汽车节能和排放环保的现状与发展趋势

汽车节能和排放环保的现状与发展趋势

杨蹈宇

(中南林学院，湖南 长沙 410004)

[摘要]：由计算机精确控制的、采用多气阀、高压直喷、稀薄燃烧等新技术的汽车发动机正在普及，技术水平还在日益提高；现代电子控制装置在发动机上全面应用。由此带来了油耗降低、排放污染下降的幅度达到了在十年前不可思议的效果。新型清洁能源车辆逐步走向实用，其相应的社会配套设施将形成一系列大有可为的全新行业。

[关键词]：汽车节能，排放环保，多气阀，高压直喷，稀薄燃烧

世界上的石油50%是在公路上被汽车消耗掉的，随着石油资源的日益紧缺，汽车节油更加显得重要。环境保护是现代工业时代永恒的主题。汽车尾气排放是影响环境的重要因素。汽车节油指标越好，发动机的燃烧越充分，则其排放污染越少，尤其是HC碳氢化物、NO X 氮氧化物、CO氧化碳排放越低。

从70年代以来，世界各国对汽车节油非常重视。美国在1978年到1985年间，汽车油耗降低了27%；日本在1978年到1985年间降低了10.9%；英国、法国、德国降低了10%。我国比60年代已经降低了10%，但与发达国家相比还有差距。从排放污染来看，2000年一辆汽车的废气排放量只相当于1970年的三十二分之一。

改善发动机燃烧状况，降低油耗，提高其排污性能指标，或者是开发清洁能源的汽车发动机，已经成为现代汽车工业的必然趋势。要实现这样的目标，必须采用新的技术，这些新技术的状况与发展趋势，代表了汽车节能、排放的现状与发展趋势。

一、 汽车发动机节能与排放的持续进步

在提高发动机动力指标的同时，进一步降低燃料消耗，降低污染物排放和噪声，一直是发动机研究的主题。多气阀、高压直喷、稀薄燃烧、高性能点火装置等新技术在近10年来持续不断推出。同时在催化剂转换和新燃料动力的研究等方面取得了长久的进步。在八十年代中期到现在，汽车的燃料供应系统经历了从化油器到喷口式电子燃油喷注，再到缸内喷注等一系列革命性的发展，与以往的发动机相比，燃油节省在40%以上。

1、直喷式汽油机混合形成的新技术

进气冲程一边喷油，并与空气一起输入燃烧，形成均匀混合；而在压缩冲程的后半期喷油燃烧，就可以实现燃油与空气被分离的分层混合。经过三次喷油，浓混合气分布在稀薄混合气中，而混合气又分布在高温的燃烧气体中，从而实现以往不可思议的混合状态。

日本三菱公司直喷式汽油发动机首次投向市场。其混合气的形成是分离配置喷雾位置与火花塞，形成较广阔的燃烧空间。其燃料不是喷向火花塞，而是喷向活塞顶部的凹坑中。

2、新的喷射技术

为了形成最佳的混合气状态，要求控制喷雾的分期性，限制直线方向运动与微粒化，同时，按照不同状态达到喷雾精细化的要求。使燃油与空气的局部混合加快，有助于燃烧过程。

日本的丰田汽车公司采用的喷雾方式是在涡流喷油器的出口处设置凹囊，对喷雾的喷射方向从喷油器轴加以调整补偿。这是一种有效的方法。

3、“二步燃烧”的爆震控制法

在进气冲程喷射1/4的喷油量，形成当量比为0.25左右的极稀薄混合气，而剩余3/4的燃油则在压缩冲程后期加以喷射。这就是“二步燃烧”控制爆燃。在正常不能燃烧的情况下，稀薄混合气也会燃烧。这种燃烧方式会使黑烟重新燃烧。这将极其有利于降低油耗、提高排放效果，减少污染。

4、发动机点火装置的改进

采用独立点火线圈的独立点火系统已经得到普及，其放电电流、放电时间增加，从而扩大了稳定燃烧区域与提高火花塞的性能；火花塞采用耐用可靠的白金电极，中心电极分为两段，在绝缘子与电极间产生感应电晕放电，可以有效去除积炭。

