汽车发动机节能技术探索

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全球变暖问题使得各个国家都加大了节能环保力度，能源消耗、环境污染以及气候变化给汽车产业带来的压力日益加剧，对于汽车行业来说，要想适应社会发展趋势，也需要加强环保型汽车的开发与研究，通过使用发动机节能技术来降低汽车的能量消耗与污染物排放量，是当前汽车行业贯彻环保、节能理念的重要举措。

1汽车发动机的危害

随着全球汽车保有量的不断增长，汽车消耗的石油资源与日俱增。为此，各国不断升级限制汽车油耗水平的法规。环境危机与能源危机在前些年就引起了国家重视，我国已经在汽车发动机排放量方面做了相应的努力，力求实现汽车的节能减排。但是就目前来看，我国当前研发使用的汽车发动机，其排放控制技术仍旧处于发展阶段，应用还不够成熟，并不能大幅度降低汽车发动机的排放量，对环境的污染和能源的消耗仍旧较大，不利于人类的健康生存。虽然近几年我国开始使用新型电动汽车，但是就整体汽车使用情况来看，使用燃油汽车的人数仍旧较多，因此，有必要加强对汽车发动机的进一步研究与改造，通过开发节能新技术来实现节能减排的目的。

2发动机运行的原理

发动机于汽车而言就是动力工厂，离开发动机，汽车将无法启动。发动机工作的主要原理就是通过将液态或者气态的化学物质进行燃烧并转化成热能，再进一步转化成机械能，从而给予汽车足够的动力，驱动汽车前进。汽车发动机在工作时只有保证曲轴转动了两圈，并且发动机的活塞往复了四次，才可以称其为一个工作循环，这种发动机是当前我国市场最常见，应用最广泛的四冲程发动机。

3发动机节能的方法

3.1汽车发动机采用稀燃技术发动机在运行时会进行空燃，此时对应一个理论空燃值，而稀燃技术就是通过增加空燃值，使其高于理论空燃值来实现节能的目的。稀薄燃烧不仅使燃料的燃烧更加完全，而且也减少了换气损失，使用该技术不仅可以提高发动机的经济效率，还可以有效降低发动机的排放量。稀薄燃烧可以提高发动机燃料经济性的主要原因是，由于稀混合气中的汽油分子有更多的机会与空气中氧分子接触，燃烧完全。采用稀混合气，由于气缸内压力低、温度低，不易发生爆燃，则可以提高热效率。实现汽油发动机稀燃技术的关键技术归纳起来主要是高压缩比、分层燃烧、高能点火三方面。稀燃技术已经成为汽油机发动机实现45%以上热效率关键技术路线。

3.2汽车发动机采用增压技术增压技术是提高发动机节能效果的重要技术之一，它包括两种增压方法，一种是涡轮增压，另一种是机械增压，常用的是涡轮增压。该方法主要是利用涡轮增压器来将空气进行压缩，以此来增加进气量。具体的运行原理是：发动机转动过程中会产生一定的废气，利用这些废气的惯性来使涡轮转动，与此同时带动同轴的叶轮进行空气的压送，以完成增压，并将空气送入气缸。当发动机的转速不断提高时，送入气缸的空气量就会随之增多，在大密度的空气压力下，燃料燃烧将更加彻底，这就会产生更大的动力，从而提高发动机的输出功率。与普通发动机相比，通过在发动机上增加涡轮增压器可使发动机的输出功率提高至少20%，并且与大排量的发动机相比，其消耗的能源更少，但获得的动力却相当，在很大程度上降低了能源消耗，减少了污染物的排放，提高了汽车发动机的经济性。

3.3汽车发动机采用燃油掺水节油技术汽车发动机采用燃油掺水节油技术，指的就是在汽车燃油中增加一定量的水，在保证燃料总量一定的情况下，能够有效降低燃油中有害物质的产生，并且可以减少烟雾的排放量，降低其对空气的污染，实现节能减排。水喷射技术有多种布置方式，进气系统喷水的系统复杂度低，技术风险小，但水喷射系统的结冰和锈蚀问题尚无彻底有效解决措施，加之控制系统复杂，成本增加，目前只是在技术研究阶段，未能普及应用。

3.4汽车发动机采用可变进气歧管技术ECU（ElectronicControlUnit）就是电子控制单元，我们在日常生活中通常将其称作“车载电脑”。汽车发动机在运行时其转速和负荷会发生一定的变化，该技术就是通过利用发动机这一特点实现节能减排的，具体原理是：汽车转速与负荷变化时会引起气道长度的改变，转速增大，或者负荷降低时，气道长度会随之增长，进气流动的整体量就会相应变多，从而引起气流增速，在一定程度上使充气效率有了明显提升。如果燃烧的环境相同，就会使得输出功率变大，转矩也会有所增加。汽车发动机采用可变进气歧管技术主要包括两种：其一为可变进气共振技术；其二为可变进气歧管长度[1]。该技术常应用于自然吸气汽油发动机。

3.5汽车发动机采用可变压缩比技术可变压缩比技术可直接满足发动机高动力输出和低油耗的目标，其在高负荷区域，采用低压缩比，抑制爆震现象发生，提升发动机外特性；在低负荷区域，采用高压缩比，提高发动机热效率，降低油耗。提高压缩比是提高热效率的根本途径，提高压缩比在外特性区域会导致爆震和过高的缸内压力，所以常规的定压缩比发动机为保证全工况不发生爆震，压缩比限制的较低，热效率无法显著提升。而在部分负荷工作条件下，缸内燃烧温度和压力比较低，与爆震的发生和允许的最大缸压之间还有一些距离，此时，提高压缩比是可行的，热效率可进一步改善。

