摘 要
能源是发展国民经济的重要物质基础,随着我国改革开放的逐步深入,全社会对能源的需求量将急剧增加,依据我国能源资源状况分析,能源问题已成为制约我国国民经济发展的重要因素。汽车作为能源消耗大户,节能问题受到了普遍关注。随着汽车工业的迅猛发展,油料紧缺成为亟待解决的突出问题。汽车发动机节能环保技术的发展成为必然。本文介绍了近些年车用发动机节能环保的一些新技术,包括汽油机缸内直喷技术、均匀充量压缩着火技术、柴油机高压共轨喷射技术、混合动力技术和代用燃料技术,分析了它们的特点和其在节能环保方面的应用。提出了未来车用发动机的发展关键是提高发动机的能量利用效率,降低污染物的排放。
关键词：能源，节能环保，柴油机高压共轨喷射技术，混合动力技术
Abstract
Energy is to develop the national economy important material base, as our country reform and open policy the deepens, the whole society's energy demand will increase sharply, according to our country's energy resources condition analysis, energy has become restraining the development of our national economy important factors. Cars as energy consumption energy producer, has gained widespread attention. With the rapid development of the automobile industry, the fuel shortage become urgent outstanding problems. Automobile engine energy conservation and environmental protection technology development become inevitable. This paper introduces the energy-saving vehicle engine of recent years, including the gasoline engine, some new techniques in cylinder direct injection technology, uniform filling quantity compression ignition technology, diesel engine high pressure common rail fuel injection technology, hybrid technology and alternative fuel technologies, analyses their characteristics and the applications of saving energy and environmental protection. This paper puts forward the future development of vehicle engine is key to improve the engine's energy utilization efficiency and reduce the emissions of pollutants.
Keywords: Energy ，Saving energy ，Energy and environmental protection high pressure common rail fuel injection technology diesel，Hybrid technology
2
目 录
1前言 .............................................................................................................................................. 4
1.1汽车轻量化 ......................................................................................................................... 4 1.2改善发动机性能 ................................................................................................................. 4 1.3发动机本身的节能技术 ..................................................................................................... 4
