yīng)和嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)壓力，使發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能問(wèn)題變得尤為重要。 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能也會(huì)直接影響汽車(chē)的二氧化碳排放量，排放控制則是減排的重要內(nèi)容，符合國(guó)家排放要求，所以說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)的功能是節(jié)能減排控制的重要內(nèi)容。 總之，要加快節(jié)能減排技術(shù)研發(fā)，就要重視發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排的功能推廣，要建立起發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排的技術(shù)體系，推廣使用有節(jié)能功效的發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)，加強(qiáng)國(guó)際交流合作、 加強(qiáng)節(jié)能調(diào)度。

【關(guān)鍵詞】汽油機(jī)；節(jié)能；技術(shù)；內(nèi)燃機(jī)

目前，我國(guó)已經(jīng)提供了經(jīng)濟(jì)型汽車(chē)、摩托車(chē)的技術(shù)支持，對(duì)于這類(lèi)機(jī)動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)改良達(dá)到每公里產(chǎn)生更少二氧化碳的實(shí)效。 同時(shí)，也對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料做出了更為細(xì)致的技術(shù)規(guī)范，以便提高汽油和柴油的使用性能。經(jīng)濟(jì)型機(jī)動(dòng)車(chē)一方面具有清潔引擎，減少引擎的摩擦力的作用； 另一方面能夠使燃油更充分燃燒，從而降低對(duì)空氣的污染。采用的生物液體燃料與傳統(tǒng)車(chē)用燃料相比，可以潛在地帶來(lái)二氧化碳減排。中國(guó)已經(jīng)是世界燃料乙醇的第三大生產(chǎn)國(guó)和使用國(guó)，燃料乙醇在全國(guó) 9 個(gè)省的車(chē)用燃料市場(chǎng)得以推廣和使用，雖然在節(jié)能減排技術(shù)研究上已經(jīng)取得了一些突破進(jìn)展，但是，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能減排技術(shù)研發(fā)還要進(jìn)一步地發(fā)展下去，以技術(shù)研發(fā)為依托開(kāi)發(fā)出更為先進(jìn)、 有效地節(jié)能減排技術(shù)是最終的目標(biāo)。在節(jié)省能源的技術(shù)開(kāi)發(fā)方面，目前主要采用了汽車(chē)和摩托車(chē)因使用汽油機(jī)而得名。汽車(chē)和摩托車(chē)心臟是內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)技術(shù)在不斷發(fā)展完善，在石油能源還會(huì)占主導(dǎo)地位的今天和未來(lái)較長(zhǎng)的時(shí)期里，不管是發(fā)展前景，還是潛力，內(nèi)燃機(jī)技術(shù)都會(huì)大有作為。汽車(chē)和摩托車(chē)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力作為汽車(chē)和摩托車(chē)的動(dòng)力，它的能源效率的狀況直接影響汽車(chē)和摩托車(chē)能源消耗水平，所以，汽車(chē)和摩托車(chē)的節(jié)能非常重要。高效率、低排放動(dòng)力技術(shù)在國(guó)外已廣泛應(yīng)用，在一定程度上提高了汽車(chē)和摩托車(chē)燃油的經(jīng)濟(jì)性，如多氣門(mén)技術(shù)能提高燃油效率 2%～5%，增壓技術(shù)能提高燃油效率 5%～7%，缸內(nèi)直噴技術(shù)（GD）I 能提高燃油效率 15%左右?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)99%以上的乘用車(chē)是汽油車(chē)，預(yù)計(jì)至少未來(lái)10年內(nèi)汽油車(chē)還會(huì)是國(guó)內(nèi)汽車(chē)和摩托車(chē)的主流。按汽車(chē)測(cè)試顯示，應(yīng)用高效汽油機(jī)技術(shù)的汽車(chē)平均油耗比普通電噴汽車(chē)降低25% ～ 30% ，而成本更低。開(kāi)發(fā)高效汽油機(jī)技術(shù)對(duì)汽車(chē)和摩托車(chē)節(jié)能尤為必要。高效汽油機(jī)技術(shù)一直是發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)動(dòng)車(chē)公司降低油耗的一般手段。而國(guó)內(nèi)對(duì)高效節(jié)能汽油機(jī)技術(shù)的研發(fā)重視并不夠，直到近幾年研發(fā)力度和投入水平才有大幅提高。汽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)經(jīng)歷了以下幾個(gè)演變過(guò)程：（1）供油方式從化油器～ 單點(diǎn)噴射～多點(diǎn)缸內(nèi)直噴方式演變。（2）進(jìn)氣系統(tǒng)從傳統(tǒng)的不可調(diào)節(jié)進(jìn)排氣系統(tǒng)～可變進(jìn)氣結(jié)構(gòu)系統(tǒng)演變，進(jìn)氣方式從自然吸氣～二級(jí)增壓演變。（3）氣閥定時(shí)與升程從機(jī)械驅(qū)動(dòng)式氣閥定時(shí)與升程固定的配氣機(jī)構(gòu)～氣閥定時(shí)與升程連續(xù)可調(diào)的液壓調(diào)節(jié)式～電磁閥（EMV）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)演變。（4）燃燒過(guò)程組織從傳統(tǒng)均質(zhì)混合氣火花點(diǎn)火方式～均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)燃～非均質(zhì)混合氣分層燃燒系統(tǒng)演變。

