汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能減排技術(shù)分析

高立志

摘 要：當(dāng)前全球變暖等環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，以至于各個(gè)國(guó)家都將節(jié)能環(huán)保力度逐步加大，其中能源消耗問(wèn)題、環(huán)境污染問(wèn)題、氣候變化問(wèn)題等，對(duì)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的壓力是巨大的。所以，需要全面實(shí)施節(jié)能減排計(jì)劃。因此，本文針對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能減排技術(shù)做出了進(jìn)一步探究。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī) 節(jié)能減排 技術(shù)

站在汽車(chē)行業(yè)分析，為了迎合社會(huì)的發(fā)展需求，需要將環(huán)保型汽車(chē)的開(kāi)發(fā)以及研究力度加大，借助發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)的研發(fā)，使得汽車(chē)的能量消耗以及污染物排放量降低，這也是汽車(chē)行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵措施。因此，需要在行業(yè)發(fā)展中，積極貫徹環(huán)保等節(jié)能理念。本文針對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能減排技術(shù)給出了如下分析。

1 汽車(chē)能源消耗與排氣污染分析

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，我國(guó)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛成品油年產(chǎn)量的50%以上都為消耗的燃油和機(jī)油數(shù)量，在這些排放車(chē)輛當(dāng)中，大概有70%都屬于高污染物以及高能耗的車(chē)輛，尾氣排放量每年會(huì)超過(guò)1.8億噸。城市當(dāng)中產(chǎn)生的各類(lèi)污染物，機(jī)動(dòng)車(chē)輛排氣污染大約占據(jù)了70%左右，單車(chē)污染排放水平大概為美國(guó)的2倍到10倍，是日本的15倍以上。我其中NOX大約占據(jù)40%，CO對(duì)空氣產(chǎn)生的污染大約占據(jù)80%，所以居民的生活質(zhì)量受到汽車(chē)尾氣的污染非常嚴(yán)重。從另一角度來(lái)說(shuō)，我國(guó)對(duì)于石油能源消耗量非常大，進(jìn)口依存度已經(jīng)達(dá)到了40%，其消耗量和進(jìn)口量為世界第2位。因此，針對(duì)汽車(chē)節(jié)能減排措施的探究開(kāi)展非常關(guān)鍵[1]。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能方法分析

2.1 應(yīng)用稀燃技術(shù)

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)稀燃技術(shù)的應(yīng)用，在運(yùn)行時(shí)會(huì)有空燃產(chǎn)生，此時(shí)對(duì)應(yīng)一個(gè)理論空燃值。稀燃技術(shù)具體來(lái)說(shuō)便是借助空然值的增加，使其大于理論空燃值，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。稀薄燃燒不但能夠使燃燒更加充分，還可以將換氣損失減少，并且該項(xiàng)技術(shù)還能將發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)效率提高，并使發(fā)動(dòng)機(jī)的排放量降低。稀薄燃燒將發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行提升的關(guān)鍵性因素便是，因?yàn)橄』旌蠚猱?dāng)中的汽油分子與空氣中氧分子的接觸機(jī)會(huì)更多，所以燃燒會(huì)更加充分和完全，通過(guò)稀混合氣，因?yàn)闅飧變?nèi)沒(méi)有較高的溫度，且壓力也比較低，所以不容易有爆燃出現(xiàn)，進(jìn)而將熱效率有效提升[2]。對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)于關(guān)鍵技術(shù)的總結(jié)，主要在三個(gè)層面，其一為高壓縮比，其二為分層燃燒，其三為高能點(diǎn)火。目前，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)為氣油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)滿足45%以上熱效率的重點(diǎn)技術(shù)。

2.2 增壓技術(shù)

