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简述汽车发动机节能技术的应用

2020-06-05 413 上传者：管理员

摘要：随着人类社会的快速发展，环境污染与能源危机成为人类社会可持续发展的严重威胁。传统汽车的排放和对石油等不可再生资源的依赖成为造成能源和环境问题的重要因素之一。当前，汽车节能技术的研究成为应对上述问题的重要方向之一。汽车发动机节能减排是其中的一项重要内容，本文在分析发动机节能原理的基础上，对汽车的主流节能技术进行了简要的探讨。

关键词：
原理
发展
汽车发动机
汽车工业
节能技术
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随着社会经济和汽车技术的快速发展，汽车行业当前的发展主题为节能、安全、环保，而节能与环保更是其中的热点方向。汽车的有害排放物及巨大的燃油消耗是造成能源枯竭和环境恶化的重要因素。人类的可持续发展要求汽车必须节能、环保。[1]。

1、汽车发动机节能原理

1.1 提高充气效率

(1) 降低空气供给系统的流动损失

a. 减小进气门处的流动损失[2]。

b. 减小整个进气管道的流动阻力。进气总管和进气歧管应做到内表面光滑、弯道数量尽可能少、管路拐弯幅度小、流通截面的大小要充足。此外，空气滤清器在保证有足够过滤功能的同时要优化其结构，从而减小其进气阻力[3]。

(2) 尽可能避免进气受到加热

新鲜空气的受热源是发动机中的高温部件，因此进气系统的布置应尽可能避开高温部件，减少进气系统与其接触面积。与此同时，在选用进气系统的材料过程中应考虑材料的导热性。

(3) 减小排气系统的阻力

a. 提高充气效率高，提高发动机的动力性能。

b. 合理控制进气门迟闭角，保证发动机具有合适的燃烧室扫气时间，从而降低零件的热负荷，使发动机可靠运行。

c. 合理控制排气提前角，从而确保合理的排气温度。

d. 合理控制进排气门重叠角，提高发动机的经济性。

1.2 减小机械损失

(1)增强润滑系统的润滑效果，从而降低活塞与连杆等零件的摩擦。(2)选用较高品质的润滑油，降低润滑油的流动阻力。(3)合理选择摩擦零件的材料。

2、发动机节能技术

2.1 发动机增压技术

发动机增压技术即是对准备充入气缸的空气进行压缩，提高进气的密度，从而增大了单位时间内吸入发动机气缸内的空气量，提高进气效率，进而提升了发动机的输出功率[4]。内燃机增压按结构形式不同，可以分为废气涡轮增压(图1)及机械增压(图2)。

图1 废气涡轮增压

图2 机械增压

发动机增压技术能够缩小发动机的整体尺寸，并且可以在质量与体积均不改变的前提下改良发动机的燃油经济性，大幅提高发动机的功率。此外，利用发动机增压技术还能够减少HC、CO和碳烟的排放量[5]。

2.2 发动机压燃技术

利用了压燃技术的发动机取消了传统的点火系统，其利用发动机压缩行程中的高温高压环境让可燃混合气发生自燃，从而完成点火、做功。与传统发动机相比，其具有压缩比高、燃烧效率高、油耗低等诸多优点。此外，该技术与发动机稀薄燃烧技术整合后，可以使得缸内温度较传统发动机低，从而减少发动机向外无用的热量散失，提高燃油使用效率[6]。

2.3 发动机稀薄燃烧技术

发动机稀薄燃烧技术指的是实际空燃比远高于理想空燃比情况下进行的燃烧。稀薄燃烧不仅使燃料的燃烧更加完全，而且也减少了换气损失，同时若辅以相应的排放控制措施，能够显著减少汽油机的有害排放物，因此具有良好的经济性和排放性能。采用稀混合气后，气缸内的温度和压力均较低，不易发生爆燃，可以提高热效率和机体工作的平稳性。另一方面，应用稀薄燃烧技术时，吸入气缸内的空气量增多，泵吸损失得以减少，这有利于提升汽油机的燃油经济性[7]。

2.4 发动机可变气门正时技术

近年来，发动机可变气门正时技术(VVT,Variable Valve Timing)在汽车发动机上的应用逐渐增多。其是ECU根据发动机负荷与转速的不同，不断调节气门升程与配气相位的值。这项技术能够使得发动机的进气充量得到显著提高，进而在同样的油耗条件下可以显著提高发动机的输出扭矩及功率。目前，这项技术已经成为改善发动机性能的重要手段[8]。

2.5 缸内直喷技术

缸内直喷技术是近年来发动机技术革新的重要内容。与传统的歧管喷射不同，缸内直喷是将汽油直接喷射进燃烧室与空气进行混合形成可燃混合气。与传统的喷射技术相比，该技术可显著提高发动机的升功率且降低油耗(图3)。

图3 缸内直喷

目前，国内的汽车企业在缸内直喷的技术上已积累了多年的研发和生产制造经验，诸多企业已成功将该技术应用于自主品牌的车型上，如比亚迪、奇瑞、吉利等。与国外对比不难发现，我国在缸内直喷技术方面仍有较大短板，如供油系统、燃烧系统以及与发动机增压系统的整合等[9]。

2.6 发动机可变进气歧管技术

发动机ECU根据发动机转速信号和节气门开度信号来调节进气道的长短:转速较高时调节进气通道变短，从而使进气流动损失降低。在低负荷及低转速的情况下增长进气道，使得管内空气流动的动能增加，增大充气效率(图4)。

图4 可变进气歧管

2.7 发动机可变气缸排量技术

在发动机处于中低负荷时，停用部分气缸，增加工作气缸的负荷率，使发动机处在低排放、低油耗的状态，从而提升汽车的燃油经济性并降低排放;当发动机需输出大功率时，则让所有气缸均参与工作。

2.8 发动机可变压缩比技术

发动机压缩比对于燃油经济性和排放性能有着极为重要的影响。在自然吸气的发动机中，压缩比可以适当调高。在利用了进气增压技术的发动机中，压缩比在低负荷状态下可以适当降低。不同的负荷对应不同的压缩比，从而把爆燃的几率将至最低，进而增强其动力性与燃油经济性[10]。

3、结语