另外还出现了在规定时间内实现高频点火，增加点火次数，从而提高燃烧性能的新装置。在德国出现了这种实用的新产品。这种产品可以提高动力20%以上，节油率达到14%，而且改善了排放状况。

5、空气旁通阀技术

在缸内直喷的稀薄燃烧发动机中，即使加速踏板的踏入量相同，根据不同的运动状况可以切换为稀薄燃烧，加大空燃比。为了防止运转切换时的扭矩冲击，必须精确控制节气门附近的空气量，因此，增加空气旁通阀，以实现广阔运转区域中能实现高精度、高响应性的空气流量控制。

二、 电子控制装置在发动机上普遍使用

随着电子技术的发展，电子控制装置在发动机上得到普遍使用。对发动机的燃油供给，空气供给、催化转换、废气循环实现了精确控制。这些新电子技术的应用，极大地降低了油耗，改善了排放状况。

1、供油系统的电子控制系统

目前，汽车发动机供油系统的电子控制装置已经对发动机的供油量、喷油压力、喷油率、多种燃油量的自动调节等实现了精确控制。

电子控制系统保证了供油系统在任何工况下都能达到最佳供油量和最佳供油时间。对喷油大压力的精确控制保证了发动机在低速时喷油压力升高，减少了排气烟度。对喷油率的控制，保证了着火前少喷油，着火后多喷油，实现了分层燃烧。

2、加速用空气喷射系统

电子控制系统在烟度和发动机加速两方面取得了最佳配合状态，在保证工况要求的情况下减少了排放烟度，降低了油耗。

3、电子控制催化转换器

现代汽车安装的催化转换器大大降低了HC、CO、NO X等废气排放，取得了很好的效果。

三、 新型清洁能源在车辆上的应用

石油资源日益减少，97年的统计资料表明；全球已探明的石油储量只够再开采43年。车辆的清洁代用能源不但可以部分解决石油危机问题，而且改善排放，减少污染。

可能作为汽车发动机用的新型清洁能源有：天然气、酒精、二甲醚、生物柴油、氢、燃料电池、太阳能等。世界各国都在研究新型清洁能源汽车。使用以上各种能源的汽车都有，

但大多数还存在缺陷。

在近年，代用能源汽车的发展普及已经有了长足的进步。在日本，到1996年末，在使用的代用能源汽车有4500辆；到1998年来，美国使用的代用能源汽车有402790辆；在我国，有多家汽车制造厂开发了天然气燃料汽车，并开始在甘肃、四川等地使用，在2004年向墨西哥出口了200多台。

由于汽车燃料的更换是一个社会化的大问题，即使新型燃料汽车技术过关，要受社会配套设施的制约，比如天然气的加气站缺少的问题、配件的供应问题等。因此，新型清洁能源汽车是汽车未来发展的方向，但离全社会普及还有很长的路要走。

四、 结论

汽车节能的方法还有很多，比如优化传动系匹配参数，采用塑料件以减轻自重，用不锈钢排气管以提高触媒性能，采用开普勒帘线轮胎以减少滚动阻力等。

本文从三个方面介绍了汽车节能和降低排放的新技术及其应用现状，分析了它们的发展趋势。从前面内容，我们可以看出：电喷式发动机已经全面取代化油器供油发动机，由计算机精确控制的供油、燃油压力、点火时间、进气量等指标的新概念发动机正在普及，并且技术水平还在不断提高；现代电子控制装置在发动机上全面应用，并且日趋完善。由发动机这两大方面的革命性发展，实现了油耗降低、排放污染下降，达到在十年前不可思议的效果。同时，新型清洁能源在车辆上的应用不断取得新的进展，逐步走向实用阶段，并最终取代现有的柴油、汽油能源。可是，社会配套设施跟不上是新型清洁能源车辆大面积使用的瓶颈，为新型清洁能源车辆服务的社会配套设施将会形成一系列全新的行业，而且会大有作为。

[参 考 文 献]

[1] 杨妙梁编著.汽车发动机与环境保护[M].北京：中国物资出版社，2001,1

[2] 葛贤康、方集林、葛如伟编著.汽车节能原理与实践[M].上海：上海交通大学出版社,1994,6