淺談汽車發動機的節能減排技術

畢鴻戈

摘要：隨著世界各地汽車數量的增加，環境污染問題迫切需要解決。節能減排，提高發動機的能量利用率，已經成為這個時代對現代汽車的新要求。可變壓縮比技術（VCR）、可變氣缸技術（VCM）和燃料分層噴射（FSI）可以在一定程度上提高燃料經濟性和減少廢氣排放。

關鍵詞：汽車;發動機;排放污染;節能減排技術;

目前世界汽車保有量正以每年九千萬輛的速度遞增，2020年世界汽車保有量將增至15億輛。隨著汽車保有量的持續增加，排放污染給生態環境帶來了嚴重威脅，同時也危害人類身體健康。

一、汽車發動機尾氣排放的危害

燃油汽車以石油產品作為動力能源。如果燃油能夠得到充分燃燒，那么就只會產生少量有害氣體，汽車尾氣排放的危害程度低;但如果燃油燃燒不夠充分，就會產生有害氣體（二氧化硫、一氧化碳、含氮化合物等）和微粒。這些有害物質不僅刺激人類器官，導致頭疼、眩暈，甚至是癌癥，而且增加大氣污染，破壞生態環境平衡。日常生活中遇見的酸雨，PM2.5急劇升高、霧霾天氣等，都是與汽車尾氣排放污染密切相關。

二、汽車發動機節能減排技術的研究背景及發展現狀

近年來我國的空氣污染問題日趨嚴重。根據中國社會科學院和中國氣象局發布的數據來看，近幾十年來我國部分地區霧霾天氣總體呈上升趨勢，持續性的霧霾天氣現象顯著增加。而引發這些問題的源頭都與汽車的燃油經濟利用率和尾氣排放有著密不可分的聯系。而且這些問題對于我國這樣一個汽車大國來說已經成為了不得不面對的嚴峻挑戰。所以如何采取一些有效的措施去處理好汽車與能源、環保、安全等問題之間的關系，成為了這個時代的一個挑戰。故而，有關汽車發動機節能減排技術的研究與應用對于緩解當下形勢顯得尤為重要起來。就現階段來看，在市場上應用比較廣泛的發動機節能減排技術主要有可變氣缸技術（VCM）、可變壓縮比技術（VCR）、燃油分層噴射技術（FSI）、可變配氣技術（VVT）等。這些技術基本上都是利用發動機的參數變化控制技術來使汽車發動機在不同工況下盡可能地達到其最佳的工作性能，提高燃油的經濟性，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能減排的發動機技術進行重點分析。

三、降低汽車發動機排放的技術

汽車行業相關人員為減少排放而研發降低發動機排放技術，改進發動機自身性能，進行尾氣凈化和處理，改善燃料的品質或者使用一些清潔能源代替石油燃料。

1.提高發動機燃油技術。汽車在運行過程中，發動機的負荷沒有完全運作起來，產生較大的額外功，從而出現大量的能量浪費。更嚴重的是，這種機械損失會受進氣等條件的影響，造成更大的浪費。一方面，這不利于汽車自身的機械運行，降低了燃油經濟性;另一方面，額外功所消耗的燃料會造成大量的尾氣，不利于汽車實現減排的目標。因此需要提升發動機燃油技術。利用發動機自動啟停技術，汽車在臨時停車（例如等紅燈）的時候，發動機自動熄火，當需要繼續前進的時候，重啟發動機。這樣可以減少額外功，降低燃油消耗，實現減排。

2.優化電控系統。有害廢氣中大部分是由于汽油未充分燃燒形成的，可以從供油系統方面著手，使燃料充分燃燒。在汽車行業中，電控噴油技術替代了化油器供油，不但精確度高于原來的供油系統，而且根據汽車在各個狀態下的傳感器信息，及時定量的完成噴油，保證燃燒室內各氣體混合均勻，汽油濃度趨于一個比較理想的狀態。結合可變配氣機構，稀薄燃燒、缸內直噴等技術，電控系統提高了發動機效率，改善了燃油經濟性，降低了排放污染。

