汽車發(fā)動機節(jié)能技術(shù)

摘 要：隨著人類社會的快速發(fā)展，環(huán)境污染與能源危機成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)汽車的排放和對石油等不可再生資源的依賴成為造成能源和環(huán)境問題的重要因素之一。當(dāng)前，汽車節(jié)能技術(shù)的研究成為應(yīng)對上述問題的重要方向之一。汽車發(fā)動機節(jié)能減排是其中的一項重要內(nèi)容，本文在分析發(fā)動機節(jié)能原理的基礎(chǔ)上，對汽車的主流節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了簡要的探討。

關(guān)鍵詞：原理;節(jié)能技術(shù);發(fā)展

中圖分類號：U464 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著社會經(jīng)濟和汽車技術(shù)的快速發(fā)展，汽車行業(yè)當(dāng)前的發(fā)展主題為節(jié)能、安全、環(huán)保，而節(jié)能與環(huán)保更是其中的熱點方向。汽車的有害排放物及巨大的燃油消耗是造成能源枯竭和環(huán)境惡化的重要因素。人類的可持續(xù)發(fā)展要求汽車必須節(jié)能、環(huán)保。[1]。

1 汽車發(fā)動機節(jié)能原理

1.1 提高充氣效率

（1）降低空氣供給系統(tǒng)的流動損失。

a.減小進(jìn)氣門處的流動損失[2]。

b.減小整個進(jìn)氣管道的流動阻力。進(jìn)氣總管和進(jìn)氣歧管應(yīng)做到內(nèi)表面光滑、彎道數(shù)量盡可能少、管路拐彎幅度小、流通截面的大小要充足。此外，空氣濾清器在保證有足夠過濾功能的同時要優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，從而減小其進(jìn)氣阻力[3]。

（2）盡可能避免進(jìn)氣受到加熱。新鮮空氣的受熱源是發(fā)動機中的高溫部件，因此進(jìn)氣系統(tǒng)的布置應(yīng)盡可能避開高溫部件，減少進(jìn)氣系統(tǒng)與其接觸面積。與此同時，在選用進(jìn)氣系統(tǒng)的材料過程中應(yīng)考慮材料的導(dǎo)熱性。

（3）減小排氣系統(tǒng)的阻力。

a.提高充氣效率高，提高發(fā)動機的動力性能。

b.合理控制進(jìn)氣門遲閉角，保證發(fā)動機具有合適的燃燒室掃氣時間，從而降低零件的熱負(fù)荷，使發(fā)動機可靠運行。

c.合理控制排氣提前角，從而確保合理的排氣溫度。

d.合理控制進(jìn)排氣門重疊角，提高發(fā)動機的經(jīng)濟性。

1.2 減小機械損失

（1）增強潤滑系統(tǒng)的潤滑效果，從而降低活塞與連桿等零件的摩擦。

（2）選用較高品質(zhì)的潤滑油，降低潤滑油的流動阻力。

（3）合理選擇摩擦零件的材料。

2 發(fā)動機節(jié)能技術(shù)

2.1 發(fā)動機增壓技術(shù)

發(fā)動機增壓技術(shù)即是對準(zhǔn)備充入氣缸的空氣進(jìn)行壓縮，提高進(jìn)氣的密度，從而增大了單位時間內(nèi)吸入發(fā)動機氣缸內(nèi)的空氣量，提高進(jìn)氣效率，進(jìn)而提升了發(fā)動機的輸出功率[4]。內(nèi)燃機增壓按結(jié)構(gòu)形式不同，可以分為廢氣渦輪增壓（圖1）及機械增壓（圖2）。

發(fā)動機增壓技術(shù)能夠縮小發(fā)動機的整體尺寸，并且可以在質(zhì)量與體積均不改變的前提下改良發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性，大幅提高發(fā)動機的功率。此外，利用發(fā)動機增壓技術(shù)還能夠減少HC、CO和碳煙的排放量[5]。

2.2 發(fā)動機壓燃技術(shù)

利用了壓燃技術(shù)的發(fā)動機取消了傳統(tǒng)的點火系統(tǒng)，其利用發(fā)動機壓縮行程中的高溫高壓環(huán)境讓可燃混合氣發(fā)生自燃，從而完成點火、做功。與傳統(tǒng)發(fā)動機相比，其具有壓縮比高、燃燒效率高、油耗低等諸多優(yōu)點。此外，該技術(shù)與發(fā)動機稀薄燃燒技術(shù)整合后，可以使得缸內(nèi)溫度較傳統(tǒng)發(fā)動機低，從而減少發(fā)動機向外無用的熱量散失，提高燃油使用效率[6]。

2.3 發(fā)動機稀薄燃燒技術(shù)

