汽車發動機的能效與環保性能研究

莊月芹

摘 要：隨著城市化進程的不斷加快，越來越多的人選擇汽車出行，汽車的生產和應用為人們的生活提供了極大的便利，但是由汽車尾氣等所導致的環境污染問題也越來越嚴重。發動機作為汽車的核心部件，其決定著汽車的能效，同時其設計工作也關乎汽車環保性，因此汽車發動機能效與環保性兼具成為當前研究的重點，本文將一次為基礎，對汽車發動機節能原理進行分析，提出汽車發動機保持能效和提升環保性的措施，以及未來發展趨勢，旨在為相關人員提供參考借鑒價值。

關鍵詞：汽車發動機 能效 環保性

1 引言

在我國社會經濟、科學技術不斷提高的背景下，汽車保有量逐漸上漲，汽車市場發生了翻天覆地的變化，而發動機作為汽車中的核心部件，也隨之出現極大改變，但是汽車發動機的飛速發展也為環境帶來了負擔，據調查研究可知，現階段由汽車燃燒石油所排放的廢氣造成的空氣污染問題已逐漸成為污染環境有害氣體的主要來源，通過對汽車保有量較多國家空氣污染情況研究來看，超出一半以上的空氣污染問題都是由汽車尾氣排放造成的。為了應對這一問題，就需要加快汽車發動機技術的更新，在保證汽車發動機能效的同時，提升其環保性，促進可持續發展，推動汽車發動機技術與節能減排、保護環境共同發展，促進我國汽車行業發動機制造技術不斷更新換代。

2 汽車發動機節能原理

2.1 提升充氣效率

第一，降低空氣供給系統的流動損失。有效降低發動機空氣供給系統流動損失的方式主要有兩種，一種是降低發動機進氣門位置的流動損失，另一種是使發動機進氣管道整體的流動阻力減?。ㄔ趯Πl動機內進氣總管和進氣歧管進行設計時，需要注重其表面的光滑性，同時盡可能少設計彎道，管路拐彎的幅度同樣要降低，此外還需確保流動截面大小滿足需求。除此之外，還需要在保障空氣過濾器擁有充足過濾功效時，改良其內部結構，進一步使進氣阻力降低）。

第二，盡最大努力防止進氣受到加熱。新鮮空氣進入后的受熱源屬于汽車發動機中的高溫部件，因此在對發動機進氣系統進行設計時，要盡量減小與高溫部件大面積接觸的情況，盡量降低進氣系統與高溫部件之間的接觸面積。與此同時，發動機進氣系統材料挑選方面，需要注意選擇導熱性強的材料。

第三，使排氣系統阻力降低。排氣系統阻力降低主要分為以下幾點。首先，使充氣效率提升，從而提高發動機動力性能。其次，運用科學合理的方式對發動機進氣門遲閉角位置進行控制，以保障發動機燃燒室掃氣時間充分，從而使各個零件的熱負荷減小，保障發動機能夠正常的運行。再次，合理化把控發動機排氣提前角，以此來保障排氣溫度的符合相關標準規定。最后，嚴格把控發動機排氣門重疊角，提高發動機整體經濟效益和價值。