3.提高汽油質量。汽車發動機的工作過程，其實也就是發動機內部汽油氧化反應的放能過程。除了改善發動機技術手段之外，還需要從汽油本身著手，去除汽油中不必要的雜質，提高汽油的質量，實現控制排放的目的。汽油的成分復雜，含多種有機物，首先是硫的含量，含硫物質在燃燒后產生的二氧化硫，危害甚大，一般采用加氫脫硫技術進行脫硫，保證脫硫率大于95%;其次是苯等芳香烴，烯烴和一些含氮的物質。這些物質，一是本身有害的物質，二是不能徹底燃燒的物質，因此必須得到嚴格的控制。國Ⅴ排放標準將在全國范圍全面實行，所有制造、進口、銷售和注冊登記的輕型汽油車、重型柴油車，須符合國V標準要求;與此同時，車用燃油也將進行油品升級，93#、97#汽油將會被92#、95#汽油全面替代。而北京市采用第六階段汽油標準，預計使用第六階段油品后，汽油車顆粒物排放降幅達10%，非甲烷有機氣體和氮氧化物能夠達到8-12%的排放削減率;柴油車氮氧化物下降4.6%，顆粒物下降9.1%，總碳氫化合物下降8.3%，一氧化碳下降2.2%。可見，提高汽油質量在環保方面的成效非常顯著。

4.使用新型能源。新能源是近年來的熱門話題，取得了非常顯著的成就。汽車作為現代工業的一個代表，要想繼續發展下去，就應該積極適應新能源技術，這是現在的一個發展趨勢，也是將來的一個必然結果。新能源汽車補貼新政、新能源汽車碳配額管理、新能源汽車生產準入新規、動力電池行業新規的出臺，將會帶動新能源汽車的快速發展。（1）烴類液體燃料。烴類液體燃料所含的雜質較少，產生的有害氣體也較少，它不含硫，不會產生含硫的有害氣體，對提高空氣質量，減少酸雨來說，有非常大的幫助，它的產物主要就是二氧化碳和水，是一種較為理想的能源。此外，它適合我國的國情，我國天然氣儲量豐富，煤炭資源居世界前列，這些都可以用來合成這類燃料的原材料，可以極大程度上降低對石油的需求。所以說我國使用這類烴類液體燃料代替石油是非常有必要的，它不僅僅是解決尾氣排放的一種方式，而且對我們國家本身的經濟發展和解決能源需求都是十分有必要的。（2）替代燃料。替代燃料是指使用一些清潔的能源代替原來的石油燃料，主要有液化氣、壓縮天然氣，和醇類等，這類燃料燃燒主要產物就是二氧化碳和水，是理想的能源。目前，這些燃料在我國已經有相當廣泛地應用，尤其是近幾年來，在國家政策的鼓勵下，已經有越來越多的汽車選擇使用這類燃料。很多城市的公交車，出租車都選用這樣的新能源車型，其推廣力度還在加大，相信在未來會有更廣闊的市場。（3）電能。汽車使用電能代替原有的石油能源。作為儲能的動力電池，如鋰電池、三元電池，已經被整車廠用來生產純電動和混合動力車輛。雖然電動續航里程小，動力電池成本高，但純電動和混合動力車發展前景非常可觀，一旦動力電池技術成熟，將徹底解決汽車的排放污染問題。現在仍需加大動力電池的研發，降低材料成本，提高電池能量密度，從而增加電動續航里程、減少電池重量和百公里耗電量，提高經濟性。相對于其他種類的能源，電能主要有以下優點：電能環保清潔，幾乎沒有任何污染;電能作為一種二次能源，其來源廣泛，尤其是在我國先后幾大水利工程的建成后，電能相對于石油或者其它存儲能源來說，代價相對要小很多，而且太陽能、風能也都能轉化為電能;電能便于運輸和儲存，電網一旦建成后，電能便能源源不斷的輸送到各個地方，相比于石油資源，運輸存儲方面要方便的多;電能的轉化率高，符合可持續發展的戰略要求。隨著電能發展，充電樁建設、快速充電技術也是提高電能利用率的必要環節。

總之，隨著環境污染問題越來越嚴重，社會和國家越來越重視大氣污染和全球變暖問題，而汽車發動機排放是環境污染之一。降低發動機排放技術的研究必是汽車行業的重中之重，只有做好減排工作，才能降低環境污染，維護人民的身體健康，保護好人類賴以生存的家園。這是國家政策的需求，也是我們應該履行的義務。

參考文獻：

[1]劉偉，等.淺談汽車發動機的節能減排技術研究.2019.

[2]張海波.車用發動機技術研發現狀及其未來發展趨勢.2018.

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