2我国节能汽车发动机研发现状 ............................................................................................ 5 3我国重点发展的汽车发动机节能技术 .............................................................................. 6 4 影响汽车发动机节能的因素 ............................................................................................... 6
4.1影响汽车发动机热效率的因素 ......................................................................................... 6 4.2影响发动机轻量化的因素 ................................................................................................. 6
5我国节能汽车发动机技术研发的发展目标 ...................................................................... 6 6柴油发动机的电控高压技术 ................................................................................................ 7
6.1系统发展简述 ..................................................................................................................... 7 6.2类型与性能特点 ................................................................................................................. 8
6.2.1位置控制式电控燃油喷射系统 .............................................................................. 8 6.2.2时间控制式电控燃油喷射系统 .............................................................................. 9 6.2.3 时间控制式共轨喷油系统 ................................................................................... 10
7节能汽车发动机研发的政策措施 ..................................................................................... 11 8对企业的研发建议................................................................................................................. 12 总结 ............................................................................................................................................... 13 参考文献 ...................................................................................................................................... 14
3
1前言
当前世界正面临着能源短缺及环境污染问题的严峻考验，而道路交通作为现代社会经济生活中不可或缺的部分，既是导致以上问题的一个重要因素，同时也是解决问题的一个重要方面。解决的途径除了发展采用电驱动、代用燃料的新能源汽车以外，在可预见的时间内传统汽车技术的升级和革新仍然是最重要的技术手段，其中的关键就是开发更低排放、更加省油的发动机。
自从出现了石油危机以后，世界各国对汽车节能非常重视，概括起来有三个方面:
1.1汽车轻量化
汽车轻量化，特别是小轿车，尺寸小型化，采用代用材料，.如轻铝合金或塑料化。同时，在结构设计上采用发动机前置、前轮驱动，不.需要传动轴，可以保持座舱内有较大空间，不仅实ull了粗量化，而且在高速行驶时也可以保持操纵的稳定性。
