車用汽油機(jī)節(jié)能減排先進(jìn)技術(shù)研究

車用汽油機(jī)節(jié)能減排先進(jìn)技術(shù)研究 摘 要：隨著環(huán)保要求的提高、能耗法規(guī)的加嚴(yán)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行研究應(yīng)用顯得至關(guān)重要。文章主要闡述了車用汽油機(jī)節(jié)能減排先進(jìn)技術(shù)，包含燃燒技術(shù)、電控技術(shù)、換氣技術(shù)和熱管理技術(shù)等。根據(jù)研發(fā)機(jī)型需求采用最優(yōu)先進(jìn)技術(shù)配置，是實(shí)現(xiàn)當(dāng)前和未來一段時(shí)間內(nèi)節(jié)能與環(huán)保的有效措施。關(guān)鍵詞：汽油機(jī);先進(jìn)技術(shù);油耗;排放前言汽車行業(yè)的快速發(fā)展和大量汽車的持續(xù)應(yīng)用，已經(jīng)引發(fā)了全球嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源短缺問題，各國政府及汽車企業(yè)對(duì)此非常重視，美國、歐洲、日本等分別用法規(guī)強(qiáng)制限制了汽車的排放和油耗。我國已于2016年12月23日，由環(huán)境保護(hù)部和國家質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布了輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)，簡稱"國六"，要求自2020年7月1日起，所有銷售和注冊登記的輕型車應(yīng)符合該標(biāo)準(zhǔn)的要求1;工信部于2017年9月27日公布了乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法2，自2018年4月1日起實(shí)施。這一系列政策的出臺(tái)和實(shí)施，進(jìn)一步對(duì)汽車行業(yè)的節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)步提出了更高的要求，解決當(dāng)前能源與環(huán)境問題，對(duì)其先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行研究和應(yīng)用顯得至關(guān)重要。為了適應(yīng)節(jié)能、環(huán)保等的總體需求，汽油機(jī)廣泛應(yīng)用各種先進(jìn)技術(shù)，包括燃燒技術(shù)、電控技術(shù)、換氣技術(shù)、熱管理技術(shù)等，以滿足市場需求。1 先進(jìn)燃燒技術(shù)由于燃燒過程占整個(gè)循環(huán)過程的時(shí)間非常短，故我們要求發(fā)動(dòng)機(jī)工質(zhì)的燃燒一定要及時(shí)和完全，使得發(fā)動(dòng)機(jī)具有較好的經(jīng)濟(jì)性和排放性2。目前，先進(jìn)燃燒控制技術(shù)主要應(yīng)用高壓縮比、阿特金森循環(huán)/米勒循環(huán)等。1.1 高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比對(duì)其性能有多方面的影響。壓縮比越高，發(fā)動(dòng)機(jī)可以更好地利用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的作功特點(diǎn)、在做功行程用同樣數(shù)量的燃油可以爆發(fā)出更大的功率，相應(yīng)熱效率越高，但發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比過高容易產(chǎn)生爆震。因此，如何在預(yù)防爆震的情況下，最大限度地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，進(jìn)而提高熱效率成為現(xiàn)在很多廠商研究的重點(diǎn)。如，大眾EA211 1.5TSI發(fā)動(dòng)機(jī)通過可變截面增壓器的調(diào)節(jié)，提高增壓壓力，從而保持進(jìn)排氣壓差大于0，以降低殘余廢氣量，抑制爆震，讓發(fā)動(dòng)機(jī)工作在12.5：1的高壓縮比下，使其熱效率達(dá)37.5%;而日產(chǎn)2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)在傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部，增加了一套復(fù)雜的連桿機(jī)構(gòu)，通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)活塞行程，實(shí)現(xiàn)壓縮比在8：1至14：1之間調(diào)節(jié)，使其最高熱效率能夠到達(dá)39%，有效提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。1.2 阿特金森循環(huán)/米勒循環(huán)目前市場上超過90%汽油機(jī)都使用的是奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒包括四個(gè)沖程(進(jìn)氣-壓縮-做功-排氣)。為了提高奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，最直接的方法就是提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，但壓縮比并不能無限提升，會(huì)受到爆震、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等因素限制。而阿特金森循環(huán)/米勒循環(huán)最明顯的特征就是壓縮行程短，膨脹行程長。