汽油机节能减排技术研究

叶红榜

【摘 要】随着科学技术的不断发展，发动机所涉及到的产业链条越来越长，人们的生产生活已经离不开发动机，人们不断地研制出不同用途多种类型的发动机，但是无论哪种发动机，它的基本前提都是要以某种燃料燃烧来产生动力。 燃料燃烧就要消耗能源，日益紧缺的能源供应和严峻的环境保护压力，使发动机节能问题变得尤为重要。 发动机的性能也会直接影响汽车的二氧化碳排放量，排放控制则是减排的重要内容，符合国家排放要求，所以说发动机的功能是节能减排控制的重要内容。 总之，要加快节能减排技术研发，就要重视发动机节能减排的功能推广，要建立起发动机节能减排的技术体系，推广使用有节能功效的发动机制造技术，加强国际交流合作、 加强节能调度。

【关键词】汽油机；节能；技术；内燃机

目前，我国已经提供了经济型汽车、摩托车的技术支持，对于这类机动车来说，可以通过发动机改良达到每公里产生更少二氧化碳的实效。 同时，也对发动机燃料做出了更为细致的技术规范，以便提高汽油和柴油的使用性能。经济型机动车一方面具有清洁引擎，减少引擎的摩擦力的作用； 另一方面能够使燃油更充分燃烧，从而降低对空气的污染。采用的生物液体燃料与传统车用燃料相比，可以潜在地带来二氧化碳减排。中国已经是世界燃料乙醇的第三大生产国和使用国，燃料乙醇在全国 9 个省的车用燃料市场得以推广和使用，虽然在节能减排技术研究上已经取得了一些突破进展，但是，对于发动机的节能减排技术研发还要进一步地发展下去，以技术研发为依托开发出更为先进、 有效地节能减排技术是最终的目标。在节省能源的技术开发方面，目前主要采用了汽车和摩托车因使用汽油机而得名。汽车和摩托车心脏是内燃机。内燃机技术在不断发展完善，在石油能源还会占主导地位的今天和未来较长的时期里，不管是发展前景，还是潜力，内燃机技术都会大有作为。汽车和摩托车内燃机动力作为汽车和摩托车的动力，它的能源效率的状况直接影响汽车和摩托车能源消耗水平，所以，汽车和摩托车的节能非常重要。高效率、低排放动力技术在国外已广泛应用，在一定程度上提高了汽车和摩托车燃油的经济性，如多气门技术能提高燃油效率 2%～5%，增压技术能提高燃油效率 5%～7%，缸内直喷技术（GD）I 能提高燃油效率 15%左右。现在，国内99%以上的乘用车是汽油车，预计至少未来10年内汽油车还会是国内汽车和摩托车的主流。按汽车测试显示，应用高效汽油机技术的汽车平均油耗比普通电喷汽车降低25% ～ 30% ，而成本更低。开发高效汽油机技术对汽车和摩托车节能尤为必要。高效汽油机技术一直是发达国家机动车公司降低油耗的一般手段。而国内对高效节能汽油机技术的研发重视并不够，直到近几年研发力度和投入水平才有大幅提高。汽油机的节能技术经历了以下几个演变过程：（1）供油方式从化油器～ 单点喷射～多点缸内直喷方式演变。（2）进气系统从传统的不可调节进排气系统～可变进气结构系统演变，进气方式从自然吸气～二级增压演变。（3）气阀定时与升程从机械驱动式气阀定时与升程固定的配气机构～气阀定时与升程连续可调的液压调节式～电磁阀（EMV）驱动系统演变。（4）燃烧过程组织从传统均质混合气火花点火方式～均质充量压缩点燃～非均质混合气分层燃烧系统演变。

1.燃油直喷技术

这种技术，是把高压油泵提高压力之后的汽油，通过高压油轨和喷油器直接喷入缸内，缸内汽油不断雾化，并和空气按最优化的模式进行混合，增强发动机的抗爆燃性，提高燃烧热效率，使发动机在得到更高动力性的同时更好的节能效果。GDI技术一般使发动机的功率达到同排量非直喷发动机的1.5 倍左右，燃油效率提高15%左右。

