汽车发动机的节能减排技术分析

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  摘 要:当前全球变暖等环境问题越来越严重,以至于各个国家都将节能环保力度逐步加大,其中能源消耗问题、环境污染问题、气候变化问题等,对汽车产业带来的压力是巨大的。所以,需要全面实施节能减排计划。因此,本文针对汽车发动机的节能减排技术做出了进一步探究。
  关键词:汽车发动机 节能减排 技术
  站在汽车行业分析,为了迎合社会的发展需求,需要将环保型汽车的开发以及研究力度加大,借助发动机节能技术的研发,使得汽车的能量消耗以及污染物排放量降低,这也是汽车行业实现可持续发展的关键措施。因此,需要在行业发展中,积极贯彻环保等节能理念。本文针对汽车发动机的节能减排技术给出了如下分析。
  1 汽车能源消耗与排气污染分析
  根据相关数据统计分析,我国的机动车辆成品油年产量的50%以上都为消耗的燃油和机油数量,在这些排放车辆当中,大概有70%都属于高污染物以及高能耗的车辆,尾气排放量每年会超过1.8亿吨。城市当中产生的各类污染物,机动车辆排气污染大约占据了70%左右,单车污染排放水平大概为美国的2倍到10倍,是日本的15倍以上。我其中NOX大约占据40%,CO对空气产生的污染大约占据80%,所以居民的生活质量受到汽车尾气的污染非常严重。从另一角度来说,我国对于石油能源消耗量非常大,进口依存度已经达到了40%,其消耗量和进口量为世界第2位。因此,针对汽车节能减排措施的探究开展非常关键[1]。
  2 发动机节能方法分析
  2.1 应用稀燃技术
  汽车发动机对稀燃技术的应用,在运行时会有空燃产生,此时对应一个理论空燃值。稀燃技术具体来说便是借助空然值的增加,使其大于理论空燃值,进而达到节能的目标。稀薄燃烧不但能够使燃烧更加充分,还可以将换气损失减少,并且该项技术还能将发动机的经济效率提高,并使发动机的排放量降低。稀薄燃烧将发动机燃烧经济性进行提升的关键性因素便是,因为稀混合气当中的汽油分子与空气中氧分子的接触机会更多,所以燃烧会更加充分和完全,通过稀混合气,因为气缸内没有较高的温度,且压力也比较低,所以不容易有爆燃出现,进而将热效率有效提升[2]。对于该项技术的实现,对于关键技术的总结,主要在三个层面,其一为高压缩比,其二为分层燃烧,其三为高能点火。目前,该项技术已经为气油机发动机满足45%以上热效率的重点技术。
  2.2 增压技术
  汽车发动机对于增压技术的使用,可以将发动机节能效果提升,是非常关键的技术之一,其中有两种不同的增压型式,一种为涡轮增压,一种为机械增压,其中涡轮增压的使用更为普遍,该项方法需借助涡轮增压器压缩空气,以便使进气量得到增加,运行的具体原理为发动机在运转时,会有相应的废气产生,借助这些废气惯性转动涡轮,对同轴的叶轮产生带动效果,进而压缩空气,将增压完成。最后,把空气送入到气缸当中,在不断提升发动机转速过程中,会增加送入气缸的空气量。借助大密度的空气压力,会更加彻底的将燃料燃烧,以便有更大的动力产生,使发动机的输出功率得到提升[3]。相比于普通的发动机,在发动机上将涡轮增压增加,可促进发动机的输出功率有所提升,大概可提升20%以上,并且相比于大排放的发动机,消耗能源会有所减少,但获得的动力却完全相当,所以使得能源消耗量有所降低,污染物排放减少,进而使汽车发动机更具经济性,其中涡轮增压的结构以及原理如图1所示。
  2.3 燃油掺水节油技术
  在汽车发动机当中,对于燃油掺水节能技术的应用,具体来说便是将一定量的水增加在汽车燃油当中,可以使燃油总量给予保证的前提下,将燃油产生的有害物质降低,并将烟雾的排放量减少,使其对空气不会产生较大的影响,实现节能减排的目标。
  2.4 可变进气歧管技术ECU
  该项技术也就是常说的电子控制单元,在日常生活中也将其称为车载电脑。汽车发动机在运行过程中,无论是转速还是负荷,都会有相应的变化产生,该项技术使用之后便是借助发动机的这一特征,将节能减排的目标实现,其中原理为汽车转速与负荷产生变化的过程中,会使气道长度发生一定程度的改变,进而增大转速或者降低负荷,气道的长度会有所增长,因此会增加进气流动的整体量,从而引发气流增速,在某种程度上,会显著提升充气效率,如果有相同的燃烧环境,会增大输出功率,并增加转矩。汽车发动机对于可变进气歧管技术的应用,主要有两种,一为可变进气共振技术,二为可变进气歧管长度,且这一技术在自然吸气汽油发动机当中的使用非常普遍[4]。