1.2改善发动机性能
改善发动机性能，研究稀薄混气分层徽烧扶术，或者汽车发动机柴油化，提高发动机的压缩比。此外，还安装了电子控制燃料喷射和点火定时装置，从而可以保持发动机在最佳工作状态下运行，以降低燃油消耗和减少排放污染。
1.3发动机本身的节能技术
以上仅是就汽车节能技术的发展动向而言，但就发动机本身的节能技术来说，究竞有那些常规的技术措施可循，这是一个带有普遍为大家更感兴趣的问题，一般说来，从下列几个方而着手工作:
1改进发动机的进气和燃料供应系统。如采用复式化油Oli或多重喉管、进气歧管的合理设计以及混合气体的予热加温，以保证燃料的雾化质量和混合气在各缸中均匀分纪。
2改善发动机内的燃烧过程，当前较新的燃烧方式是按分层燃烧的原理设计燃烧室，为了适应快速燃烧过程，通常燃烧室采取分隔室的形式，除了一些新型的设计外，在燃烧室结构上采取某些相应的辅助技术措施，也能取得较好的节能
4
效果。
3采用代用燃料雌汽醇和燃油掺水等技术，既可提高燃料的抗爆性、减少结炭和降低污染，又能达到节能的目的。
4点火系统的改进。如应用Irm体管电容放电点火装置，可加大点火能量或高能点火，加速火焰核心的形成。此外，还可采用短路保护器，以防止火花塞的结炭漏电，造成失火现象，影响发动机的稳定性与经济性
5排气再循环系统的应用。通常随着发动机负荷的变化，由进气歧管适当地引进洲卜气再循环，控制燃烧室内温度，可以改善燃烧过程，降低NO二的生成量。
6提高机械效率、改善润滑条件，减少机械摩擦损失，对节能来说也是很重要的因素。
以上这些方面，对于生产部门的产品更新也是非常关心的问题。
2我国节能汽车发动机研发现状
我国汽车发动机研发的主要形式：企业自行研发—独立的发动机生产企业；委托或与国外技术公司合作研发—多是自主品牌的整车企业或发动机企业；引进先进技术，消化、吸收、改进—合资企业为主。
研发节能汽车发动机的必要性：我国车用能源消耗日益紧迫，从2000年至今，我国汽车保有量以年均10%以上的速度递增，2008年的汽车保有量达到4975万辆，车用燃油消费占石油消耗的比例逐年增加，2007年末达到34.12%。我国汽车发动机的质量及可靠性取得了较大的进步，但是发动机的节能减排技术远低于国外先进水平，平均油耗高于国外发动机10%以上。汽车发动机节能减排技术的研发也是国内汽车企业参与国际竞争、走向国际市场的需要。我国汽车燃油经济性标准和排放法规日益严格，汽车及发动机企业有必要在节能减排上做一些技术储备。[1]
节能汽车发动机研发存在问题：我国汽车及发动机企业对节能汽车发动机的研发还没有形成有效的开发模式，相应的经验积累也较少；由于我国汽车发动机新的节能减排技术研发滞后，每到新的节能减排标准实施时，自主品牌企业不得不依靠国外技术，并因此支付过多的费用；对先进、前沿的节能减排技术，国内企业由于能力限制，目前只能是模仿；政策层面也缺少行之有效的支持措施。
5
3我国重点发展的汽车发动机节能技术
解决车用能源短缺的途径有三，分别是发展节能汽车(调整汽车产品结构、采用汽车节能技术、推行汽车燃料消耗量标、提高交通运输效率)，发展新能源汽车(混合动力、纯电动汽车、燃料电池汽车)，发展替代燃料汽车(气体燃料、生物质基液体燃料、煤基液体燃料、氢)。
技术节能与结构节能相结合：采用节能技术(高校内燃机技术、传动与驱动技术、整车设计优化技术、轻量化技术)优化产品结构(小排量乘用车、柴油乘用车)来达到降低车辆燃料消耗的目标。
我国重点发展的汽车发动机节能技术有：柴油发动机的电控高压技术、增压中冷技术、多气门和EGR技术、重型柴油机SCR技术；汽油发动机的直喷技术、先进的充气技术、高效燃烧技术；通用节能技术则有降低摩擦功与采用低功耗附件。[3]
4 影响汽车发动机节能的因素
4.1影响汽车发动机热效率的因素
提高发动机热效率的主要措施有：
提高压缩比，稀燃技术，直喷技术，增压、中冷技术，可变进气技术，改善进排气过程，改善混合气在气缸中的流动方式，改进点火配置提高点火能量，优化燃烧过程，电控喷射技术，高压共轨技术，绝热发动机技术等。
4.2影响发动机轻量化的因素
提高升功率 主要的措施有 ：
1通过合理组织燃烧过程，以降低过量空气系数 2改善发动机换气过程，提高充量系数
3提高转速 n ，以增加发动机单位时间内发动机每个气缸作功的次数； 4采用增压技术，以增加进气密度 。
5我国节能汽车发动机技术研发的发展目标
柴油发动机节能技术研发目标：近期目标有全面采用增压技术，提高涡轮增压(中冷)技术水平，开展先进增压技术自主研发和生产；推广电控喷射技术，加快电控喷射系统的硬件和标定技术的自主开发能力，柴油机排放水平达到国IV；
6
发展升功率大于30kW/L重型柴油机和大于40kW/L轻型柴油机；开展先进后处理技术的引进和研发，加快SCR和DPF后处理技术的应用。远期目标有全面采用高压电控燃油喷射，掌握电控系统核心技术；中重型发动机升功率达到35kW/L，轻型柴油机升功率达到50kW/L；最低燃油消耗率达到190g/kW.h(3-8L)和188g/kW.h(8L以上)。
掌握先进柴油机后处理技术，并能够实现完全国产化；柴油机HCCI燃烧技术在较大工况范围内实现。