2.可变气门正时技术

发动机VVT技术是前几年应用在现代轿车上的新技术，它是通过对计算机信号气门的开闭时机进行智能正时连续可变控制，使燃油燃烧更为充分，工作效率较高，实现了降低油耗的目的。日、欧主流汽车企业读开发了配备可变气门正时技术的发动机。如丰田、本田、现代、雷诺一日产、宝马、马自达、三菱、保时捷等。采用进气VVT后降低了整车油耗6%左右。排气VVT在此基础上降低2%左右，对于缸内净化有利。

3.稀薄燃烧技术

这种技术是降低汽油机油耗的有效措施。它以燃料混合技术和控制技术为基础，综合了汽油机均质充气与柴油机压燃点燃混合两种燃烧方式优点。通过提高压缩比、分层燃烧和高性能点火，进行油气均匀混合，多点着火，燃烧充分，燃烧效率高，发动机耗油率能降低10%。还能提升发动机的功率输出，不受敲缸界限的限制，泵气损失小，对改进部分负荷特性有利。但HCCI也面临技术挑战，HCCI爆发过程难以驾驭，不但应控制进气温度、压力，还应控制空燃比等多种变量，控制系统相当复杂。

4.增压技术

汽油机增压技术通过提高发动机充气密度，来提高发动机的功率和转矩，改善热效率，提高经济性，降低发动机设计排量，降低噪声。在机械增压、气波增压、废气涡轮增压、复合增压等方式中，废气涡轮增压应用较广，它的发动机功率及转矩能增加20%左右，还能提高燃油效率6%左右。所以，涡轮增压技术广泛应用。涡轮增压器是提高动力性能的方向。国外先进的量产增压直喷汽油机，一般采用复合式二级增压方式，可以确保低速时的转矩快速响应。

5.废气再循环技术

废气再循环增大了发动机的充量系数，提高了发动机的热效率，减少了发动机的泵吸损失，降低了燃油消耗；同时由于废气中的CO2、N2、H20等惰性气体具有较高的比热容，多变指数低，使得最高燃烧温度降低，抑制了NOx的生成，改善了发动机的排放。废气再循环（EGR）技术必须严格控制发动机在各工况下的废气再循环量，即废气再循环率。废气再循环率过小或过大都不能使发动机的性能得到最佳发挥。一般发动机在各工况下的废气再循环率大小通常由发动机电子控制系统来完成。具有可变滚流结构的系统可使缸内混合气实现良好的排气分层燃烧，EGR率最大达到空气量的70%，其可变气门正时系统可在发动机不同负荷条件下实现不同的气门升程，可使缸内实现不同的滚流比，实现高的EGR容受度，低的NOx排放。

6.代用动力和代用燃料技术

代用燃料包括压缩天然气、液化石油气、醇类、氢气，其中天然气和液化石油气在地球上的储备量很大，且排放较低，预计将在本世纪发挥较大的作用。目前压缩天然气、液化石油气、醇类燃料等已成为汽车节约能源和改善排放的重要课题。多数示范城市已装置了CNG、LPG汽车，而氢能、混合动力、太阳能汽车等，世界上也有城市在应用。

7.汽车发动机自动化系统的控制研究

提高发动机的自动化水平，开发发动机自动化性能就必须从制定系统化控制出发，系统控制的基本技术以进行合理化实验，通过实验结果完善技术为主。在硬件集成方面，利用接口总线将系统功能进行扩展，在系统中建立集成电控发动机标定开发装置就可实现电控发动机自动化标定试验，实验以软件系统设计为主，提出了试验流程编辑器、 模拟通道动态配置及采集通道动态配置等设计方案。

8.结束语

节能和排放是当前汽车和摩托车工业的研究主题。先进技术和措施的广泛应用可以使得汽车和摩托车发动机在节能和排放领域更趋完美。

【参考文献】

[1]张林辉.醇汽油混合燃料与车用汽油对发动机排放性能试验分析[J].装备制造技术，2012（12）.