汽车节能技术研究论文

汽车节能技术研究论文内容摘要：

为 80%95%，即有 5%20%的有 效功率消耗于传动装置中。 直接档因为是动力直接从中间轴传递，在变速器内部不经过齿轮传递，所以光从传动效率应来说，直接档比其它档位稍高。 发动机及附件能耗占 60%，克服空气阻力 3 的能量占 21%，能量转化为机械能传到轮胎，用于克服轮胎滚动阻力做功的能量占13%。 汽车节能的关键是降低热能损失和降低摩擦。 4 目前重点开发、推广的汽车节能技术 混合动力汽车技术 混合动力汽车技术具有非常突出的节能效果，技术相对成熟，而且在国际上已经实现产业化和商业化。 此外，混合动力技术对所有以内燃机为动力的汽车，具有普遍的适用性， 具有几乎可以实现在任何节能技术的基础上，进一步大幅度提高节能效果的可能性。 因此，国家应重点支持混合动力技术的开发、产业化和推广应用。 根据技术的难易程度，建议首先在城市公交客车上自主研发开发和推广应用混合动力技术，然后，利用自主研发和引进技术相结合的方式，在轿车上应用混合动力技术。 建议实现混合动力汽车的产量占汽车总产量的 5%以上。 为此，国家需要在以下一个方面，予以支持： 混合动力汽车用电池技术与专用电机的开发和产业化；发动机电控技术与电机控制技术的开发和产业化；整车性能优化控制技术与制动能量回收技术的开发和产业 化；在起步阶段，给予混合动力汽车适度的政策激励 [4]。 高效汽油机、柴油机技术 内燃机的技术进步是汽车节能的关键。 在内燃机节能技术方面，国家应重点支持以下几个方面：汽油机缸内直喷技术及稀薄、分层燃烧技术 ； 柴油机高压喷射技术（如：高压共轨燃油喷射技术等） ； 柴油机多次喷射技术 ； 可变气门正时技术 ； 废气涡轮增压技术 ； 可变气缸技术。 我国目前载重汽车品种短缺，技术相对落后。 发展高效的载重汽车，是在现代物流高度发展的形势下，提高运输效率，降低车用能源消耗的重要措施。 因此，国 家应重点支持载重车用大功率高效率柴油机的开发和产业化工作，以及系列化载重汽车的开发和产业化。 、轻型车的柴油化技术 柴油化是实现节能的重要途径，随着汽车进入家庭的步伐加快，轿车和轻型车等燃油消耗非常可观。 建议国家应重点支持，轿车和轻型汽车柴油化的工作，应关注以下两个方面：轻型高速柴油机技术的研究开发 ； 车用柴油品质的提高和质量保证 ； 整 4 车轻量化技术 ， 整车轻量化是汽车节能的重要措施，应积极开展新型高强度、轻质材料（如：镁合金、非金属材料等）的研究和应用工作 [5]。 5 汽车节能应采取的主要途径 发动机结构 发动机的油耗对汽车的油耗有决定性的影响，而发动机的油耗取决于发动机的结构。 发动机的压缩比高、有完善的供油系统及合理的燃烧室形状、采用电子点火系统等都能降低发动机的比油耗 [6]。 下面就以上几方面对比油耗的影响逐一分析： 冷却系对热效率的影响 发动机中通过缸壁传给冷却水的热量 ,在各过程中的比例大致为 :膨胀过程70%80%,排气过程 15%20%,压缩过程 5%10%。 可见冷却损失大部分发生在膨胀过程中，此过程的温度和压力下降，造成发动机的功率损失。 发动机的工作温度，对发动机的热效率有很大 影响。 发动机启动时，由于水温较低，燃油雾化不良，发动机不能正常工作，加之低温时机油的黏度较大，摩擦损失功率增加，这些都会使油耗增加。 发动机启动后，有的驾驶员怕熄火，求升温快，往往加大油门，这不仅严重浪费燃油，而且增加了发动机的磨损。 为了节省燃油和保护发动机，应待发动机水温升到 40176。 C以上才能起步行驶。 温度 20176。 C时，汽油的蒸发率为 50%，而在 30176。 C时蒸发率为 75%。 发动机温度过低，燃料蒸发性差，混合气雾化不良，油滴增多，各缸进气不均匀，混合气偏稀，不易燃烧或火焰传播速度减慢，燃烧不充分，因而油耗增加。 发 动机温度过高，空气热膨胀过大，降低了发动机的充气系数，破坏了空燃比，使混合气偏浓，燃料燃烧不完全，也导致燃料消耗增大。 发动机工作温度过高或者过低不但使燃料消耗增加，也会导致发动机磨损增加，使用寿命受到影响。 如果温度太高，会造成发动机的早期磨损。 经理论计算和长期实践证明，发动机正常工作的温度是：水箱出口处水温在7585176。 C 范围内（水温表的温度保持在 8090176。 C 之间），发动机舱内温度保持在3040176。 C。 供给发动机的燃料所放出的热量，在发动机中经过一系列复杂的过程，只有 20%35%转变为有用功，而其余 的热量将随废气、冷却介质等不同途径排出发动机。 