2.2 降低機械損失

第一，使潤滑系統的潤滑成效提升，進一步使發動機中活塞以及連桿等零件的摩擦減小。

第二，在潤滑油選擇時，優先選用高品質潤滑油，以此來使潤滑油流動阻力降低，從而達到減小機械損失的目的。

第三，在摩擦零件選擇時，要確保其科學性、合理性，以保障發動機機械損耗能夠得到有效降低。

3 汽車發動機節能環保技術

3.1 稀燃技術

稀燃技術在汽車發動機系統中的應用過程中，會出現空燃現象，而理論空燃值則是與空燃現象相對應的數值。具體來講，稀燃技術的應用主要是通過不斷增加發動機內的空燃值，使實際的空燃值超出理論空燃值，以此來實現發動機節能環保的目標。稀薄燃燒不僅能夠使發動機的石油燃料得到更加充分的燃燒，而且還能夠使發動機換氣所帶來的損失情況不斷降低，進而提升其整體能效，為汽車發動機帶來更高經濟效益，進一步降低汽車尾氣排放量。汽車發動機中應用稀薄燃燒技術能夠有效提高發動機燃燒的經濟效益，這主要是由于，處在稀混合中的汽車油分子和空氣氧分子之間接觸的概率將會大大提升，從而促進充分燃燒，除此之外，稀混合氣在發動機中的應用，不會是氣缸內產生較高的溫度和較大壓力，因此不容易引發爆炸風險，并且還能夠提高發動機能效。該技術在汽車發動機的應用可以總結出三個核心點，分別是高壓縮比、分層燃燒以及高能點火，當前稀燃技術在汽油汽車發動機能效提升中已經得到了廣泛應用。

3.2 增壓技術

汽車發動機中應用增加技術能夠進一步提升發動機的能效和環保性，屬于汽車發動機關鍵技術中的一種，其主要增壓形式能夠分為兩種，即渦輪增壓和機械增壓。當前汽車發動機最常見也最常用的增加方式使渦輪增壓，渦輪增壓顧名思義，其主要是借助渦輪增壓器實現對發動機內部空氣的壓縮，以此來使發動機進氣量增加。渦輪增壓的主要運行原理為：發動機在運作過程中，除了產生能量之外，還會產出相應廢氣，在廢氣的慣性作用下，渦輪器的渦輪將會隨之轉動，同時帶動同軸的葉輪轉動，使發動機中的空氣得到壓縮，從而實現增壓的目標，最后當空氣輸送至氣缸中后，發動機轉速將會不斷提升，氣缸中空氣送入量將會持續上漲，在大密度空氣壓力的影響下，發動機的染料便能夠得到更加充分的燃燒，從而且汽車提供更多動力，進一步提升發動機能效。相較于普通發動機而言，在發動機中應用渦輪增壓技術能夠使發動機輸出功率得到強化，最多比之前提升約五分之一，此外，在渦輪增壓技術的影響下，發動機排放量和能源消耗將會減小，排放量減小能夠有效降低有害廢氣對環境造成的影響，從而提升發動機的環保性。

3.3 燃油摻水節油技術

汽車發動機中應用燃油摻水節能技術的應用原理為，在保障燃油總量不變的情況下，將一定量的水加入到汽車燃油中，使燃油中有害物質的產出率降低，同時能夠減少發動機的煙霧排放量，使因燃油而造成的空氣污染問題減少，從而實現發動機環保發展的目標。

3.4 可變進氣歧管技術

可變進氣歧管又被稱為電子控制單元，此外其還是人們在日常生活中所指的車載電腦。當汽車發動機運行時，其轉速和負荷將會受到多種因素的影響而出現改變，可變進氣歧管技術則通過利用發動機這一特性實現節能減排、保護環境的目標。其具體的應用原理為：當汽車發動機轉速和負荷發生變化的過程中，發動機內氣道長度將會出現一定程度的變化，而在發動機轉速增大或是負荷降低的變化下，氣道長度的增加將會使發動機整體進氣流動量上漲，從而會使氣流出現增速情況，進一步提升發動機的充氣效率，若此時發動機內部處在良好燃燒環境中，那么其輸出效率將會大幅增加，與之增加的還包括轉矩。

3.5 可變壓縮比技術

在汽車發動機中應用可變壓縮比技術能夠實現發動機高動力輸出和低能源消耗的發展目標。高負荷區域內應用可變壓縮比技術，能夠有效抑制爆震問題的出現，以保證發動機的安全穩定運行。低負壓區域內應用高壓縮比技術則能夠使發動機熱效率得到明顯提升，使發動機油耗降低。發動機壓縮比在一定程度上決定著燃油經濟性和排放行。在自然吸氣發動機運行過程中，可以降低壓縮比進行合理化提升。若發動機使用了進氣增壓技術，那么當壓縮比處于低負荷狀態中時，則可以壓縮比可以根據實際情況適當降低。當發動機負荷不同時則需要對應不同的壓縮比，以進一步降低發動機爆燃幾率，使汽車發動機的動力性能和燃油經濟性能進一步提升。

