淺談汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能減排技術(shù)

沈德英 隋國亮

摘 ?要：環(huán)境保護(hù)問題是當(dāng)今人類面臨的最為緊迫的問題之一，全球變暖問題使得各個(gè)國家都加大了節(jié)能環(huán)保力度，能源消耗、環(huán)境污染以及氣候變化給汽車產(chǎn)業(yè)帶來的壓力日益加劇，對于汽車行業(yè)來說，要想適應(yīng)社會(huì)發(fā)展趨勢，也需要加強(qiáng)環(huán)保型汽車的開發(fā)與研究，通過使用發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)來降低汽車的能量消耗與污染物排放量，是當(dāng)前汽車行業(yè)貫徹環(huán)保、節(jié)能理念的重要舉措。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動(dòng)機(jī);節(jié)能;減排;技術(shù)

引言

當(dāng)前，防止全球變暖有賴于減少全球范圍內(nèi)的溫室氣體的排放，而發(fā)動(dòng)機(jī)在行駛過程中的二氧化碳排放無疑是世界溫室氣體的重要組成部分。發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī)的低碳技術(shù)迫在眉睫，基于此，本文主要對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能減排技術(shù)作具體論述，希望通過本文的分析研究，給行業(yè)內(nèi)人士以借鑒和啟發(fā)。

1汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放危害

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放危害主要涉及到以下方面具體內(nèi)容：社會(huì)汽車擁有量的持續(xù)增加，人們對于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放問題的重視程度不斷提升，如何選擇合理技術(shù)降低汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放量成為主要目標(biāo)。在汽車設(shè)計(jì)和研發(fā)中，應(yīng)該對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能環(huán)保問題予以高度關(guān)注和重視，并尋求清潔能源來替代傳統(tǒng)能源，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。諸如，混合動(dòng)力車、電動(dòng)汽車和電池車等新興汽車逐漸涌現(xiàn)，開始進(jìn)入到人們的視野中。但是，當(dāng)前控制技術(shù)還不夠成熟，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放降低程度還不足，對于人類身體健康仍然存在一定威脅。所以，相關(guān)工作人員應(yīng)該加強(qiáng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排技術(shù)研究和完善，提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能的同時(shí)，降低尾氣排放量。燃油汽車主要是以通過燃油的燃燒為汽車行駛提供動(dòng)力支持，但是燃油燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生部分有害氣體，降低汽車尾氣排放有害程度。但是，燃油燃料不充分，進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸后與空氣接觸，會(huì)產(chǎn)生混合燃燒反應(yīng)，將會(huì)產(chǎn)生一氧化碳、二氧化硫以及含氮化合物等有害氣體，排放到空氣中產(chǎn)生嚴(yán)重的污染，出現(xiàn)酸雨問題，威脅到人類身體健康。

2汽車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排技術(shù)的研究背景及發(fā)展現(xiàn)狀

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排技術(shù)的研究背景及發(fā)展現(xiàn)狀主要涉及到以下方面內(nèi)容：近年來我國的空氣污染問題日趨嚴(yán)重。根據(jù)中國社會(huì)科學(xué)院和中國氣象局發(fā)布的數(shù)據(jù)來看，近幾十年來我國部分地區(qū)霧霾天氣總體呈上升趨勢，持續(xù)性的霧霾天氣現(xiàn)象顯著增加。而引發(fā)這些問題的源頭都與汽車的燃油經(jīng)濟(jì)利用率和尾氣排放有著密不可分的聯(lián)系。而且這些問題對于我國這樣一個(gè)汽車大國來說已經(jīng)成為了不得不面對的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。所以如何采取一些有效的措施去處理好汽車與能源、環(huán)保、安全等問題之間的關(guān)系，成為了這個(gè)時(shí)代的一個(gè)挑戰(zhàn)。故而，有關(guān)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排技術(shù)的研究與應(yīng)用對于緩解當(dāng)下形勢顯得尤為重要起來。就現(xiàn)階段來看，在市場上應(yīng)用比較廣泛的發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排技術(shù)主要有可變氣缸技術(shù)（VCM）、可變壓縮比技術(shù)（VCR）、燃油分層噴射技術(shù)（FSI）、可變配氣技術(shù)（VVT）等。這些技術(shù)基本上都是利用發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)變化控制技術(shù)來使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下盡可能地達(dá)到其最佳的工作性能，提高燃油的經(jīng)濟(jì)性，減少尾氣排量。本文，將主要對可變壓縮比、可變氣缸、燃油分層噴射這三種節(jié)能減排的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)分析。

3汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能減排技術(shù)

