浅谈汽车发动机的节能减排技术

毕鸿戈

摘要：随着世界各地汽车数量的增加，环境污染问题迫切需要解决。节能减排，提高发动机的能量利用率，已经成为这个时代对现代汽车的新要求。可变压缩比技术（VCR）、可变气缸技术（VCM）和燃料分层喷射（FSI）可以在一定程度上提高燃料经济性和减少废气排放。

关键词：汽车;发动机;排放污染;节能减排技术;

目前世界汽车保有量正以每年九千万辆的速度递增，2020年世界汽车保有量将增至15亿辆。随着汽车保有量的持续增加，排放污染给生态环境带来了严重威胁，同时也危害人类身体健康。

一、汽车发动机尾气排放的危害

燃油汽车以石油产品作为动力能源。如果燃油能够得到充分燃烧，那么就只会产生少量有害气体，汽车尾气排放的危害程度低;但如果燃油燃烧不够充分，就会产生有害气体（二氧化硫、一氧化碳、含氮化合物等）和微粒。这些有害物质不仅刺激人类器官，导致头疼、眩晕，甚至是癌症，而且增加大气污染，破坏生态环境平衡。日常生活中遇见的酸雨，PM2.5急剧升高、雾霾天气等，都是与汽车尾气排放污染密切相关。

二、汽车发动机节能减排技术的研究背景及发展现状

近年来我国的空气污染问题日趋严重。根据中国社会科学院和中国气象局发布的数据来看，近几十年来我国部分地区雾霾天气总体呈上升趋势，持续性的雾霾天气现象显著增加。而引发这些问题的源头都与汽车的燃油经济利用率和尾气排放有着密不可分的联系。而且这些问题对于我国这样一个汽车大国来说已经成为了不得不面对的严峻挑战。所以如何采取一些有效的措施去处理好汽车与能源、环保、安全等问题之间的关系，成为了这个时代的一个挑战。故而，有关汽车发动机节能减排技术的研究与应用对于缓解当下形势显得尤为重要起来。就现阶段来看，在市场上应用比较广泛的发动机节能减排技术主要有可变气缸技术（VCM）、可变压缩比技术（VCR）、燃油分层喷射技术（FSI）、可变配气技术（VVT）等。这些技术基本上都是利用发动机的参数变化控制技术来使汽车发动机在不同工况下尽可能地达到其最佳的工作性能，提高燃油的经济性，减少尾气排量。本文，将主要对可变压缩比、可变气缸、燃油分层喷射这三种节能减排的发动机技术进行重点分析。

三、降低汽车发动机排放的技术

汽车行业相关人員为减少排放而研发降低发动机排放技术，改进发动机自身性能，进行尾气净化和处理，改善燃料的品质或者使用一些清洁能源代替石油燃料。

1.提高发动机燃油技术。汽车在运行过程中，发动机的负荷没有完全运作起来，产生较大的额外功，从而出现大量的能量浪费。更严重的是，这种机械损失会受进气等条件的影响，造成更大的浪费。一方面，这不利于汽车自身的机械运行，降低了燃油经济性;另一方面，额外功所消耗的燃料会造成大量的尾气，不利于汽车实现减排的目标。因此需要提升发动机燃油技术。利用发动机自动启停技术，汽车在临时停车（例如等红灯）的时候，发动机自动熄火，当需要继续前进的时候，重启发动机。这样可以减少额外功，降低燃油消耗，实现减排。

2.优化电控系统。有害废气中大部分是由于汽油未充分燃烧形成的，可以从供油系统方面着手，使燃料充分燃烧。在汽车行业中，电控喷油技术替代了化油器供油，不但精确度高于原来的供油系统，而且根据汽车在各个状态下的传感器信息，及时定量的完成喷油，保证燃烧室内各气体混合均匀，汽油浓度趋于一个比较理想的状态。结合可变配气机构，稀薄燃烧、缸内直喷等技术，电控系统提高了发动机效率，改善了燃油经济性，降低了排放污染。

