首页
杂志网
当前位置:首页>>电工技术>车用汽油机节能减排先进技术研究>正文

车用汽油机节能减排先进技术研究

来源:杂志发表网时间:2019-07-06 所属栏目:电工技术

  

  摘 要:随着环保要求的提高、能耗法规的加严,对发动机先进技术进行研究应用显得至关重要。文章主要阐述了车用汽油机节能减排先进技术,包含燃烧技术、电控技术、换气技术和热管理技术等。根据研发机型需求采用最优先进技术配置,是实现当前和未来一段时间内节能与环保的有效措施。

  关键词:汽油机;先进技术;油耗;排放

汽车工业论文

  前言

  汽车行业的快速发展和大量汽车的持续应用,已经引发了全球严重的环境污染和能源短缺问题,各国政府及汽车企业对此非常重视,美国、欧洲、日本等分别用法规强制限制了汽车的排放和油耗。我国已于2016年12月23日,由环境保护部和国家质检总局联合发布了《輕型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》,简称“国六”,要求自2020年7月1日起,所有销售和注册登记的轻型车应符合该标准的要求[1];工信部于2017年9月27日公布了《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》[2],自2018年4月1日起实施。这一系列政策的出台和实施,进一步对汽车行业的节能减排技术进步提出了更高的要求,解决当前能源与环境问题,对其先进技术进行研究和应用显得至关重要。

  为了适应节能、环保等的总体需求,汽油机广泛应用各种先进技术,包括燃烧技术、电控技术、换气技术、热管理技术等,以满足市场需求。

  1 先进燃烧技术

  由于燃烧过程占整个循环过程的时间非常短,故我们要求发动机工质的燃烧一定要及时和完全,使得发动机具有较好的经济性和排放性[2]。目前,先进燃烧控制技术主要应用高压缩比、阿特金森循环/米勒循环等。

  1.1 高压缩比

  发动机压缩比对其性能有多方面的影响。压缩比越高,发动机可以更好地利用活塞式发动机的作功特点、在做功行程用同样数量的燃油可以爆发出更大的功率,相应热效率越高,但发动机压缩比过高容易产生爆震。因此,如何在预防爆震的情况下,最大限度地提高发动机的压缩比,进而提高热效率成为现在很多厂商研究的重点。

  如,大众EA211 1.5TSI发动机通过可变截面增压器的调节,提高增压压力,从而保持进排气压差大于0,以降低残余废气量,抑制爆震,让发动机工作在12.5:1的高压缩比下,使其热效率达37.5%;而日产2.0T发动机在传统发动机的内部,增加了一套复杂的连杆机构,通过改变发动机活塞行程,实现压缩比在8:1至14:1之间调节,使其最高热效率能够到达39%,有效提高了发动机的热效率。

  1.2 阿特金森循环/米勒循环

  目前市场上超过90%汽油机都使用的是奥托循环发动机。奥托循环发动机的特点是发动机燃烧包括四个冲程(进气-压缩-做功-排气)。为了提高奥托循环发动机的效率,最直接的方法就是提高发动机的压缩比,但压缩比并不能无限提升,会受到爆震、结构强度等因素限制。而阿特金森循环/米勒循环最明显的特征就是压缩行程短,膨胀行程长。目前发动机普遍具备可变气门正时技术VVT,通过控制进气门早关或晚关,使实际压缩比小于几何压缩比,气缸内没有那么多混合气体,从而降低实际的压缩比,膨胀比大于压缩比,延长作功行程,充分利用燃烧后的废气能量,提高热效率。

  2 先进电控技术

  提高发动机燃效,降低排放,除了先进的燃烧技术,还应精确控制和优化发动机的电控技术,当前,除高压喷射外,多次喷射和组合喷射等在先进机型中已逐渐受到大部分厂商的青睐。

  2.1 高压喷射

  高压喷射使得燃油雾化效果更佳,气体颗粒体积更小,使得喷射等量的燃油与空气接触的表面积更大。大部分主流的直喷发动机燃油喷射压力都在200-250bar左右,也有比较先进的机型高达350bar,如此高的燃油喷射压力可以很好的提升燃油雾化效果,使得燃油和空气混合得更好,燃烧反应更充分[3]。最终,发动机的动力和燃油经济性都得到提升,同时降低了颗粒物的排放量。

  2.2 多次喷射、组合喷射

  多次喷射即根据燃烧需求,在不同工况下控制喷油器进行一次或者多次缸内直喷的情况;组合喷射技术即采用缸内直喷与歧管喷射的双喷射技术[4]。由于进气道喷射和缸内直喷针对发动机不同工况各有利弊,若能根据发动机所处状态巧妙进行组合喷射,对改善油耗和排放显得很有意义。一方面,可以兼顾发动机在不同工况下的效率,另一方面,可以降低排放,满足日益苛刻的排放法规。

  如,大众EA888第三代发动机为了降低碳烟排放、改善油耗降低爆震趋势,采用组合喷射和多次喷射技术。当发动机处于热怠速或者低速小负荷时,缸内气体流动特性较差,温度低,燃油雾化效果较差,采用气道喷射工作模式,使燃油在歧管内蒸发雾化后与空气充分混合进入缸内燃烧,改善燃烧性能,使得降低排放、效率更高;当发动机冷起动或中低速大负荷时,使用缸内多次喷射方式来工作,实现均质稀燃,改善油耗和排放;在中高负荷,缸内气体流动加强,切换为缸内单次喷射,精确控制燃油,燃油雾化更加精致,提高发动机经济性,同时,可以有效降低缸内温度,提高充气效率,从而提高汽油机的动力性,且同时降低爆震趋势。若两种喷油系统的一种出现故障,则另一种系统将会执行应急运行功能,保证车辆仍能正常行驶。

  3 先进换气技术

  换气系统将合适质量、温度、成分和运动状态的充量提供给发动机,换气系统的性能相当大程度决定了发动机的性能[5]。为了适应车用发动机的不同工况,各种先进换气技术得到广泛应用,包含可变进气歧管、可变气门正时、可变气门升程、废气再循环、停缸技术等。

  3.1 可变进气歧管

  为了提高充气效率,在汽油机转速范围内更有效地利用进气惯性效应,达到改善发动机经济性及动力性的目的。在汽油机上应用较多的有可变进气管长度、可变进气容积腔和可变进气道等[5]。

  3.2 可变气门正时

  目前,可变气门正时技术已在发动机上得到广泛应用,分为进气VVT、排气VVT、进排气同时调节VVT和进排气独立调节VVT[5],在不同发动机上可变气门正时的应用,能在不同转速下优化缸内气流,特别可在部分负荷下改善发动机燃油效率和性能。

  推荐阅读:汽车运输从读者需要出发,为振兴交通服务;替作者传播知识、施展才华、介绍经验、交流信息创造条件;为读者提高技术、增长才干、丰富人生、扩大眼界提供方便。办刊理念:以质量求生存,靠拼搏图发展,凭智慧创辉煌,用诚信走天下。

点此咨询学术顾问 快人一步得到答案

SCI期刊问答

回到顶部