劉其開(kāi)

（湖南省寧鄉(xiāng)實(shí)驗(yàn)中學(xué) 410600）

車(chē)用汽油機(jī)技術(shù)的優(yōu)化措施研究

劉其開(kāi)

（湖南省寧鄉(xiāng)實(shí)驗(yàn)中學(xué) 410600）

在第一量汽車(chē)誕生之后，汽油機(jī)汽車(chē)已經(jīng)走過(guò)了一百多年的歷史，有效提升了人們的生活質(zhì)量。但是在現(xiàn)代社會(huì)，人們?cè)絹?lái)越重視僅能減排，汽油機(jī)雖然質(zhì)量輕、噪聲小、升功率高，但是卻會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大的污染，這些污染物不僅對(duì)人體有危害，也導(dǎo)致環(huán)境日益惡化。本文主要針對(duì)車(chē)用汽油機(jī)技術(shù)的優(yōu)化措施進(jìn)行分析。

車(chē)用汽油機(jī)；技術(shù)對(duì)比；優(yōu)化措施

近年來(lái)，全球汽車(chē)保有量一直呈出增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中乘用車(chē)占據(jù)了34%的比例，雖然在技術(shù)水平的革新下，油電混合汽車(chē)比例開(kāi)始增長(zhǎng)，但是其中依然以汽油機(jī)為主。汽油車(chē)不僅油耗高，且容易造成污染，因此，必須要重視高效車(chē)用汽油機(jī)技術(shù)的研究。從汽車(chē)的排氣污染來(lái)分析，各個(gè)汽車(chē)廠家紛紛推廣新技術(shù)，希望可以提高汽油機(jī)的工作效率，這已經(jīng)取得了初步的成效。

1 燃油機(jī)與柴油機(jī)的比較

當(dāng)今全球的汽車(chē)使用量已經(jīng)超8億輛左右，當(dāng)中汽油機(jī)車(chē)大概占65%左右。截止到2007年末，中國(guó)的民用汽車(chē)達(dá)5千多萬(wàn)輛，其中汽油機(jī)車(chē)占到19580000輛，占總數(shù)的34%。而且最近幾年來(lái)，我國(guó)汽車(chē)的年產(chǎn)汽油車(chē)的比例一直保持在50%往上，這會(huì)使我國(guó)的汽油車(chē)比例很快的達(dá)到世界的平均水平。與此同時(shí)，汽油車(chē)的耗油量平均要比柴油車(chē)高出20～30%左右。所以，從面廣量大與汽油車(chē)油耗高這兩個(gè)方面來(lái)看，汽油車(chē)的節(jié)能的潛力更大，所以應(yīng)該重視對(duì)汽油車(chē)節(jié)能高效技術(shù)的研究和應(yīng)用。

2 汽油機(jī)節(jié)能的潛能

單從排氣污染方面來(lái)講，汽油車(chē)與柴油車(chē)相比更加容易治理。豐田與本田公司使用多級(jí)的催化劑并耦合碳?xì)湮郊夹g(shù)的后處理裝置，就可以將汽油車(chē)尾氣達(dá)到“零”排放。與柴油車(chē)相比，雖然柴油車(chē)因?yàn)楣?jié)能優(yōu)勢(shì)使其在歐洲大規(guī)模地被應(yīng)用，而且引發(fā)了在中國(guó)是否要推廣柴油轎車(chē)的討論，但是在歐洲有明確的排放標(biāo)準(zhǔn)，所以柴油車(chē)就必須要安裝后處理裝置，這就會(huì)大大降低了其低油耗的長(zhǎng)處，而且還會(huì)導(dǎo)致柴油車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)與整車(chē)的成本大幅度的提高，這樣勢(shì)必會(huì)降低市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。而且同樣的擔(dān)憂(yōu)也已經(jīng)在盛行柴油轎車(chē)的歐洲出現(xiàn)了。相比較之下，發(fā)展高效的汽油機(jī)是一條更有效、成本更低的途徑，近年來(lái)外國(guó)也有類(lèi)似的想法，比如美國(guó)的西南研究院在4年前已經(jīng)聯(lián)合汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的大企業(yè)開(kāi)展了相關(guān)的研究計(jì)劃，目的是開(kāi)發(fā)出高效的汽油機(jī)。

3 汽油機(jī)耗油高的主要原因

自從汽油機(jī)誕生130多年來(lái)，經(jīng)歷了化油器到電控燃油噴射等重大的在技術(shù)方面的進(jìn)步，其燃燒模式包括兩種：傳統(tǒng)的火花點(diǎn)火方式和預(yù)制均質(zhì)混合氣，它和柴油機(jī)的壓縮著火燃燒以及非均質(zhì)混合氣模式，形成內(nèi)燃機(jī)兩種主要的燃燒模式。對(duì)這兩種燃燒模式進(jìn)行比較，可以撐握如何提高汽油機(jī)熱效率，也就是汽油機(jī)熱效率比柴油機(jī)高的原因：