目前發(fā)動(dòng)機(jī)普遍具備可變氣門正時(shí)技術(shù)VVT，通過控制進(jìn)氣門早關(guān)或晚關(guān)，使實(shí)際壓縮比小于幾何壓縮比，氣缸內(nèi)沒有那么多混合氣體，從而降低實(shí)際的壓縮比，膨脹比大于壓縮比，延長作功行程，充分利用燃燒后的廢氣能量，提高熱效率。2 先進(jìn)電控技術(shù)提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃效，降低排放，除了先進(jìn)的燃燒技術(shù)，還應(yīng)精確控制和優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的電控技術(shù)，當(dāng)前，除高壓噴射外，多次噴射和組合噴射等在先進(jìn)機(jī)型中已逐漸受到大部分廠商的青睞。2.1 高壓噴射高壓噴射使得燃油霧化效果更佳，氣體顆粒體積更小，使得噴射等量的燃油與空氣接觸的表面積更大。大部分主流的直噴發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射壓力都在200-250bar左右，也有比較先進(jìn)的機(jī)型高達(dá)350bar，如此高的燃油噴射壓力可以很好的提升燃油霧化效果，使得燃油和空氣混合得更好，燃燒反應(yīng)更充分3。最終，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和燃油經(jīng)濟(jì)性都得到提升，同時(shí)降低了顆粒物的排放量。2.2 多次噴射、組合噴射多次噴射即根據(jù)燃燒需求，在不同工況下控制噴油器進(jìn)行一次或者多次缸內(nèi)直噴的情況;組合噴射技術(shù)即采用缸內(nèi)直噴與歧管噴射的雙噴射技術(shù)4。由于進(jìn)氣道噴射和缸內(nèi)直噴針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況各有利弊，若能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)所處狀態(tài)巧妙進(jìn)行組合噴射，對(duì)改善油耗和排放顯得很有意義。一方面，可以兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下的效率，另一方面，可以降低排放，滿足日益苛刻的排放法規(guī)。如，大眾EA888第三代發(fā)動(dòng)機(jī)為了降低碳煙排放、改善油耗降低爆震趨勢，采用組合噴射和多次噴射技術(shù)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于熱怠速或者低速小負(fù)荷時(shí)，缸內(nèi)氣體流動(dòng)特性較差，溫度低，燃油霧化效果較差，采用氣道噴射工作模式，使燃油在歧管內(nèi)蒸發(fā)霧化后與空氣充分混合進(jìn)入缸內(nèi)燃燒，改善燃燒性能，使得降低排放、效率更高;當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)或中低速大負(fù)荷時(shí)，使用缸內(nèi)多次噴射方式來工作，實(shí)現(xiàn)均質(zhì)稀燃，改善油耗和排放;在中高負(fù)荷，缸內(nèi)氣體流動(dòng)加強(qiáng)，切換為缸內(nèi)單次噴射，精確控制燃油，燃油霧化更加精致，提高發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)，可以有效降低缸內(nèi)溫度，提高充氣效率，從而提高汽油機(jī)的動(dòng)力性，且同時(shí)降低爆震趨勢。若兩種噴油系統(tǒng)的一種出現(xiàn)故障，則另一種系統(tǒng)將會(huì)執(zhí)行應(yīng)急運(yùn)行功能，保證車輛仍能正常行駛。3 先進(jìn)換氣技術(shù)換氣系統(tǒng)將合適質(zhì)量、溫度、成分和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的充量提供給發(fā)動(dòng)機(jī)，換氣系統(tǒng)的性能相當(dāng)大程度決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能5。為了適應(yīng)車用發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況，各種先進(jìn)換氣技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，包含可變進(jìn)氣歧管、可變氣門正時(shí)、可變氣門升程、廢氣再循環(huán)、停缸技術(shù)等。3.1 可變進(jìn)氣歧管為了提高充氣效率，在汽油機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)更有效地利用進(jìn)氣慣性效應(yīng)，達(dá)到改善發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性的目的。在汽油機(jī)上應(yīng)用較多的有可變進(jìn)氣管長度、可變進(jìn)氣容積腔和可變進(jìn)氣道等5。3.2 可變氣門正時(shí)目前，可變氣門正時(shí)技術(shù)已在發(fā)動(dòng)機(jī)上得到廣泛應(yīng)用，分為進(jìn)氣VVT、排氣VVT、進(jìn)排氣同時(shí)調(diào)節(jié)VVT和進(jìn)排氣獨(dú)立調(diào)節(jié)VVT5，在不同發(fā)動(dòng)機(jī)上可變氣門正時(shí)的應(yīng)用，能在不同轉(zhuǎn)速下優(yōu)化缸內(nèi)氣流，特別可在部分負(fù)荷下改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率和性能。推薦閱讀：汽車運(yùn)輸從讀者需要出發(fā)，為振興交通服務(wù);替作者傳播知識(shí)、施展才華、介紹經(jīng)驗(yàn)、交流信息創(chuàng)造條件;為讀者提高技術(shù)、增長才干、豐富人生、擴(kuò)大眼界提供方便。辦刊理念：以質(zhì)量求生存，靠拼搏圖發(fā)展，憑智慧創(chuàng)輝煌，用誠信走天下。