汽油发动机节能技术研发目标：近期发展目标有鼓励升功率达到55kW/L以上小排量汽油机的开发和生产；全面采用多气门技术，推广可变气门技术，增加增压技术应用；新产品采用气门可变技术的比例增加到45%；部分中高级车采用增压技术。
推动汽油直喷等先进技术应用，2012年国内采用汽油直喷技术的中高档轿车市场占有率达到2%，使该类车年消耗汽油减少0.3%左右。远期发展目标有增压直喷汽油机升功率70kW/L以上；汽油机的燃油消耗率降低20%；多气门技术和气门可变技术全面采用；增压技术采用率提高到40%，直喷技术采用率占20%，掌握汽油直喷核心技术；发展可变压缩比技术和停缸技术，推进HCCI技术实际应用。广泛采用节能附件。
发动机通用节能技术研发目标：2012年通过推动燃油消耗率标准的提高，促进企业在发动机摩擦降低方面的研发，推动发动机企业采用低能耗附件。2020年全面采用低能耗附件，降低发动机内部摩擦，使发动机燃油消耗率降低5%。
6柴油发动机的电控高压技术 6.1系统发展简述
7
与机械控制方式相比，柴油机电控喷射有以下优点：
1电控技术能使控制更为全面和精确，比之原有的机械或机、液控制更易实现性能优化并对相互矛盾的要求进行合理的折中，这样就能使燃油消耗率和有害物的排放量大幅度下降。由于机械或机、液控制在结构、工艺上的复杂性和局限性，很多已被证明是有效的改善性能的措施，如预喷射或多次喷射、喷油率与喷油压力的精确控制等均难以实现，采用电控后有助于满足这些控制要求。
2采用电控技术后，控制对象和目标大为扩展，除常规稳态性能调控外，还可扩展到各种过渡过程的优化控制、故障自动监测与处理、操作过程自动化以及自适应控制等，最终发展成为整机的电脑管理系统，从而使整机性能与可靠性得到大幅度的提高。[5]
6.2类型与性能特点
6.2.1位置控制式电控燃油喷射系统
图6–1 定时控制阀
在电子控制系统中，在定时活塞的高、低压腔之间用了一个定时控制阀（如图6—1所示）。该控制阀是一个二位二通的电磁开关阀，该阀根据电控单元的指令实现开、关，从而实现喷油定时控制。定时活塞位移传感器检测定时活塞的位置，并将此位置反馈给电控单元，以实现喷油定时的闭环控制。该位移传感器也是差动变压器式位移传感器。
8
6.2.2时间控制式电控燃油喷射系统 1时间控制型电子控制分配式喷油泵
图6–2电磁溢流阀的工作原理
a）压缩喷射；b）辅助喷射；c）主溢流
2电控单体泵主要优点：能承受很高的泵端压力。 ①由于分列泵的结构特点，泵体具有很好的刚度；
②单体泵可以分别安装在距喷油器的最近处；只需很短的高压油管，因此油管的刚度很好
③可以减小高压系统的有害容积；
④凸轮和轴承受力较大的部件，都有一定的空间进行加强。 3电控泵喷嘴
泵喷嘴就是将泵油柱塞和喷油嘴合成一体，安装在缸盖上。泵喷嘴由于无高压油管，所以可消除长的高压油管中压力波和燃油压缩的影响，高压容积大大减少，因此喷射压力可很高。它的驱动机构比较特殊，必须是顶置式凸轮驱动机构。电控泵喷嘴则像电控单体泵一样，也是采用一个两位两通的高速电磁开关阀。
9
6.2.3 时间控制式共轨喷油系统
这种系统不再应用传统的柱塞脉动供油泵原理，而是先将柴油或者其它传递压力的工质，如机油，以高压（喷油压）或中压（10MPa 左右）状态蓄集在被称为共轨（ commonrail ）的容器中，然后利用电磁三通阀将共轨中的压力油引到喷油器中完成喷射任务。
1共轨中若为与喷油压力相同的柴油，则此油直接进入喷嘴盛油槽（针阀腔）开启针阀进行喷射，这就是―高压共轨‖系统。
图6–3 ECD–U2 系统的高压输油泵结构
l—三次工作凸轮；2—挺柱体；3—柱塞弹簧；4—柱塞；5—柱塞套；6—油泵压力控制阀（PCV）；7—接头；8—出油阀；9—溢流阀
高压输油泵的结构（如图6–3）所示，和传统系统的直列泵结构相似，通过凸轮和柱塞机构使燃油增加，各柱塞上方配置控制阀。凸轮有单作用型、双作用型、三作用型及四作用型等多种。图6–3中所示为三作用型。采用三作用型
10
凸轮，可使柱塞单元减少到 l／3 。向共轨中供油的频率和喷油频率相同，这样可使共轨中的压力平稳。
共轨将供油泵输出的高压燃油经稳压、滤波后，分配到各个气缸的喷油器中去。在共轨上装有共轨压力传感器、液流缓冲器和高压溢流阀。液流缓冲器和高压油管相连，将高压燃油送入喷油器中。和高压溢流阀相连的油管可使燃油流回油箱。液流缓冲器也可使共轨内和高压管路内的压力波动减小，以稳定的压力将高压燃油供入喷油器。而且一旦发生流出的油量过多等情况时，为了不至于损坏发动机，液流缓冲器可将燃油通路切断，停止供油。
2若泵入共轨腔中的是中压机油，则它进入喷油器后将类似传统泵喷嘴中的凸轮，对喷油器中的活塞上方施压。此活塞再通过柱塞压缩下方的柴油，使其增为喷射的高压而通到喷油嘴中类似常规喷嘴进行喷射。此种系统另有燃油供油及回油油路。此系统又称为“液压泵喷嘴系统”。
7节能汽车发动机研发的政策措施
技术措施：将节能与新能源汽车的关键技术和零部件研发列入国家科技计划，给予重点支持。建立节能与新能源汽车产业联盟，集中力量攻克关键技术，促进产业化发展建立符合中国实际的行驶工况以及特定地区、特定车型的行驶工况，促进燃料经济性水平提高。尽快制定和完善节能与新能源汽车技术标准和法规。