3.1汽車發(fā)動(dòng)機(jī)采用增壓技術(shù)增壓技術(shù)是提高發(fā)動(dòng)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能減排技術(shù)之一是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)采用增壓技術(shù)增壓技術(shù)是提高發(fā)動(dòng)。增壓技術(shù)是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能效果的重要技術(shù)之一，它包括兩種增壓方法，一種是渦輪增壓，另一種是機(jī)械增壓，常用的是渦輪增壓。該方法主要是利用渦輪增壓器來將空氣進(jìn)行壓縮，以此來增加進(jìn)氣量。具體的運(yùn)行原理是：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生一定的廢氣，利用這些廢氣的慣性來使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，與此同時(shí)帶動(dòng)同軸的葉輪進(jìn)行空氣的壓送，以完成增壓，并將空氣送入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不斷提高時(shí)，送入氣缸的空氣量就會(huì)隨之增多，在大密度的空氣壓力下，燃料燃燒將更加徹底，這就會(huì)產(chǎn)生更大的動(dòng)力，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。與普通發(fā)動(dòng)機(jī)相比，通過在發(fā)動(dòng)機(jī)上增加渦輪增壓器可使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率提高至少20%，并且與大排量的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，其消耗的能源更少，但獲得的動(dòng)力卻相當(dāng)，在很大程度上降低了能源消耗，減少了污染物的排放，提高了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。

3.2優(yōu)化燃燒系統(tǒng)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能減排技術(shù)之二是優(yōu)化燃燒系統(tǒng)。為進(jìn)一步降低燃油消耗，對車用內(nèi)燃機(jī)采用均質(zhì)燃燒和稀薄燃燒等技術(shù)可謂勢在必行。其目的是不斷降低發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)內(nèi)污染物排放，而并非僅僅依賴廢氣后處理系統(tǒng)來降低排放，因?yàn)椴捎么祟愅獠肯到y(tǒng)會(huì)顯著增加燃油消耗。目前可通過兩種方式來降低點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的排放：（1）在點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃燒過程類似于在燃燒室內(nèi)使用稀薄和均質(zhì)的燃油混合氣的先進(jìn)的壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。這項(xiàng)技術(shù)被稱作“可控自燃”（CAI）。（2）在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃燒過程類似于使用高壓燃油噴射和高廢氣再循環(huán)率的先進(jìn)的點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。這項(xiàng)技術(shù)被稱作“均質(zhì)壓燃”（HC-CI）。采用CAI和HCCI技術(shù)，可大幅降低顆粒物排放。與采用傳統(tǒng)高壓噴射的壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)相比較，NOx排放量可降低4%，而燃油耗則可降低5%。其弊端則是在較低負(fù)荷時(shí)的CO和HC排放較高。改進(jìn)的措施有改進(jìn)燃燒室形狀、控制燃燒、優(yōu)化噴射以及采用可控制廢氣再循環(huán)系統(tǒng)等。

3.3排氣系統(tǒng)中的熱能回收與降噪處理

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能減排技術(shù)之三是排氣系統(tǒng)中的熱能回收與降噪處理。排氣系統(tǒng)的主要任務(wù)是降低廢氣中的污染物濃度。依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣后處理系統(tǒng)不僅排出廢氣，同時(shí)還需回收能量。由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生及來自排氣系統(tǒng)的空氣傳播的噪聲是有害的。廢氣后處理系統(tǒng)還需通過消聲器來降低噪聲。目前，提高廢氣后處理系統(tǒng)效率的基本方法有三種：（1）減少發(fā)動(dòng)機(jī)原始排放物中的顆粒物;（2）將微粒過濾器與NOx還原催化劑組合;（3）開發(fā)可以頻繁加熱和具有較好耐久性的微粒過濾器。

4汽車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排技術(shù)的未來發(fā)展趨勢主要涉及到以下方面內(nèi)容：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在節(jié)能減排方面可能朝著智能化和網(wǎng)聯(lián)化的方向發(fā)展。未來的發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可能不再需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來滿足，智能化的硬件設(shè)備將代替之前這些技術(shù)中的某些復(fù)雜結(jié)構(gòu)。同時(shí)這些智能化的設(shè)備也會(huì)通過從發(fā)動(dòng)機(jī)中采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來進(jìn)行更精確的決策和調(diào)控，使發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放量盡可能降到最低。而網(wǎng)聯(lián)化則可以通過互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的分析，在實(shí)時(shí)地獲取汽車所在的地理位置及這個(gè)位置的路況信息之后，及時(shí)地反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)決策系統(tǒng)進(jìn)行分析計(jì)算，最終根據(jù)計(jì)算結(jié)果及時(shí)地調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的某些參數(shù)來實(shí)現(xiàn)減少排量。

結(jié)語

總之，為了迎合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)，推動(dòng)降低汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展，在滿足汽車發(fā)展需要的同時(shí)，盡可能降低對環(huán)境的污染和破壞，為人們營造健康的生活環(huán)境。

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