3.6 汽油壓燃技術

現階段汽車發動機中最常見且最為先進的技術之一就是汽油壓燃技術，改技術中融合了汽油發動機技術以及柴油發動機技術，其能夠充分發揮兩種不同發動機的優勢作用，不僅能夠確保壓燃熱效率提升，而且還能夠進一步提高經濟油耗運行區間范圍。壓燃技術在汽車發動機中的應用逐漸代替的傳統的點火發動機系統，汽油壓燃技術的應用主要是借助發動機內部的不斷壓縮，使可燃混合氣在高溫高壓環境下自燃，從而達成發動機的點火、做功等工序。相較于傳統點燃式發動機而言，汽油壓燃技術在汽車發動機中的應用，具備高壓縮比、高燃燒效率以及耗油量低等許多優勢特性。除此之外，在汽油壓燃技術與發動機稀薄燃燒技術的充分融合下，發動機缸內溫度會發生改變，其溫度遠低于傳統發動機缸內溫度，因此其能夠有效避免發動機出現無用熱量散失問題，從而實現提升燃油使用效率的目標，使發動機油耗有效降低，在其能效提升的同時，保障其經濟性和環保性。與此同時，稀釋混合器還能夠有效減小燃燒溫度，從而提升工質比熱比，降低熱損失問題，與此同時還會使發動機的原始排放量大大降低，提升熱效率，提高其經濟價值。

3.7 混動技術

能源消耗屬于現階段汽車發動機技術研發中需要重點考量的問題之一，隨著人們環保意識的不斷提升，新能源汽車的發展和應用不斷加強，在此背景下，混合發動機技術不斷提升。國內外越來越多的汽車制造商提高了對于混合發動機技術的研究和應用力度?；靹影l動機技術的主要應用原理為：對相關輔助動力單元和電動機進行有效整合，從而確保汽車發動機能夠從中獲得充足的動力，通常情況下來看，輔助動力單元所屬微小發動機機組中的一類，相較于傳統發動機技術而言，混動技術能夠有效減小發動機的體積，并且在其中發動機屬于主要動力來源的負責對象。與此同時，將混動技術應用于汽車發動機中能夠有效提升發動機的工作時長，并且其不會制造較多噪音和污染。

4 汽車發動機未來發展趨勢分析

4.1 提升能效的同時兼顧環保性發展

在傳統發動機中，柴油發動機屬于最常見的一種，其主要原料為柴油，在柴油的作用下為汽車提供動力，柴油發動機在實踐應用過程中展現出功率大、效率高、適用范圍廣以及經濟實惠等諸多優勢作用，但其在應用階段同樣存在一定缺陷，例如應用柴油為原料的發動機在使用過程中所排放的廢氣中有害氣體含量較高，這些氣體不僅會對人體造成危害，還會對環境和空氣造成污染，因此，發動機未來生產和設計過程中，需要加強對汽車尾氣排放控制和凈化等相關方面重視力度。未來汽車發動機的發展必定會朝向節能環保、降噪、合理排污以及減小能源消耗等綠色可持續方向發展，這主要是由于，當前環境污染和保護、能源消耗問題已經成為全球各行各業關注的重點內容，同時也是我國未來需要著重解決的主要問題之一，未來進一步保障汽車發動機技術的穩步運行，相關工作人員需要在時代發展的背景下，設計出更加高效且環保的汽車發動機。

4.2 發動機輕量化發展

燃油問題同樣是汽車發動機未來研究的重點問題，通過對燃油實際狀況觀察，可以得出，當燃油質量越輕時，其工作效率將會越高，并且其油量消耗將會更低，從而能夠實現降低能源消耗，綠色發展的目標，因此未來發動機技術將會重點考慮燃油問題。除此之外，發動機材質同樣是未來發展需要重視的問題，發動機輕量化發展，不僅要保障發動機性能，而且還要降低發動機重量。