3.提高汽油质量。汽车发动机的工作过程，其实也就是发动机内部汽油氧化反应的放能过程。除了改善发动机技术手段之外，还需要从汽油本身着手，去除汽油中不必要的杂质，提高汽油的质量，实现控制排放的目的。汽油的成分复杂，含多种有机物，首先是硫的含量，含硫物质在燃烧后产生的二氧化硫，危害甚大，一般采用加氢脱硫技术进行脱硫，保证脱硫率大于95%;其次是苯等芳香烃，烯烃和一些含氮的物质。这些物质，一是本身有害的物质，二是不能彻底燃烧的物质，因此必须得到严格的控制。国Ⅴ排放标准将在全国范围全面实行，所有制造、进口、销售和注册登记的轻型汽油车、重型柴油车，须符合国V标准要求;与此同时，车用燃油也将进行油品升级，93#、97#汽油将会被92#、95#汽油全面替代。而北京市采用第六阶段汽油标准，预计使用第六阶段油品后，汽油车颗粒物排放降幅达10%，非甲烷有机气体和氮氧化物能够达到8-12%的排放削减率;柴油车氮氧化物下降4.6%，颗粒物下降9.1%，总碳氢化合物下降8.3%，一氧化碳下降2.2%。可见，提高汽油质量在环保方面的成效非常显著。

4.使用新型能源。新能源是近年来的热门话题，取得了非常显著的成就。汽车作为现代工业的一个代表，要想继续发展下去，就应该积极适应新能源技术，这是现在的一个发展趋势，也是将来的一个必然结果。新能源汽车补贴新政、新能源汽车碳配额管理、新能源汽车生产准入新规、动力电池行业新规的出台，将会带动新能源汽车的快速发展。（1）烃类液体燃料。烃类液体燃料所含的杂质较少，产生的有害气体也较少，它不含硫，不会产生含硫的有害气体，对提高空气质量，减少酸雨来说，有非常大的帮助，它的产物主要就是二氧化碳和水，是一种较为理想的能源。此外，它适合我国的国情，我国天然气储量丰富，煤炭资源居世界前列，这些都可以用来合成这类燃料的原材料，可以极大程度上降低对石油的需求。所以说我国使用这类烃类液体燃料代替石油是非常有必要的，它不仅仅是解决尾气排放的一种方式，而且对我们国家本身的经济发展和解决能源需求都是十分有必要的。（2）替代燃料。替代燃料是指使用一些清洁的能源代替原来的石油燃料，主要有液化气、压缩天然气，和醇类等，这类燃料燃烧主要产物就是二氧化碳和水，是理想的能源。目前，这些燃料在我国已经有相当广泛地应用，尤其是近几年来，在国家政策的鼓励下，已经有越来越多的汽车选择使用这类燃料。很多城市的公交车，出租车都选用这样的新能源车型，其推广力度还在加大，相信在未来会有更广阔的市场。（3）电能。汽车使用电能代替原有的石油能源。作为储能的动力电池，如锂电池、三元电池，已经被整车厂用来生产纯电动和混合动力车辆。虽然电动续航里程小，动力电池成本高，但纯电动和混合动力车发展前景非常可观，一旦动力电池技术成熟，将彻底解决汽车的排放污染问题。现在仍需加大动力电池的研发，降低材料成本，提高电池能量密度，从而增加电动续航里程、减少电池重量和百公里耗电量，提高经济性。相对于其他种类的能源，电能主要有以下优点：电能环保清洁，几乎没有任何污染;电能作为一种二次能源，其来源广泛，尤其是在我国先后几大水利工程的建成后，电能相对于石油或者其它存储能源来说，代价相对要小很多，而且太阳能、风能也都能转化为电能;电能便于运输和储存，电网一旦建成后，电能便能源源不断的输送到各个地方，相比于石油资源，运输存储方面要方便的多;电能的转化率高，符合可持续发展的战略要求。随着电能发展，充电桩建设、快速充电技术也是提高电能利用率的必要环节。

总之，随着环境污染问题越来越严重，社会和国家越来越重视大气污染和全球变暖问题，而汽车发动机排放是环境污染之一。降低发动机排放技术的研究必是汽车行业的重中之重，只有做好减排工作，才能降低环境污染，维护人民的身体健康，保护好人类赖以生存的家园。这是国家政策的需求，也是我们应该履行的义务。

参考文献：

[1]刘伟，等.浅谈汽车发动机的节能减排技术研究.2019.

[2]张海波.车用发动机技术研发现状及其未来发展趋势.2018.

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