3.6汽车发动机采用汽油压燃技术汽油压燃属于先进燃烧技术，融合汽/柴油发动机技术，发挥各自特点，常用工况实现压燃，热效率提升，可明显扩大经济油耗运行区间。与传统点燃式汽油机类似，汽油压燃发动机在燃烧开始前完成燃料与空气的预混过程，接下来预混合气被压缩，在压缩行程接近尾声时，产生类似于传统压燃式发动机的自燃着火及随后的燃烧现象。通过在着火前的火花辅助引燃，可解决汽油压燃难以稳定控制的问题。通过压燃，可在极稀（lambda>2.0）的混合气氛围下实现稳定燃烧，部分负荷下，消除传统汽油机节气门部分开启造成的泵气损失，而且稀释混合气可有效降低燃烧温度，提升工质比热比，降低冷却损失，并大幅降低NOx原始排放。常用工况实现压燃，热效率提升，可明显扩大经济油耗运行区间。

3.7汽车发动机采用停缸技术在发动机还仅仅采用化油器机械供油的时代，这项技术还较难实现，但随着电喷技术的普及，断缸相对来说就容易的多。工程师们首先将发动机气缸分为常工作和间歇工作两部分，低负荷时使简写工作的一组气缸停止运行，而加大常工作气缸的负荷率，使之保持在中、大负荷经济油耗区运转，达到机油的目的。发动机停缸后,燃烧室总表面积的减少可降低燃烧过程的传热损失,从而提高了发动机的循环热效率，这也是停缸节油的一个原因。目前该技术在V6、V8大排量发动机应用较多。

3.8加强新型能源使用汽油属于不可再生资源，要想减少汽油使用量，就需要我国加大新型能源技术的开发力度，对于汽车行业来说，其是汽油消耗的主要产业，因此，更应当积极研发新能源技术，提高汽车节能效果。可以开发使用烃类液体燃料，因为此类燃料不仅含有的杂质非常少，而且由于此类物质中含硫成分非常少，所以燃烧后产生的有害物质也很少，主要是水和二氧化碳，将其应用到汽车行业中可以有效减少尾气排放污染。由此可见，烃类液体燃料替代石油具备较强的应用优势，在解决汽车尾气排放的同时，还能够解决能源需求问题。

4发动机节能技术的未来发展方向

4.1发动机动力系统电气化发展过去，汽车发动机独自承担驱动任务，需要工作在较宽区间以满足复杂工况，提升其热效率则需增加各种可控技术以扩大最佳工作区域，这同时也带来了成本的大幅增加。发动机完全可以借助电池、电机和电控技术的进步，转向动力系统电气化的发展方向，从而获得更大的潜力。未来，发动机将与电池电机有效组合承担驱动任务。尽管整车对动力总成的需求并未改变，但由于动力系统中耦合了电池电机单元，可通过电池充放电来适应不同工况。发动机则始终工作在较窄的高热效率区域，甚至最终可以只追求有效热效率的单点最高值。而动力输出的可变调节则由电池与电机的有效组合来完成。这样发动机将大幅简化，成本将显著降低，从而补偿引入电池电机所带来的成本增加。传统内燃机动力系统的全面电气化将是一个渐进的过程，随着法规约束的不断增强和电池、电机和电控技术的持续进步，这一进程将不断加快。由此，各企业将逐渐放弃单独以纯发动机驱动车辆的技术路线，而是转向根据混合动力、插电式以及增程式等各种机电耦合动力系统的需求来进行内燃机的优化。

4.2智能网联化方向发展当前汽车正向低碳化、网联化和智能化方向不断升级，而智能网联技术的应用并不局限于整车层面。对于汽车动力系统而言，借助智能网联技术，可以面向节能、环保、低碳目标，实现更有效的优化控制。显然，这不仅有利于纯电动力系统的优化运行，搭载发动机和电池电机单元的复杂机电耦合系统对此同样有紧迫需求。未来动力系统将通过网联实时获取车辆自身信息以及与车辆相关的交通环境信息，并基于对车辆内外部状态的感知和预测，实施高度智能化的精准控制，以最大限度地降低汽车能耗和排放。

5结语

综上所述，随着人类节能环保意识的增强和国家节能减排理念的提出，汽车行业要想满足社会发展需求，实现自身的健康、长久发展，就必须使用先进的节能技术，尤其是发动机，更应当加大研究，提高发动机的运行效率，降低能源损耗，减少环境污染。

参考文献：

[1]吴茂军，李锡坤．降低汽车发动机排放的技术浅谈[J]．时代汽车，2017（04）：46-47．

[2]林榆程．发动机排放技术的应用分析[J]．中国高新区，2017（02）：67．

[3]张华．降低汽车发动机排放的技术浅析[J]．内燃机与配件，2017（15）：118-120．

[4]展玉山.我国汽车行业节能减排技术措施探讨[J].价值工程，2012，31（22）：49-51.

作者:段景辉 单位:长城汽车股份有限公司技术中心