（1）壓縮比過(guò)低。在最近10多年來(lái)，非增壓汽油機(jī)平均壓縮比由原來(lái)的ε=10增加到現(xiàn)在的ε=10.5，采用高辛烷值的汽油時(shí)可達(dá)ε=11，但是卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)比柴油機(jī)壓縮比ε≥15要低。由于提高壓縮比會(huì)產(chǎn)生爆震，因此汽油機(jī)回比柴油機(jī)耗油高。

（2）泵吸損失大。因?yàn)槠蜋C(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)采用的是“量調(diào)節(jié)”的進(jìn)氣節(jié)流的方法，所以會(huì)導(dǎo)致占循環(huán)指示功20%的泵吸損失，是柴油機(jī)的10倍還要多比熱容比低。按照熱力學(xué)的基本原理，將比熱容比k增加就可以提高熱效率。但是因?yàn)槠蜋C(jī)的混合氣偏濃，k的值會(huì)向下限偏移。

（3）燃燒穩(wěn)定性差。一般用循環(huán)波動(dòng)率來(lái)表示內(nèi)燃機(jī)的燃燒穩(wěn)定性，汽油機(jī)的循環(huán)波動(dòng)率大概在5～10%，但是柴油機(jī)的只有1～3%。有關(guān)研究結(jié)果表明，循環(huán)波動(dòng)率只要每增大1%，指示熱效率就會(huì)下降1.5%左右。這也是由源于汽油機(jī)火花點(diǎn)火的方式所決定的。所以為了解決這些問(wèn)題，在汽車(chē)上安裝了高效的均質(zhì)壓燃機(jī)。

4 在車(chē)輛上應(yīng)用均質(zhì)壓燃的可行性

美國(guó)的研究機(jī)構(gòu)于2005年，將均質(zhì)壓燃汽油機(jī)安裝在一臺(tái)輕型的小卡車(chē)，幾乎將美國(guó)EPA規(guī)定的測(cè)試行程跑完。戴姆勒在2007年時(shí)展示了，裝有均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的汽車(chē)樣車(chē)，并進(jìn)行了道路測(cè)試。2008年大眾也發(fā)布了關(guān)于均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的汽車(chē)樣車(chē)。這些事實(shí)證明了均質(zhì)壓燃汽油機(jī)安裝在汽車(chē)上是可行的。

4.1 在燃油性質(zhì)與工作環(huán)境變動(dòng)時(shí)的燃燒時(shí)間控制

在汽油性質(zhì)與環(huán)境發(fā)生變動(dòng)時(shí)，燃燒時(shí)間可通過(guò)控制參數(shù)的調(diào)節(jié)進(jìn)行控制。當(dāng)汽油的辛烷值從92加大到101時(shí)，只要將進(jìn)氣的溫度增加13.5℃，就能夠保證均質(zhì)壓燃的燃燒時(shí)間不變。此外，最理想的可變氣門(mén)系統(tǒng)是相位和升程完全自由無(wú)級(jí)可變，通過(guò)這種全可變氣門(mén)系統(tǒng)，我們有可能控制壓縮比可變甚至工作循環(huán)的沖程數(shù)可變，這必將引起內(nèi)燃機(jī)新的技術(shù)革命。FEV和LOTUS等公司正在研制電磁驅(qū)動(dòng)或電液驅(qū)動(dòng)的全可變氣門(mén)系統(tǒng)，產(chǎn)業(yè)化尚需一定時(shí)間。

4.2 在均質(zhì)壓燃工作范圍內(nèi)控制燃燒時(shí)間

因?yàn)樨?fù)荷的加大，均質(zhì)壓燃的燃燒時(shí)間對(duì)參數(shù)的變化變得更加敏感，而參數(shù)的變化范圍卻更加狹小了，所以控制變得越來(lái)越困難了。所以均質(zhì)壓燃汽油機(jī)一般采用的是雙燃燒的方式，在負(fù)荷加大到一定程度后再改用點(diǎn)燃燃燒。這樣就可以控制住均質(zhì)壓燃燃燒時(shí)間，也有助于擴(kuò)大均質(zhì)壓燃的工作范圍。

5 結(jié)束語(yǔ)

汽油機(jī)為了達(dá)到高效率而使用壓縮著火、缸內(nèi)直噴燃燒，而柴油機(jī)為了低排放使用預(yù)混合的燃燒，兩者有相似的燃燒方式和形成混合氣上，這就表明柴油機(jī)和汽油機(jī)可能進(jìn)行統(tǒng)一融合。柴油與汽油融合在一起的統(tǒng)一式內(nèi)燃機(jī)將會(huì)形成內(nèi)燃機(jī)發(fā)展史上一道全新的風(fēng)景。

[1]張繼衛(wèi)，閆亮，劉克.改善燃油噴射系統(tǒng)達(dá)到非道路柴油機(jī)的國(guó)Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)，2016（03）.

[2]繆雪龍，畢方英，王先勇，洪建海，鄭金寶.柴油機(jī)超多噴孔預(yù)混合燃燒研究（下）[J].現(xiàn)代車(chē)用動(dòng)力，2010（04）.

[3]歐陽(yáng)明高.汽車(chē)新型能源動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)戰(zhàn)略與研發(fā)進(jìn)展[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2008（S1）.

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