汽油機節能減排技術研究

葉紅榜

【摘 要】隨著科學技術的不斷發展，發動機所涉及到的產業鏈條越來越長，人們的生產生活已經離不開發動機，人們不斷地研制出不同用途多種類型的發動機，但是無論哪種發動機，它的基本前提都是要以某種燃料燃燒來產生動力。 燃料燃燒就要消耗能源，日益緊缺的能源供應和嚴峻的環境保護壓力，使發動機節能問題變得尤為重要。 發動機的性能也會直接影響汽車的二氧化碳排放量，排放控制則是減排的重要內容，符合國家排放要求，所以說發動機的功能是節能減排控制的重要內容。 總之，要加快節能減排技術研發，就要重視發動機節能減排的功能推廣，要建立起發動機節能減排的技術體系，推廣使用有節能功效的發動機制造技術，加強國際交流合作、 加強節能調度。

【關鍵詞】汽油機；節能；技術；內燃機

目前，我國已經提供了經濟型汽車、摩托車的技術支持，對于這類機動車來說，可以通過發動機改良達到每公里產生更少二氧化碳的實效。 同時，也對發動機燃料做出了更為細致的技術規范，以便提高汽油和柴油的使用性能。經濟型機動車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，從而降低對空氣的污染。采用的生物液體燃料與傳統車用燃料相比，可以潛在地帶來二氧化碳減排。中國已經是世界燃料乙醇的第三大生產國和使用國，燃料乙醇在全國 9 個省的車用燃料市場得以推廣和使用，雖然在節能減排技術研究上已經取得了一些突破進展，但是，對于發動機的節能減排技術研發還要進一步地發展下去，以技術研發為依托開發出更為先進、 有效地節能減排技術是最終的目標。在節省能源的技術開發方面，目前主要采用了汽車和摩托車因使用汽油機而得名。汽車和摩托車心臟是內燃機。內燃機技術在不斷發展完善，在石油能源還會占主導地位的今天和未來較長的時期里，不管是發展前景，還是潛力，內燃機技術都會大有作為。汽車和摩托車內燃機動力作為汽車和摩托車的動力，它的能源效率的狀況直接影響汽車和摩托車能源消耗水平，所以，汽車和摩托車的節能非常重要。高效率、低排放動力技術在國外已廣泛應用，在一定程度上提高了汽車和摩托車燃油的經濟性，如多氣門技術能提高燃油效率 2%～5%，增壓技術能提高燃油效率 5%～7%，缸內直噴技術（GD）I 能提高燃油效率 15%左右?，F在，國內99%以上的乘用車是汽油車，預計至少未來10年內汽油車還會是國內汽車和摩托車的主流。按汽車測試顯示，應用高效汽油機技術的汽車平均油耗比普通電噴汽車降低25% ～ 30% ，而成本更低。開發高效汽油機技術對汽車和摩托車節能尤為必要。高效汽油機技術一直是發達國家機動車公司降低油耗的一般手段。而國內對高效節能汽油機技術的研發重視并不夠，直到近幾年研發力度和投入水平才有大幅提高。汽油機的節能技術經歷了以下幾個演變過程：（1）供油方式從化油器～ 單點噴射～多點缸內直噴方式演變。（2）進氣系統從傳統的不可調節進排氣系統～可變進氣結構系統演變，進氣方式從自然吸氣～二級增壓演變。（3）氣閥定時與升程從機械驅動式氣閥定時與升程固定的配氣機構～氣閥定時與升程連續可調的液壓調節式～電磁閥（EMV）驅動系統演變。（4）燃燒過程組織從傳統均質混合氣火花點火方式～均質充量壓縮點燃～非均質混合氣分層燃燒系統演變。

1.燃油直噴技術

這種技術，是把高壓油泵提高壓力之后的汽油，通過高壓油軌和噴油器直接噴入缸內，缸內汽油不斷霧化，并和空氣按最優化的模式進行混合，增強發動機的抗爆燃性，提高燃燒熱效率，使發動機在得到更高動力性的同時更好的節能效果。GDI技術一般使發動機的功率達到同排量非直噴發動機的1.5 倍左右，燃油效率提高15%左右。