管理措施：积极研究并制定分阶段的激励、约束性政策，逐步提高节能和新能源汽车产品在生产企业产品结构中的比例。尽快实施“汽车燃料消耗量公示”制度和实施“汽车燃料消耗量标识”国家标准。制定“汽车燃料消耗量生产一致性管理”办法，实施生产一致性管理。研究制定可以对企业的生产和产品进行综合节能管理的CAFC制度。政府采购应包括一定比例的节能与新能源汽车。
财税措施：国家采取补贴和税费优惠政策，推动纯电动汽车、混合动力汽车等新能源汽车发展。建立以汽车燃料经济性标准为依据的财税奖罚机制。对达到国家标准的汽车产品，纳税人执行标准的纳税税率；对优于国家标准的汽车产品，按等级调减纳税税率；对低于国家标准的汽车产品，按等级提高纳税税率。建立与车辆燃料经济性挂钩的惩罚性特别目的税：对不达标的车辆给予惩罚性的税收，在交纳了相应的罚款后准予生产和进口，以及上牌和注册使用。建立这种目
11
的税是为了在不增加国家财政支出的情况下，很好地解决节能降耗目标实现与市场需求间的一些难以协调的矛盾。
8对企业的研发建议
随着能源问题的日益紧张，节能这一课题将是未来汽车工业发展的重要主题，汽车企业、发动机企业及上游零部件企业应充分认识到这一课题的重要性，重视节能汽车发动机的研发，并要有相应的技术储备；节能汽车发动机技术的研发关系到我国汽车工业的发展，应以自主开发为主，如需与国外企业联合研发，国内企业应掌握自主权，拥有相关技术的知识产权。
节能汽车发动机的研发往往需要丰富的经验、较长的开发周期并需要大量的人力及资金投入，企业可就某一专题开展联合攻关，技术共享，―产学研‖是很好的研发形式，应得到重视和推广；汽车发动机的节能技术是一个系统工程，单一的技术进步往往导致其整体节能效果不明显，建议企业将其作为整体系统来对待，才能使各项节能技术的综合应用达到明显的节能效果。
12
总结
汽车发动机节能技术的改革是一个漫长的过程，不管是原有机型的技术升级还是新机型的开发，关键不外乎燃烧系统、进排气系统以及排气后处理系统的优化。除了传统的机械性能设计手段以外，现代发动机的开发离不开先进的计算机辅助设计（CAE）及电子开发技术。随着汽车、发动机及包括电喷系统在内的零部件的生产集约化程度的不断提高，大至喷油系统、小至控制器芯片的零部件产品差异性越来越小，不同主机厂更多的把自身的技术优势体现在控制策略上面。起初电喷系统供应商往往提供包括控制器在内的整套电喷系统，而如今在发达国家更多的主机厂为了保持产品的竞争优势及独特性，将控制策略牢牢掌握在自己手中。例如沃尔沃卡车、斯堪尼亚、戴姆勒、康明斯等著名的商用车厂家都没有采用电喷系统供应商的控制器，而是通过独立或协作的方式开发控制策略。目前在国内由于产业水平相对落后，绝大多数主机厂仍旧采用电控系统供应商的控制器，但从发展趋势来看，会有越来越多的主机厂建设专门研究控制策略的技术团队或者通过外协的方式进行控制系统研发，而国内也有少数的汽车控制器供应商应势而生。
13
参考文献
[1] 刘玉梅《汽车节能技术与原理》.[M].机械工业出版社.2006
[2] 朱燕,黄凯. 《 汽车产业政策的演变与发展趋势》[J]现代管理科学, 2005, (03) [3]David A. Bradley,Derek W. Seward. The Development, Control and Operation of an Autonomous Robotic Excavator[J] Journal of Intelligent and Robotic Systems, 1998,21, (1) [4]M. Mahfouf,C. H. Kee,M. F. Abbod,D. A. Linkens. Fuzzy Logic-Based Anti-Sway Control Design for Overhead Cranes[J] Neural Computing & Applications, 2000,9, (1) [5]赵付舟. 《车用发动机混合涡轮增压系统的研究》[D]. 中国博士学位论文全文数据库, 2010, (08)
[6]铃木一道. 《中国汽车产业与日本的经营》[J]日本研究, 2006, (01) [7]罗东晓,郑少芬. 《天然气汽车的经济性分析》[J]煤气与热力, 2007, (03
[8]窦慧莉,刘忠长,李骏,闫涛. 《过量空气系数对天然气发动机燃烧及排放的影响》[J]汽车技术, 2006, (03)
14
致谢
在校的这三年时间里很感谢老师们对我的淳淳教诲，是你们教会了我们勤奋学习，诚实做人，踏实做事，以宽容之心面对生活。指引着我们沿着正确方向前进。在点滴汇聚中使我逐渐形成正确、成熟的人生观、价值观。特别要感谢我的指导老师，李博老师给予我很大的帮助。
感谢我的家人，我永远的支持者，正是在你们殷切目光的注视下，我才一步步的完成了求学生涯。没有你们，就不会有今天的我！我一直很感谢你们，让我拥有一个如此温馨的家庭，让我所有的一切都可以在你们这里得到理解与支持，得到谅解和分担。你们的支持和鼓励是我前进的动力。
15
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容