向发动机供给的燃料所放出的热量恒等于转变为有效功和各散失的热量之和，称为发动机的热平衡。 发动机热平衡各部分组成的值是随发动机转速和负荷等情况的改变而变化，所以掌握好行车温度，减少不必要的热量损失，对汽车节油有着很重要的影响。 5 发动机的工作温度对油耗的影响非常大，为了使发动机有合适工作温度，现在通常采用风扇离合器，适时调整发动机的工作温度 [7]。 发动机换气过程对油耗的影响 换气过程可以用充气效率和换气损失来评价。 改善换气过程的目的，是使充气过程中充气 效率提高和换气损失减少。 目前，汽车用发动机的最高转速为，汽油机7000r/min，柴油机 5000r/min。 发动机高速运转时，换气过程的持续时间大大缩短，工质流速明显提高，充气效率明显下降、换气损失也会增加，影响混合气形成和燃烧，使发动机性能恶化。 所以，换气过程对发动机的性能影响很大，改善换气过程主要通过以下几方面： 首先是进、排气门， 时面值是评价气门流通能力的参数，其定义为气门的瞬时开启截面积在气门开启期间内的积分。 传统的发动机通常采用一进一排的两气门结构。 增大气门直径可以扩大气门流通路截面积，提高充气效 率 .在两气门结构中，进气阀盘直径可达活塞直径的 45%50%，气门与活塞面积之比为 ，进气门比排气门一般大 15%20%；但由于受到结构限制，进一步增大比列已经很困难。 为了进一步增大进气门流通截流面积，普遍采用多气门技术。 多气门中应用最多的是四气 门，即两个进气门和两个排气门。 此外，三气门和五气门也可见到。 一般情况下，四气门较容易布置驱动机构，此种结构的进气门流通截面积可以提高 30%50%，充气效率的提高使发动机的功率得到明显提高，经济性也有所改善。 多气门（四气门或五气门）技术还具有易实现可变技术、单个气门运动件质量减小、有利于发动机高速化等优点。 对于低速工况而言，由于气体流速相对较低而减弱了缸内工质的运动，可能会带来不利的影响，但可以在发动机低速工况下通过关闭某一进气道来实现加速气流运动，获得需要的气流形式与涡流强度，这便是进气系统的可变技术。 其次是配气机构， 配气机构的基本功能是在运动惯性力许可的前提下，尽可能的提高气门的流通能力，即提高气门的时面值。 由于运动惯性力与配气机构的运动质量以及运动加速度有关，改进配气机构主要是减小配气机构的运动质量、摩擦阻力以及优化凸轮型线等，以更有利于配气机构的高速化。 进、排气道的改进也是减小进、排气系统阻力的重要措施之一。 进气道不仅要保证高的流通性能，而且还要满足发动机组织工质运动的要求。 例如，直喷式柴油机中，常通过进气道产生一定强度的进气涡流，以提高可燃混合气的形成，改进燃烧。 这就要求对进气道进行特别的设计。 排气道的改进不仅可以减小排气系统的阻力，对增压 6 机还可以提高废气可利用程度。 此外，进、排气系统中的空气滤清器、排气消音器、以及催化转化器等，在保证主要功能的同时，要尽量降低气体流动阻力，减少对换气过程产生不良影响。 合理确定配气定时，对于实现一个完善的换气过程，进而提高发动机性能是十分重要的。 由于不同的发动机工况对应着不同的最理想配气定时，最理想的情况是实现配气定时随发动机工况变化而实时调节。 “柔性配气定时”，即在各种工况下通过电控实现最优的配气定时，是今后发展的方向之一。 配气定时通过进、排气门开闭时刻和 开闭时间的长短来控制，通常是延迟进气门关闭、提前打开排气门，反映到发动机曲轴转角上即进气迟闭角和排气提前角。 为了获得最佳的发动机性能，在发动机高转速和大负荷下希望进气迟闭角和排气提前角加大，有较大的气门升程和较大的气门叠开角；而在低转速和小负荷下，则希望进气迟闭角和排气提前角较小，有较小的气门叠开角。 轿车上普遍采用这种可变气门正时技术。 汽油机工作时进入气缸的是可燃混合气体，绝热指数与混合气的浓度有关。 较浓的可燃混合气的绝热指数较低，因而发动机的热效率也低。 反之，当可燃混合气变稀时，绝热指数的数值增加，发动 机热效率也将提高，这便是采用稀薄燃烧的理论依据。 适当调稀可燃混合气，能明显降低燃油的消耗 [8]。 发动机的负荷率影响 发动机负荷率通常是指发动机阻力矩大小。 发动机克服阻力矩必须消耗燃油，增加负荷就意味着增加发动机每个工作循环的供油量。 汽油机是通过节气门位置来控制，柴油机是通过喷油泵齿条位置来控制（非电控发动机），因此我们把汽油机节气门不全开或柴油。