2.可變氣門正時技術

發動機VVT技術是前幾年應用在現代轎車上的新技術，它是通過對計算機信號氣門的開閉時機進行智能正時連續可變控制，使燃油燃燒更為充分，工作效率較高，實現了降低油耗的目的。日、歐主流汽車企業讀開發了配備可變氣門正時技術的發動機。如豐田、本田、現代、雷諾一日產、寶馬、馬自達、三菱、保時捷等。采用進氣VVT后降低了整車油耗6%左右。排氣VVT在此基礎上降低2%左右，對于缸內凈化有利。

3.稀薄燃燒技術

這種技術是降低汽油機油耗的有效措施。它以燃料混合技術和控制技術為基礎，綜合了汽油機均質充氣與柴油機壓燃點燃混合兩種燃燒方式優點。通過提高壓縮比、分層燃燒和高性能點火，進行油氣均勻混合，多點著火，燃燒充分，燃燒效率高，發動機耗油率能降低10%。還能提升發動機的功率輸出，不受敲缸界限的限制，泵氣損失小，對改進部分負荷特性有利。但HCCI也面臨技術挑戰，HCCI爆發過程難以駕馭，不但應控制進氣溫度、壓力，還應控制空燃比等多種變量，控制系統相當復雜。

4.增壓技術

汽油機增壓技術通過提高發動機充氣密度，來提高發動機的功率和轉矩，改善熱效率，提高經濟性，降低發動機設計排量，降低噪聲。在機械增壓、氣波增壓、廢氣渦輪增壓、復合增壓等方式中，廢氣渦輪增壓應用較廣，它的發動機功率及轉矩能增加20%左右，還能提高燃油效率6%左右。所以，渦輪增壓技術廣泛應用。渦輪增壓器是提高動力性能的方向。國外先進的量產增壓直噴汽油機，一般采用復合式二級增壓方式，可以確保低速時的轉矩快速響應。

5.廢氣再循環技術

廢氣再循環增大了發動機的充量系數，提高了發動機的熱效率，減少了發動機的泵吸損失，降低了燃油消耗；同時由于廢氣中的CO2、N2、H20等惰性氣體具有較高的比熱容，多變指數低，使得最高燃燒溫度降低，抑制了NOx的生成，改善了發動機的排放。廢氣再循環（EGR）技術必須嚴格控制發動機在各工況下的廢氣再循環量，即廢氣再循環率。廢氣再循環率過小或過大都不能使發動機的性能得到最佳發揮。一般發動機在各工況下的廢氣再循環率大小通常由發動機電子控制系統來完成。具有可變滾流結構的系統可使缸內混合氣實現良好的排氣分層燃燒，EGR率最大達到空氣量的70%，其可變氣門正時系統可在發動機不同負荷條件下實現不同的氣門升程，可使缸內實現不同的滾流比，實現高的EGR容受度，低的NOx排放。

6.代用動力和代用燃料技術

代用燃料包括壓縮天然氣、液化石油氣、醇類、氫氣，其中天然氣和液化石油氣在地球上的儲備量很大，且排放較低，預計將在本世紀發揮較大的作用。目前壓縮天然氣、液化石油氣、醇類燃料等已成為汽車節約能源和改善排放的重要課題。多數示范城市已裝置了CNG、LPG汽車，而氫能、混合動力、太陽能汽車等，世界上也有城市在應用。

7.汽車發動機自動化系統的控制研究

提高發動機的自動化水平，開發發動機自動化性能就必須從制定系統化控制出發，系統控制的基本技術以進行合理化實驗，通過實驗結果完善技術為主。在硬件集成方面，利用接口總線將系統功能進行擴展，在系統中建立集成電控發動機標定開發裝置就可實現電控發動機自動化標定試驗，實驗以軟件系統設計為主，提出了試驗流程編輯器、 模擬通道動態配置及采集通道動態配置等設計方案。

8.結束語

節能和排放是當前汽車和摩托車工業的研究主題。先進技術和措施的廣泛應用可以使得汽車和摩托車發動機在節能和排放領域更趨完美。

【參考文獻】

[1]張林輝.醇汽油混合燃料與車用汽油對發動機排放性能試驗分析[J].裝備制造技術，2012（12）.