1.燃油直噴技術(shù)

這種技術(shù)，是把高壓油泵提高壓力之后的汽油，通過(guò)高壓油軌和噴油器直接噴入缸內(nèi)，缸內(nèi)汽油不斷霧化，并和空氣按最優(yōu)化的模式進(jìn)行混合，增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的抗爆燃性，提高燃燒熱效率，使發(fā)動(dòng)機(jī)在得到更高動(dòng)力性的同時(shí)更好的節(jié)能效果。GDI技術(shù)一般使發(fā)動(dòng)機(jī)的功率達(dá)到同排量非直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的1.5 倍左右，燃油效率提高15%左右。

2.可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)VVT技術(shù)是前幾年應(yīng)用在現(xiàn)代轎車(chē)上的新技術(shù)，它是通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)信號(hào)氣門(mén)的開(kāi)閉時(shí)機(jī)進(jìn)行智能正時(shí)連續(xù)可變控制，使燃油燃燒更為充分，工作效率較高，實(shí)現(xiàn)了降低油耗的目的。日、歐主流汽車(chē)企業(yè)讀開(kāi)發(fā)了配備可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)。如豐田、本田、現(xiàn)代、雷諾一日產(chǎn)、寶馬、馬自達(dá)、三菱、保時(shí)捷等。采用進(jìn)氣VVT后降低了整車(chē)油耗6%左右。排氣VVT在此基礎(chǔ)上降低2%左右，對(duì)于缸內(nèi)凈化有利。

3.稀薄燃燒技術(shù)

這種技術(shù)是降低汽油機(jī)油耗的有效措施。它以燃料混合技術(shù)和控制技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合了汽油機(jī)均質(zhì)充氣與柴油機(jī)壓燃點(diǎn)燃混合兩種燃燒方式優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)提高壓縮比、分層燃燒和高性能點(diǎn)火，進(jìn)行油氣均勻混合，多點(diǎn)著火，燃燒充分，燃燒效率高，發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率能降低10%。還能提升發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出，不受敲缸界限的限制，泵氣損失小，對(duì)改進(jìn)部分負(fù)荷特性有利。但HCCI也面臨技術(shù)挑戰(zhàn)，HCCI爆發(fā)過(guò)程難以駕馭，不但應(yīng)控制進(jìn)氣溫度、壓力，還應(yīng)控制空燃比等多種變量，控制系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜。

4.增壓技術(shù)

