汽车发动机节能与环保技术的现状与发展

汽车发动机节能与环保技术的现状与趋势车辆工程1201201201040535长期以来，我国的汽车发动机以外资、合资品牌为主，自主品牌发展缓慢因历史原因，我国的汽车发动机生产起步晚，技术力量薄弱。虽然自主品牌乘用车发动机，尤其是轿车、微型车和商用车的发动机产销量出现了明显增长，市场份额不断扩大，但发动机的核心技术，如涡轮增压技术、燃油电喷技术、高压共轨技术等核心仍掌握在外资手中。目前国内外主流的节能技术有如下几种;1发动机稀燃技术也叫发动机稀薄燃烧技术，指采用发动机的实际空燃比远大于理论空燃比的情况下进行的具有良好动力性、经济性和排放行的燃烧技术。实现的技术途径：（1）实现稀燃混合气。实现稀燃混合气的措施有：使汽油充分雾化；采用结构紧凑的燃烧室；加快燃烧速度；提高点火能量；采用分层燃烧技术。（2）采用分层燃烧系统。主要有气道喷射稀燃系统和直接喷射稀燃系统。2发动机的增压技术对进入气缸的空气提前进行压缩，使单位时间进入燃烧室的新鲜空气量增多，增加发动机的充气效率，提高发动机的功率。3燃油掺水节油技术发动机采用掺水形成的乳化燃油，可以减少排气中的氮氧化合物等有毒成分、降低烟度减少污染，还能有效降低油耗，节约能源。4发动机可变气缸排量技术发动机在中低负荷情况下，使部分气缸停止工作，增加工作气缸的负荷率，使其工作点落入低燃油消耗率和低排放工作区域内，从而改善车辆的经济性和排放性能；当发动机需要大功率时，则让全部气缸工作，体现发动机的动力性。5发动机可变配气正时技术根据发动机转速和负荷的变化，适时调整配气相位和气门升程。6可变进气歧管技术ECU根据发动机转速和负荷的变化而改变进气道的长度，在高转速时使进气通道变短，减少进气流动损失，提高发动机的高速功率。在低转速和低负荷及起动情况使进气通道变长，管内空气流动的动能增加，导致进气流速加快，充气效率提高，在同样的燃烧条件下会获得更大的输出功率，增加转矩。可变进气歧管技术主要包括可变进气歧管长度和可变进气共振技术.。7可变压缩比技术采用可变压缩比技术对于自然吸气发动机，在部分负荷情况下压缩比可以设计高一些；对于增压发动机在增压压力比较低的低负荷情况下，适当降低压缩比，使压缩比随发动机负荷的变化连续调节，这样可以避免爆燃，又提高了在高压缩比情况下中低负荷的工作效率，增加了动力性能，提高了济性，保证了发动机工作效率的最大化。改变发动机压缩比的方法有改变燃烧室的容积和改变活塞行程。8汽油机燃油喷射与点火系统的电子控制技术在汽油机电控燃油喷射系统中，电控单元主要根据进气量确定基本的喷油量，再根据其他传感器信号对喷油量进行修正，使发动机在各种工况下均能获得最佳浓度的混合气，从而提高发动机的动力性、经济性和排放性；汽油机电控点火系统（ESA）根据相关传感器信号，判断发动机的运行工况和运行条件，选择最佳的点火提前角点燃可燃混合气，从而改变发动机的燃烧过程，实现发动机动力性、经济性和排放性的提高。汽车发动机节能与环保技术的现状与趋势9柴油机燃油喷射系统的电子控制技术在柴油机电控燃油喷射系统中，ECU主要根据发动机转速和负荷信号来确定基本供油量和供油正时，再根据其他传感器信号进行修正。10陶瓷发动机为了减小发动机能量损失中占绝大部分的冷却损失和排气损失，一般采用取消或部分取消冷却系统的方法，并使用陶瓷等耐高温、耐磨损、耐腐蚀、重量轻和强度高等特点的隔热材料或其他方法减少燃烧室内热量的散失，使发动机在更高的工质温度下工作；利用排气能量。11均质压燃技术它是通过燃料与空气形成预混合气被活塞压缩、自然着火的燃烧过程。它结合了传统压燃式柴油机和火花点燃式汽油机的优点，可以实现与柴油机相当的高热效率和汽油机的无碳烟排放，同时由于是稀混合气燃烧，NOx排放也极低，因此HCCI被认为是最有潜力的高效清洁内燃机替代燃烧技术，从而受到越来越多的重视。从目前的资料来看，均质压燃是一个良好的发展趋势。“均质压燃”燃烧理论也被认为是新一代内燃机燃烧理论的代表。研究发现这一燃烧方式的燃烧过程主受化学反应动力学所控制，因此它的着火时刻和燃烧反应速度控制困难；其次，这一燃烧方式只能在较窄的工况范围内运行，混合气过稀或高辛烷值燃料在小负荷和怠速工况下容易“失火”，而在大负荷工况下则容易出现“爆震燃烧”（尤其是高十六烷值燃料），因此其运行工况范围需要向大负荷和小负荷工况扩展[10]。此外，在这一燃烧方式中，废气再循环成为燃烧过程中最重要的燃烧控制手段，高辛烷值燃料需要通过残余废气提高混合气的温度使其能够压燃着火，而高十六烷值燃料则需要采用外部冷却废气稀释降低燃烧反应速度，并且废气的稀释可以降低燃烧火焰温度，从而抑制NOx生成。无疑，先进的发动机技术在汽车节能、环保技术开发中起着关键的决定性的作用。纵观世界汽车产品技术的发展态势，汽车发动机技术正以优异的性能，更好的经济性和动力性为方向得到日益广泛的重视和发展，各种轻量化安全性高性能高环保低油耗的发动机将更加适应社会的发展，将成为发动机发展的主流方向。