4.3 機身減小且降噪化發展

在經濟社會飛速發展背景下，汽車成為人們出行的首選工具，且汽車保有量不斷提升，人們對汽車的更方面性能提出更高要求，除了要擁有良好的性能之外，還需要汽車能夠滿足人們的不同需求，因此當前“小”型發動機出現在人們的視野中。汽車發動機體積的減小要以不改變其功能性為前提，甚至需要不斷提升其功能性，因此這對于相關工作人員而言也是一種考驗，研究人員不僅要對發動機內部進排氣門、燃燒系統以及內部氣缸等核心技術進行改良和優化，而且還要減小發動機體積，以滿足使用者的個性化需求。汽車發動機體積的不斷減小，代表著汽車重心將會降低，由此一來，駕駛人員對于汽車穩定性和行駛速度的把控將會提升，同時還能夠提升對汽車系統控制的精確性，進一步保障駕駛人員的生命安全，此外，汽車行駛過程中所產生的噪音也將能夠得到有效的控制，使行駛噪音降低，實現降噪化發展。

4.4 機勁且持久發展

汽車中發動機屬于核心關鍵部位，其存在的目的是為了為汽車提供充足的動力，保障汽車正常運行，由此可見，發動機實際功率大小將直接影響到汽車實際行駛速度以及運行效率，為此，在未來發動機研究中，技術人員需要注重對發動機持久性和強效性整合研究，不斷提升發動機實際運行效率和運行實踐，增加發動機運行功率和扭矩，以此來推動我國汽車行業的穩步發展。

4.5 油電混合發展

隨著環境保護以及可持續發展戰略的不斷落實和發展，汽車環保性問題受重視程度越來越高，為了滿足人們需求以及環保要求，汽車發動機逐漸朝向油電混合方向發展，油電混合技術的應用推動了混合動力發動機技術的改革和發展。在我國科學技術不斷進步的背景下，電動汽車憑借其環保等諸多優勢得到了飛速發展，與燃油類汽車不同，電動汽車主要由驅動系統、電池組、控制系統以及其他輔助性動力系統所組成。與傳統發動機相比，油電混合發動機最為突出的優勢特性為，其能夠在降低油量消耗的同時，提升發動機的應用經濟效益，除此之外還能夠提升駕駛性能?，F階段油電混合發動機在使用中仍舊需要用到柴油、汽油等為原料，但在汽車的加速和起步階段主要是由電動馬達完成，這便是油電混合技術油耗降低的主要原因。

5 結束語

總而言之，在現階段汽車行業飛速發展下，發動機技術的創新和發展受重視程度越來越高，在各種發動機技術中，其能效和環保性提升依舊是現在和未來汽車發動機技術研究的重點領域，同時未來汽車發動機技術也將朝著這個方向發展。理想化的發動機技術，不僅具備較高的經濟性能，而且還不會產生較多汽車尾氣，為此，相關研究人員需要強化對汽車發動機技術研究，不斷創新發動機技術，促進其能效提升，降低能源消耗，同時減少對環境的污染，為我國汽車行業發展奠定良好基礎。

參考文獻：

[1]吳銘良.汽車發動機生產制造的節能實踐[J].節能與環保，2022，（07）：39-41.

[2]宋永剛;宋揚.能環保型單發動機的專用汽車動力系統研究[J].專用汽車，2021，（10）：67-69.

[3]高立志.汽車發動機的節能減排技術分析[J].時代汽車，2021，（08）：22-23.

[4]曾曦.汽車發動機的發展與新技術分析[J].科技風，2020，（18）：13.

[5]李樹會.汽車發動機技術發展趨勢研究[J].內燃機與配件，2019，（21）：40-41.

[6]李棟.當代汽車環保與節能技術的開發[J].農機使用與維修，2018，12）：10-11.