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1、車用汽油機節(jié)能減排先進技術(shù)研究 摘 要：隨著環(huán)保要求的提高、能耗法規(guī)的加嚴(yán)，對發(fā)動機先進技術(shù)進行研究應(yīng)用顯得至關(guān)重要。文章主要闡述了車用汽油機節(jié)能減排先進技術(shù)，包含燃燒技術(shù)、電控技術(shù)、換氣技術(shù)和熱管理技術(shù)等。根據(jù)研發(fā)機型需求采用最優(yōu)先進技術(shù)配置，是實現(xiàn)當(dāng)前和未來一段時間內(nèi)節(jié)能與環(huán)保的有效措施。關(guān)鍵詞：汽油機;先進技術(shù);油耗;排放前言汽車行業(yè)的快速發(fā)展和大量汽車的持續(xù)應(yīng)用，已經(jīng)引發(fā)了全球嚴(yán)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

2、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(yīng)符合該標(biāo)準(zhǔn)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(shù)進步提出了更高的要求，解決當(dāng)前能源與環(huán)境問題，對其先進技術(shù)進行研究和應(yīng)用顯得至關(guān)重要。為了適應(yīng)節(jié)能、環(huán)保等的總體需求，汽油機廣泛應(yīng)用各種先進技術(shù)，包括燃燒技術(shù)、電控技術(shù)、換氣技術(shù)、熱管理技術(shù)等，以滿足市場需求。1 先進燃燒技術(shù)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

3、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(shù)主要應(yīng)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(yīng)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(yù)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%

4、;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(fù)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(shù)VVT，通過控制進氣門早關(guān)或晚關(guān)，使實際

5、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(shù)提高發(fā)動機燃效，降低排放，除了先進的燃燒技術(shù)，還應(yīng)精確控制和優(yōu)化發(fā)動機的電控技術(shù)，當(dāng)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

6、燒反應(yīng)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。2.2 多次噴射、組合噴射多次噴射即根據(jù)燃燒需求，在不同工況下控制噴油器進行一次或者多次缸內(nèi)直噴的情況;組合噴射技術(shù)即采用缸內(nèi)直噴與歧管噴射的雙噴射技術(shù)4。由于進氣道噴射和缸內(nèi)直噴針對發(fā)動機不同工況各有利弊，若能根據(jù)發(fā)動機所處狀態(tài)巧妙進行組合噴射，對改善油耗和排放顯得很有意義。一方面，可以兼顧發(fā)動機在不同工況下的效率，另一方面，可以降低排放，滿足日益苛刻的排放法規(guī)。如，大眾EA888第三代發(fā)動機為了降低碳煙排放、改善油耗降低爆震趨勢，采用組合噴射和多次噴射技術(shù)。當(dāng)發(fā)動機處于熱怠速或者低速小負荷時，缸內(nèi)氣體流動特

7、性較差，溫度低，燃油霧化效果較差，采用氣道噴射工作模式，使燃油在歧管內(nèi)蒸發(fā)霧化后與空氣充分混合進入缸內(nèi)燃燒，改善燃燒性能，使得降低排放、效率更高;當(dāng)發(fā)動機冷起動或中低速大負荷時，使用缸內(nèi)多次噴射方式來工作，實現(xiàn)均質(zhì)稀燃，改善油耗和排放;在中高負荷，缸內(nèi)氣體流動加強，切換為缸內(nèi)單次噴射，精確控制燃油，燃油霧化更加精致，提高發(fā)動機經(jīng)濟性，同時，可以有效降低缸內(nèi)溫度，提高充氣效率，從而提高汽油機的動力性，且同時降低爆震趨勢。若兩種噴油系統(tǒng)的一種出現(xiàn)故障，則另一種系統(tǒng)將會執(zhí)行應(yīng)急運行功能，保證車輛仍能正常行駛。3 先進換氣技術(shù)換氣系統(tǒng)將合適質(zhì)量、溫度、成分和運動狀態(tài)的充量提供給發(fā)動機，換氣系統(tǒng)的性能相

8、當(dāng)大程度決定了發(fā)動機的性能5。為了適應(yīng)車用發(fā)動機的不同工況，各種先進換氣技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，包含可變進氣歧管、可變氣門正時、可變氣門升程、廢氣再循環(huán)、停缸技術(shù)等。3.1 可變進氣歧管為了提高充氣效率，在汽油機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)更有效地利用進氣慣性效應(yīng)，達到改善發(fā)動機經(jīng)濟性及動力性的目的。在汽油機上應(yīng)用較多的有可變進氣管長度、可變進氣容積腔和可變進氣道等5。3.2 可變氣門正時目前，可變氣門正時技術(shù)已在發(fā)動機上得到廣泛應(yīng)用，分為進氣VVT、排氣VVT、進排氣同時調(diào)節(jié)VVT和進排氣獨立調(diào)節(jié)VVT5，在不同發(fā)動機上可變氣門正時的應(yīng)用，能在不同轉(zhuǎn)速下優(yōu)化缸內(nèi)氣流，特別可在部分負荷下改善發(fā)動機燃油效率和性能。推薦閱讀：汽車運輸從讀者需要出發(fā)，為振興交通服務(wù);替作者傳播知識、施展才華、介紹經(jīng)驗、交流信息創(chuàng)造條件;為讀者提高技術(shù)、增長才干、豐富人生、擴大眼界提供方便。辦刊理念：以質(zhì)量求生存，靠拼搏圖發(fā)展，憑智慧創(chuàng)輝煌，用誠信走天下。