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于增壓技術(shù)的使用，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能效果提升，是非常關(guān)鍵的技術(shù)之一，其中有兩種不同的增壓型式，一種為渦輪增壓，一種為機(jī)械增壓，其中渦輪增壓的使用更為普遍，該項(xiàng)方法需借助渦輪增壓器壓縮空氣，以便使進(jìn)氣量得到增加，運(yùn)行的具體原理為發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)有相應(yīng)的廢氣產(chǎn)生，借助這些廢氣慣性轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪，對(duì)同軸的葉輪產(chǎn)生帶動(dòng)效果，進(jìn)而壓縮空氣，將增壓完成。最后，把空氣送入到氣缸當(dāng)中，在不斷提升發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)程中，會(huì)增加送入氣缸的空氣量。借助大密度的空氣壓力，會(huì)更加徹底的將燃料燃燒，以便有更大的動(dòng)力產(chǎn)生，使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率得到提升[3]。相比于普通的發(fā)動(dòng)機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)上將渦輪增壓增加，可促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率有所提升，大概可提升20%以上，并且相比于大排放的發(fā)動(dòng)機(jī)，消耗能源會(huì)有所減少，但獲得的動(dòng)力卻完全相當(dāng)，所以使得能源消耗量有所降低，污染物排放減少，進(jìn)而使汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)更具經(jīng)濟(jì)性，其中渦輪增壓的結(jié)構(gòu)以及原理如圖1所示。

2.3 燃油摻水節(jié)油技術(shù)

在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中，對(duì)于燃油摻水節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，具體來(lái)說(shuō)便是將一定量的水增加在汽車(chē)燃油當(dāng)中，可以使燃油總量給予保證的前提下，將燃油產(chǎn)生的有害物質(zhì)降低，并將煙霧的排放量減少，使其對(duì)空氣不會(huì)產(chǎn)生較大的影響，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

2.4 可變進(jìn)氣歧管技術(shù)ECU

該項(xiàng)技術(shù)也就是常說(shuō)的電子控制單元，在日常生活中也將其稱(chēng)為車(chē)載電腦。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)論是轉(zhuǎn)速還是負(fù)荷，都會(huì)有相應(yīng)的變化產(chǎn)生，該項(xiàng)技術(shù)使用之后便是借助發(fā)動(dòng)機(jī)的這一特征，將節(jié)能減排的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，其中原理為汽車(chē)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷產(chǎn)生變化的過(guò)程中，會(huì)使氣道長(zhǎng)度發(fā)生一定程度的改變，進(jìn)而增大轉(zhuǎn)速或者降低負(fù)荷，氣道的長(zhǎng)度會(huì)有所增長(zhǎng)，因此會(huì)增加進(jìn)氣流動(dòng)的整體量，從而引發(fā)氣流增速，在某種程度上，會(huì)顯著提升充氣效率，如果有相同的燃燒環(huán)境，會(huì)增大輸出功率，并增加轉(zhuǎn)矩。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于可變進(jìn)氣歧管技術(shù)的應(yīng)用，主要有兩種，一為可變進(jìn)氣共振技術(shù)，二為可變進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度，且這一技術(shù)在自然吸氣汽油發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中的使用非常普遍[4]。

2.5 可變壓縮比技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)高動(dòng)力輸出以及低油耗的發(fā)展目標(biāo)給予滿足，在高負(fù)荷區(qū)域?qū)τ诘蛪嚎s比的應(yīng)用，能夠?qū)Ρ瓞F(xiàn)象的發(fā)生產(chǎn)生抑制效果，進(jìn)而使發(fā)動(dòng)機(jī)外特性有所提升;在低負(fù)荷區(qū)域當(dāng)中，對(duì)高壓縮比的應(yīng)用能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)熱效率提高，使油耗有所減少。將壓縮比提高是將熱效率進(jìn)行提升的有效途徑之一，提高壓縮比，在外特征區(qū)域當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)爆震或者缸內(nèi)壓力過(guò)高，因此常規(guī)的定壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，為對(duì)全工況不發(fā)生爆震給予保障，對(duì)于壓縮比產(chǎn)生的限制會(huì)比較低，不能顯著提升熱效率，在某些負(fù)荷工作環(huán)境下，缸內(nèi)的燃燒溫度以及壓力都會(huì)比較低。對(duì)比發(fā)生的爆震以及允許的最大缸壓還有很多距離，這時(shí)將壓縮比提高，便可以進(jìn)一步改善熱效率。

