車用汽油機節(jié)能減排先進技術研究

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1、車用汽油機節(jié)能減排先進技術研究 　　摘 要：隨著環(huán)保要求的提高、能耗法規(guī)的加嚴，對發(fā)動機先進技術進行研究應用顯得至關重要。文章主要闡述了車用汽油機節(jié)能減排先進技術，包含燃燒技術、電控技術、換氣技術和熱管理技術等。根據(jù)研發(fā)機型需求采用最優(yōu)先進技術配置，是實現(xiàn)當前和未來一段時間內(nèi)節(jié)能與環(huán)保的有效措施。 　　關鍵詞：汽油機;先進技術;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)應用，已經(jīng)引發(fā)了全球嚴重的環(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

2、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符合該標準的要求[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)能減排技術進步提出了更高的要求，解決當前能源與環(huán)境問題，對其先進技術進行研究和應用顯得至關重要。 　　為了適應節(jié)能、環(huán)保等的總體需求，汽油機廣泛應用各種先進技術，包括燃燒技術、

3、電控技術、換氣技術、熱管理技術等，以滿足市場需求。 　　1 先進燃燒技術 　　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，先進燃燒控制技術主要應用高壓縮比、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

4、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%;而日產(chǎn)2.0T發(fā)動機在傳統(tǒng)發(fā)動機的內(nèi)部，增加了一套復雜的連桿機構，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

5、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、結構強度等因素限制。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VVT，通過控制進氣門早關或晚關，使實際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 　　提高發(fā)動機燃效，降低排放，除了先進的燃燒技術，還應精確控制和優(yōu)化發(fā)動機的電控技術，當前，除高壓噴射外，多次噴射和組合噴射等在

6、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，燃燒反應更充分[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;組合噴射技術即采

7、用缸內(nèi)直噴與歧管噴射的雙噴射技術[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。當發(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;當發(fā)動機冷起動或中低速大負荷時，使用

8、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)行應急運行功能，保證車輛仍能正常行駛。 　　3 先進換氣技術 　　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)的性能相當大程度決定了發(fā)動機的性能[5]。為了適應車用發(fā)動機的不同工況，各種先進換氣技術得到廣泛應用，包含可變進氣歧管、可變氣門正時、可變氣門升程、廢氣再

9、循環(huán)、停缸技術等。 　　3.1 可變進氣歧管 　　為了提高充氣效率，在汽油機轉速范圍內(nèi)更有效地利用進氣慣性效應，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，可變氣門正時技術已在發(fā)動機上得到廣泛應用，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)VVT[5]，在不同發(fā)動機上可變氣門正時的應用，能在不同轉速下優(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;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、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。