發(fā)動機稀薄燃燒技術(shù)指的是實際空燃比遠(yuǎn)高于理想空燃比情況下進(jìn)行的燃燒。稀薄燃燒不僅使燃料的燃燒更加完全，而且也減少了換氣損失，同時若輔以相應(yīng)的排放控制措施，能夠顯著減少汽油機的有害排放物，因此具有良好的經(jīng)濟性和排放性能。采用稀混合氣后，氣缸內(nèi)的溫度和壓力均較低，不易發(fā)生爆燃，可以提高熱效率和機體工作的平穩(wěn)性。另一方面，應(yīng)用稀薄燃燒技術(shù)時，吸入氣缸內(nèi)的空氣量增多，泵吸損失得以減少，這有利于提升汽油機的燃油經(jīng)濟性[7]。

2.4 發(fā)動機可變氣門正時技術(shù)

近年來，發(fā)動機可變氣門正時技術(shù)（VVT，Variable Valve Timing）在汽車發(fā)動機上的應(yīng)用逐漸增多。其是ECU根據(jù)發(fā)動機負(fù)荷與轉(zhuǎn)速的不同，不斷調(diào)節(jié)氣門升程與配氣相位的值。這項技術(shù)能夠使得發(fā)動機的進(jìn)氣充量得到顯著提高，進(jìn)而在同樣的油耗條件下可以顯著提高發(fā)動機的輸出扭矩及功率。目前，這項技術(shù)已經(jīng)成為改善發(fā)動機性能的重要手段[8]。

2.5 缸內(nèi)直噴技術(shù)

缸內(nèi)直噴技術(shù)是近年來發(fā)動機技術(shù)革新的重要內(nèi)容。與傳統(tǒng)的歧管噴射不同，缸內(nèi)直噴是將汽油直接噴射進(jìn)燃燒室與空氣進(jìn)行混合形成可燃混合氣。與傳統(tǒng)的噴射技術(shù)相比，該技術(shù)可顯著提高發(fā)動機的升功率且降低油耗（圖3）。

目前，國內(nèi)的汽車企業(yè)在缸內(nèi)直噴的技術(shù)上已積累了多年的研發(fā)和生產(chǎn)制造經(jīng)驗，諸多企業(yè)已成功將該技術(shù)應(yīng)用于自主品牌的車型上，如比亞迪、奇瑞、吉利等。與國外對比不難發(fā)現(xiàn)，我國在缸內(nèi)直噴技術(shù)方面仍有較大短板，如供油系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)以及與發(fā)動機增壓系統(tǒng)的整合等[9]。

2.6 發(fā)動機可變進(jìn)氣歧管技術(shù)

發(fā)動機ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和節(jié)氣門開度信號來調(diào)節(jié)進(jìn)氣道的長短：轉(zhuǎn)速較高時調(diào)節(jié)進(jìn)氣通道變短，從而使進(jìn)氣流動損失降低。在低負(fù)荷及低轉(zhuǎn)速的情況下增長進(jìn)氣道，使得管內(nèi)空氣流動的動能增加，增大充氣效率（圖4）。

2.7 發(fā)動機可變氣缸排量技術(shù)

在發(fā)動機處于中低負(fù)荷時，停用部分氣缸，增加工作氣缸的負(fù)荷率，使發(fā)動機處在低排放、低油耗的狀態(tài)，從而提升汽車的燃油經(jīng)濟性并降低排放;當(dāng)發(fā)動機需輸出大功率時，則讓所有氣缸均參與工作。

2.8 發(fā)動機可變壓縮比技術(shù)

發(fā)動機壓縮比對于燃油經(jīng)濟性和排放性能有著極為重要的影響。在自然吸氣的發(fā)動機中，壓縮比可以適當(dāng)調(diào)高。在利用了進(jìn)氣增壓技術(shù)的發(fā)動機中，壓縮比在低負(fù)荷狀態(tài)下可以適當(dāng)降低。不同的負(fù)荷對應(yīng)不同的壓縮比，從而把爆燃的幾率將至最低，進(jìn)而增強其動力性與燃油經(jīng)濟性[10]。

3 結(jié)語

汽車節(jié)能技術(shù)的發(fā)展對于我國而言任重道遠(yuǎn)。根據(jù)目前的技術(shù)水準(zhǔn)和汽車行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，我國在傳統(tǒng)汽車節(jié)能技術(shù)方面應(yīng)著力于高效率小排量汽油發(fā)動機的研發(fā);其次，開發(fā)能耗更低的代用燃料汽車，如燃?xì)馄嚨?再次，應(yīng)集中技術(shù)優(yōu)勢發(fā)展新能源汽車，推動電池技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展。

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[8]劉勇，邢敏，程鏡良，等.發(fā)動機節(jié)能技術(shù)漫談（下）[J].駕駛園，2013（09）：57-63+56.

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作者簡介：祖廣浩（1990-），男，江蘇宿遷人，碩士研究生，助教，研究方向為汽車底盤控制。