車用汽油機節(jié)能減排先進技術研究

李旭 張立慶 于鎰隆 吳春玲 劉雙喜

摘 要：隨著環(huán)保要求的提高、能耗法規(guī)的加嚴，對發(fā)動機先進技術進行研究應用顯得至關重要。文章主要闡述了車用汽油機節(jié)能減排先進技術，包含燃燒技術、電控技術、換氣技術和熱管理技術等。根據(jù)研發(fā)機型需求采用最優(yōu)先進技術配置，是實現(xiàn)當前和未來一段時間內(nèi)節(jié)能與環(huán)保的有效措施。

關鍵詞：汽油機;先進技術;油耗;排放

中圖分類號：U464.17? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2019）12-70-03

Abstract： With the improvement of environmental protection requirements and the tightening of energy consumption regulations， it is essential to research and apply advanced engine technology. This paper mainly describes the advanced technology of energy conservation & emission reduction for vehicle gasoline engine， including combustion technology， electronic control technology， intake and exhaust technology， heat management technology， etc. According to the needs of the research and development models， the most advanced technology configuration is an effective measure to achieve energy saving and environmental protection in the present and future period.

Keywords： gasoline engine; advanced technology; fuel consumption; emission

前言

汽車行業(yè)的快速發(fā)展和大量汽車的持續(xù)應用，已經(jīng)引發(fā)了全球嚴重的環(huán)境污染和能源短缺問題，各國政府及汽車企業(yè)對此非常重視，美國、歐洲、日本等分別用法規(guī)強制限制了汽車的排放和油耗。我國已于2016年12月23日，由環(huán)境保護部和國家質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布了《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》，簡稱“國六”，要求自2020年7月1日起，所有銷售和注冊登記的輕型車應符合該標準的要求[1];工信部于2017年9月27日公布了《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》[2]，自2018年4月1日起實施。這一系列政策的出臺和實施，進一步對汽車行業(yè)的節(jié)能減排技術進步提出了更高的要求，解決當前能源與環(huán)境問題，對其先進技術進行研究和應用顯得至關重要。

為了適應節(jié)能、環(huán)保等的總體需求，汽油機廣泛應用各種先進技術，包括燃燒技術、電控技術、換氣技術、熱管理技術等，以滿足市場需求。

1 先進燃燒技術

由于燃燒過程占整個循環(huán)過程的時間非常短，故我們要求發(fā)動機工質(zhì)的燃燒一定要及時和完全，使得發(fā)動機具有較好的經(jīng)濟性和排放性[2]。目前，先進燃燒控制技術主要應用高壓縮比、阿特金森循環(huán)/米勒循環(huán)等。

1.1 高壓縮比

發(fā)動機壓縮比對其性能有多方面的影響。壓縮比越高，發(fā)動機可以更好地利用活塞式發(fā)動機的作功特點、在做功行程用同樣數(shù)量的燃油可以爆發(fā)出更大的功率，相應熱效率越高，但發(fā)動機壓縮比過高容易產(chǎn)生爆震。因此，如何在預防爆震的情況下，最大限度地提高發(fā)動機的壓縮比，進而提高熱效率成為現(xiàn)在很多廠商研究的重點。

如，大眾EA211 1.5TSI發(fā)動機通過可變截面增壓器的調(diào)節(jié)，提高增壓壓力，從而保持進排氣壓差大于0，以降低殘余廢氣量，抑制爆震，讓發(fā)動機工作在12.5：1的高壓縮比下，使其熱效率達37.5%;而日產(chǎn)2.0T發(fā)動機在傳統(tǒng)發(fā)動機的內(nèi)部，增加了一套復雜的連桿機構(gòu)，通過改變發(fā)動機活塞行程，實現(xiàn)壓縮比在8：1至14：1之間調(diào)節(jié)，使其最高熱效率能夠到達39%，有效提高了發(fā)動機的熱效率。

1.2 阿特金森循環(huán)/米勒循環(huán)

目前市場上超過90%汽油機都使用的是奧托循環(huán)發(fā)動機。奧托循環(huán)發(fā)動機的特點是發(fā)動機燃燒包括四個沖程（進氣-壓縮-做功-排氣）。為了提高奧托循環(huán)發(fā)動機的效率，最直接的方法就是提高發(fā)動機的壓縮比，但壓縮比并不能無限提升，會受到爆震、結(jié)構(gòu)強度等因素限制。而阿特金森循環(huán)/米勒循環(huán)最明顯的特征就是壓縮行程短，膨脹行程長。目前發(fā)動機普遍具備可變氣門正時技術VVT，通過控制進氣門早關或晚關，使實際壓縮比小于幾何壓縮比，氣缸內(nèi)沒有那么多混合氣體，從而降低實際的壓縮比，膨脹比大于壓縮比，延長作功行程，充分利用燃燒后的廢氣能量，提高熱效率。

2 先進電控技術

提高發(fā)動機燃效，降低排放，除了先進的燃燒技術，還應精確控制和優(yōu)化發(fā)動機的電控技術，當前，除高壓噴射外，多次噴射和組合噴射等在先進機型中已逐漸受到大部分廠商的青睞。

2.1 高壓噴射

高壓噴射使得燃油霧化效果更佳，氣體顆粒體積更小，使得噴射等量的燃油與空氣接觸的表面積更大。大部分主流的直噴發(fā)動機燃油噴射壓力都在200-250bar左右，也有比較先進的機型高達350bar，如此高的燃油噴射壓力可以很好的提升燃油霧化效果，使得燃油和空氣混合得更好，燃燒反應更充分[3]。最終，發(fā)動機的動力和燃油經(jīng)濟性都得到提升，同時降低了顆粒物的排放量。