汽油機(jī)增壓技術(shù)通過(guò)提高發(fā)動(dòng)機(jī)充氣密度，來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩，改善熱效率，提高經(jīng)濟(jì)性，降低發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)排量，降低噪聲。在機(jī)械增壓、氣波增壓、廢氣渦輪增壓、復(fù)合增壓等方式中，廢氣渦輪增壓應(yīng)用較廣，它的發(fā)動(dòng)機(jī)功率及轉(zhuǎn)矩能增加20%左右，還能提高燃油效率6%左右。所以，渦輪增壓技術(shù)廣泛應(yīng)用。渦輪增壓器是提高動(dòng)力性能的方向。國(guó)外先進(jìn)的量產(chǎn)增壓直噴汽油機(jī)，一般采用復(fù)合式二級(jí)增壓方式，可以確保低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩快速響應(yīng)。

5.廢氣再循環(huán)技術(shù)

廢氣再循環(huán)增大了發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的泵吸損失，降低了燃油消耗；同時(shí)由于廢氣中的CO2、N2、H20等惰性氣體具有較高的比熱容，多變指數(shù)低，使得最高燃燒溫度降低，抑制了NOx的生成，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的排放。廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)必須嚴(yán)格控制發(fā)動(dòng)機(jī)在各工況下的廢氣再循環(huán)量，即廢氣再循環(huán)率。廢氣再循環(huán)率過(guò)小或過(guò)大都不能使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能得到最佳發(fā)揮。一般發(fā)動(dòng)機(jī)在各工況下的廢氣再循環(huán)率大小通常由發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)來(lái)完成。具有可變滾流結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可使缸內(nèi)混合氣實(shí)現(xiàn)良好的排氣分層燃燒，EGR率最大達(dá)到空氣量的70%，其可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)可在發(fā)動(dòng)機(jī)不同負(fù)荷條件下實(shí)現(xiàn)不同的氣門(mén)升程，可使缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)不同的滾流比，實(shí)現(xiàn)高的EGR容受度，低的NOx排放。

6.代用動(dòng)力和代用燃料技術(shù)

代用燃料包括壓縮天然氣、液化石油氣、醇類(lèi)、氫氣，其中天然氣和液化石油氣在地球上的儲(chǔ)備量很大，且排放較低，預(yù)計(jì)將在本世紀(jì)發(fā)揮較大的作用。目前壓縮天然氣、液化石油氣、醇類(lèi)燃料等已成為汽車(chē)節(jié)約能源和改善排放的重要課題。多數(shù)示范城市已裝置了CNG、LPG汽車(chē)，而氫能、混合動(dòng)力、太陽(yáng)能汽車(chē)等，世界上也有城市在應(yīng)用。

7.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的控制研究

提高發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)化水平，開(kāi)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)化性能就必須從制定系統(tǒng)化控制出發(fā)，系統(tǒng)控制的基本技術(shù)以進(jìn)行合理化實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果完善技術(shù)為主。在硬件集成方面，利用接口總線將系統(tǒng)功能進(jìn)行擴(kuò)展，在系統(tǒng)中建立集成電控發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定開(kāi)發(fā)裝置就可實(shí)現(xiàn)電控發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)化標(biāo)定試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)以軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主，提出了試驗(yàn)流程編輯器、 模擬通道動(dòng)態(tài)配置及采集通道動(dòng)態(tài)配置等設(shè)計(jì)方案。

8.結(jié)束語(yǔ)

節(jié)能和排放是當(dāng)前汽車(chē)和摩托車(chē)工業(yè)的研究主題。先進(jìn)技術(shù)和措施的廣泛應(yīng)用可以使得汽車(chē)和摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在節(jié)能和排放領(lǐng)域更趨完美。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張林輝.醇汽油混合燃料與車(chē)用汽油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能試驗(yàn)分析[J].裝備制造技術(shù)，2012（12）.