2.6 汽油壓燃技術(shù)

對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的使用，為當(dāng)前非常先進(jìn)的一種燃燒技術(shù)，與汽油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)融合之后，可以將各自的優(yōu)勢(shì)作用充分發(fā)揮，用工況可實(shí)現(xiàn)壓燃提升熱效率，并將經(jīng)濟(jì)油耗運(yùn)行區(qū)間顯著擴(kuò)大。

與以往使用的點(diǎn)燃式汽油機(jī)非常相似，汽油壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)，在開(kāi)始燃燒之前，會(huì)預(yù)混燃燒和空氣之后，壓縮好預(yù)混的空氣，在壓縮行程快結(jié)束時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與傳統(tǒng)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)非常類(lèi)似的自燃著火，之后產(chǎn)生燃燒現(xiàn)象在著火之前，開(kāi)啟火花輔助引燃，可以將汽油壓燃以及控制穩(wěn)定性難的問(wèn)題進(jìn)行解決[5]。

借助壓燃，可以在非常稀的混合氣氛當(dāng)中，使燃燒實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性，在一些負(fù)荷作用下，將傳統(tǒng)汽油機(jī)節(jié)氣門(mén)部分導(dǎo)致的泵氣損失消除。此外，稀釋混合器還能將燃燒溫度有效降低，使工質(zhì)比熱比提升，進(jìn)而使熱損失有所下降，且會(huì)將NOX原始排放大幅度減少，常用工況實(shí)現(xiàn)壓燃，可以有效提升熱效率，進(jìn)而將經(jīng)濟(jì)油耗運(yùn)行區(qū)間顯著增大[6]。

2.7 停缸技術(shù)

在之前發(fā)動(dòng)機(jī)還只對(duì)化油器機(jī)械供油進(jìn)行使用的時(shí)代，對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的使用，存在非常多的困難，但因?yàn)橹鸩狡占傲穗妵娂夹g(shù)，所以斷缸已經(jīng)非常容易，工程師需要將發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸進(jìn)行劃分，其一為常工作部分，其二為間歇工作部分。在負(fù)荷比較低時(shí)，停止運(yùn)行間歇工作的一組氣缸，將常工作汽缸的負(fù)荷率逐步加大，使其在中、大負(fù)荷經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中得到保持，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)油的目的。發(fā)動(dòng)機(jī)在停缸之后，燃燒室總表面積的減少，可將燃燒過(guò)程的傳熱損失降低，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)熱效率提升，這也是停缸節(jié)油的關(guān)鍵性因素。當(dāng)前，在V6以及V8大排量發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中，對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的使用非常多[7]。

3 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析

在社會(huì)逐步進(jìn)步以及發(fā)展的今天，科學(xué)力量的提升促進(jìn)了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排的效果，同時(shí)也開(kāi)始面向網(wǎng)聯(lián)化以及智能化的方向發(fā)展，之后采用的發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排技術(shù)可能不會(huì)對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用，會(huì)利用智能化硬件將現(xiàn)有技術(shù)的某些復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行替換。此外，智能化設(shè)備會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中采集各項(xiàng)數(shù)據(jù)，從而開(kāi)展精準(zhǔn)的調(diào)控以及決策，盡全力降低發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放量。通過(guò)網(wǎng)聯(lián)化，可以借助互聯(lián)網(wǎng)分析大數(shù)據(jù)信息，在明確汽車(chē)的位置和路況之后，將信息第一時(shí)間反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)的決策系統(tǒng)，開(kāi)展分析計(jì)算，通過(guò)最終的結(jié)果對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的一些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)排量減小的目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，理想的燃油經(jīng)濟(jì)性能、較低的尾氣排放水平，是時(shí)代發(fā)展針對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)提出的全新要求。當(dāng)前對(duì)于節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多，但還有很多不足之處，需要在使用時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷完善，通過(guò)智能化和網(wǎng)聯(lián)化的充分應(yīng)用，使汽車(chē)節(jié)能減排，進(jìn)而開(kāi)啟全新的時(shí)代。

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