  2.5 可变压缩比技术
  该项技术能够对发动机高动力输出以及低油耗的发展目标给予满足,在高负荷区域对于低压缩比的应用,能够对爆震现象的发生产生抑制效果,进而使发动机外特性有所提升;在低负荷区域当中,对高压缩比的应用能够将发动机热效率提高,使油耗有所减少。将压缩比提高是将热效率进行提升的有效途径之一,提高压缩比,在外特征区域当中会出现爆震或者缸内压力过高,因此常规的定压缩比发动机,为对全工况不发生爆震给予保障,对于压缩比产生的限制会比较低,不能显著提升热效率,在某些负荷工作环境下,缸内的燃烧温度以及压力都会比较低。对比发生的爆震以及允许的最大缸压还有很多距离,这时将压缩比提高,便可以进一步改善热效率。
  2.6 汽油压燃技术
  对于该项技术的使用,为当前非常先进的一种燃烧技术,与汽油和柴油发动机技术融合之后,可以将各自的优势作用充分发挥,用工况可实现压燃提升热效率,并将经济油耗运行区间显著扩大。
  与以往使用的点燃式汽油机非常相似,汽油压燃发动机,在开始燃烧之前,會预混燃烧和空气之后,压缩好预混的空气,在压缩行程快结束时,会产生与传统压燃式发动机非常类似的自燃着火,之后产生燃烧现象在着火之前,开启火花辅助引燃,可以将汽油压燃以及控制稳定性难的问题进行解决[5]。
  借助压燃,可以在非常稀的混合气氛当中,使燃烧实现稳定性,在一些负荷作用下,将传统汽油机节气门部分导致的泵气损失消除。此外,稀释混合器还能将燃烧温度有效降低,使工质比热比提升,进而使热损失有所下降,且会将NOX原始排放大幅度减少,常用工况实现压燃,可以有效提升热效率,进而将经济油耗运行区间显著增大[6]。   2.7 停缸技术
  在之前发动机还只对化油器机械供油进行使用的时代,对于该项技术的使用,存在非常多的困难,但因为逐步普及了电喷技术,所以断缸已经非常容易,工程师需要将发动机气缸进行划分,其一为常工作部分,其二为间歇工作部分。在负荷比较低时,停止运行间歇工作的一组气缸,将常工作汽缸的负荷率逐步加大,使其在中、大负荷经济油耗区运转当中得到保持,进而实现节油的目的。发动机在停缸之后,燃烧室总表面积的减少,可将燃烧过程的传热损失降低,从而使发动机的循环热效率提升,这也是停缸节油的关键性因素。当前,在V6以及V8大排量发动机当中,对该项技术的使用非常多[7]。
  3 汽車发动机节能减排技术的未来发展趋势分析
  在社会逐步进步以及发展的今天,科学力量的提升促进了汽车发动机节能减排的效果,同时也开始面向网联化以及智能化的方向发展,之后采用的发动机节能减排技术可能不会对复杂的结构进行应用,会利用智能化硬件将现有技术的某些复杂结构进行替换。此外,智能化设备会在发动机当中采集各项数据,从而开展精准的调控以及决策,尽全力降低发动机的尾气排放量。通过网联化,可以借助互联网分析大数据信息,在明确汽车的位置和路况之后,将信息第一时间反馈给发动机的决策系统,开展分析计算,通过最终的结果对发动机的一些参数进行调整,实现排量减小的目标。
  4 结语
  总之,理想的燃油经济性能、较低的尾气排放水平,是时代发展针对汽车发动机提出的全新要求。当前对于节能减排技术的应用越来越多,但还有很多不足之处,需要在使用时总结经验,不断完善,通过智能化和网联化的充分应用,使汽车节能减排,进而开启全新的时代。
  参考文献:
  [1]韦邦暄,张世宇.浅谈汽车发动机的节能减排技术[J].时代汽车,2020(05):107-108.
  [2]伍赛特.汽车节能减排技术研究及展望[J].应用能源技术,2019(07):29-33.
  [3]王天强.节能减排汽车驾驶技术分析[J].科技创新与生产力,2018(12):37-38.
  [4]黄晓鹏,李占锋.汽车发动机新技术的应用及发展趋势[J].内燃机与配件,2016(08):137-138.
  [5]冯海涛.内燃机可持续发展及节能减排技术的研究与分析[J].辽宁科技学院学报,2015,17(02):10-11.
  [6]史琳芸.电子技术在汽车节能减排中的改进措施[J].电子质量,2014(08):48-50.
  [7]张海豪.关于汽车节能减排措施的几点思考[J].交通节能与环保,2014,10(01):37-39.
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