汽车发动机的能效与环保性能研究

庄月芹

摘 要：随着城市化进程的不断加快，越来越多的人选择汽车出行，汽车的生产和应用为人们的生活提供了极大的便利，但是由汽车尾气等所导致的环境污染问题也越来越严重。发动机作为汽车的核心部件，其决定着汽车的能效，同时其设计工作也关乎汽车环保性，因此汽车发动机能效与环保性兼具成为当前研究的重点，本文将一次为基础，对汽车发动机节能原理进行分析，提出汽车发动机保持能效和提升环保性的措施，以及未来发展趋势，旨在为相关人员提供参考借鉴价值。

关键词：汽车发动机 能效 环保性

1 引言

在我国社会经济、科学技术不断提高的背景下，汽车保有量逐渐上涨，汽车市场发生了翻天覆地的变化，而发动机作为汽车中的核心部件，也随之出现极大改变，但是汽车发动机的飞速发展也为环境带来了负担，据调查研究可知，现阶段由汽车燃烧石油所排放的废气造成的空气污染问题已逐渐成为污染环境有害气体的主要来源，通过对汽车保有量较多国家空气污染情况研究来看，超出一半以上的空气污染问题都是由汽车尾气排放造成的。为了应对这一问题，就需要加快汽车发动机技术的更新，在保证汽车发动机能效的同时，提升其环保性，促进可持续发展，推动汽车发动机技术与节能减排、保护环境共同发展，促进我国汽车行业发动机制造技术不断更新换代。

2 汽车发动机节能原理

2.1 提升充气效率

第一，降低空气供给系统的流动损失。有效降低发动机空气供给系统流动损失的方式主要有两种，一种是降低发动机进气门位置的流动损失，另一种是使发动机进气管道整体的流动阻力减小（在对发动机内进气总管和进气歧管进行设计时，需要注重其表面的光滑性，同时尽可能少设计弯道，管路拐弯的幅度同样要降低，此外还需确保流动截面大小满足需求。除此之外，还需要在保障空气过滤器拥有充足过滤功效时，改良其内部結构，进一步使进气阻力降低）。

第二，尽最大努力防止进气受到加热。新鲜空气进入后的受热源属于汽车发动机中的高温部件，因此在对发动机进气系统进行设计时，要尽量减小与高温部件大面积接触的情况，尽量降低进气系统与高温部件之间的接触面积。与此同时，发动机进气系统材料挑选方面，需要注意选择导热性强的材料。

第三，使排气系统阻力降低。排气系统阻力降低主要分为以下几点。首先，使充气效率提升，从而提高发动机动力性能。其次，运用科学合理的方式对发动机进气门迟闭角位置进行控制，以保障发动机燃烧室扫气时间充分，从而使各个零件的热负荷减小，保障发动机能够正常的运行。再次，合理化把控发动机排气提前角，以此来保障排气温度的符合相关标准规定。最后，严格把控发动机排气门重叠角，提高发动机整体经济效益和价值。

2.2 降低机械损失

第一，使润滑系统的润滑成效提升，进一步使发动机中活塞以及连杆等零件的摩擦减小。

第二，在润滑油选择时，优先选用高品质润滑油，以此来使润滑油流动阻力降低，从而达到减小机械损失的目的。

第三，在摩擦零件选择时，要确保其科学性、合理性，以保障发动机机械损耗能够得到有效降低。

3 汽车发动机节能环保技术

3.1 稀燃技术

稀燃技术在汽车发动机系统中的应用过程中，会出现空燃现象，而理论空燃值则是与空燃现象相对应的数值。具体来讲，稀燃技术的应用主要是通过不断增加发动机内的空燃值，使实际的空燃值超出理论空燃值，以此来实现发动机节能环保的目标。稀薄燃烧不仅能够使发动机的石油燃料得到更加充分的燃烧，而且还能够使发动机换气所带来的损失情况不断降低，进而提升其整体能效，为汽车发动机带来更高经济效益，进一步降低汽车尾气排放量。汽车发动机中应用稀薄燃烧技术能够有效提高发动机燃烧的经济效益，这主要是由于，处在稀混合中的汽车油分子和空气氧分子之间接触的概率将会大大提升，从而促进充分燃烧，除此之外，稀混合气在发动机中的应用，不会是气缸内产生较高的温度和较大压力，因此不容易引发爆炸风险，并且还能够提高发动机能效。该技术在汽车发动机的应用可以总结出三个核心点，分别是高压缩比、分层燃烧以及高能点火，当前稀燃技术在汽油汽车发动机能效提升中已经得到了广泛应用。

3.2 增压技术

汽车发动机中应用增加技术能够进一步提升发动机的能效和环保性，属于汽车发动机关键技术中的一种，其主要增压形式能够分为两种，即涡轮增压和机械增压。当前汽车发动机最常见也最常用的增加方式使涡轮增压，涡轮增压顾名思义，其主要是借助涡轮增压器实现对发动机内部空气的压缩，以此来使发动机进气量增加。涡轮增压的主要运行原理为：发动机在运作过程中，除了产生能量之外，还会产出相应废气，在废气的惯性作用下，涡轮器的涡轮将会随之转动，同时带动同轴的叶轮转动，使发动机中的空气得到压缩，从而实现增压的目标，最后当空气输送至气缸中后，发动机转速将会不断提升，气缸中空气送入量将会持续上涨，在大密度空气压力的影响下，发动机的染料便能够得到更加充分的燃烧，从而且汽车提供更多动力，进一步提升发动机能效。相较于普通发动机而言，在发动机中应用涡轮增压技术能够使发动机输出功率得到强化，最多比之前提升约五分之一，此外，在涡轮增压技术的影响下，发动机排放量和能源消耗将会减小，排放量减小能够有效降低有害废气对环境造成的影响，从而提升发动机的环保性。

3.3 燃油掺水节油技术

汽车发动机中应用燃油掺水节能技术的应用原理为，在保障燃油总量不变的情况下，将一定量的水加入到汽车燃油中，使燃油中有害物质的产出率降低，同时能够减少发动机的烟雾排放量，使因燃油而造成的空气污染问题减少，从而实现发动机环保发展的目标。

3.4 可变进气歧管技术

可变进气歧管又被称为电子控制单元，此外其还是人们在日常生活中所指的车载电脑。当汽车发动机运行时，其转速和负荷将会受到多种因素的影响而出现改变，可变进气歧管技术则通过利用发动机这一特性实现节能减排、保护环境的目标。其具体的应用原理为：当汽车发动机转速和负荷发生变化的过程中，发动机内气道长度将会出现一定程度的变化，而在发动机转速增大或是负荷降低的变化下，气道长度的增加将会使发动机整体进气流动量上涨，从而会使气流出现增速情况，进一步提升发动机的充气效率，若此时发动机内部处在良好燃烧环境中，那么其输出效率将会大幅增加，与之增加的还包括转矩。

3.5 可变压缩比技术

在汽车发动机中应用可变压缩比技术能够实现发动机高动力输出和低能源消耗的发展目标。高负荷区域内应用可变压缩比技术，能够有效抑制爆震问题的出现，以保证发动机的安全稳定运行。低负压区域内应用高压缩比技术则能够使发动机热效率得到明显提升，使发动机油耗降低。发动机压缩比在一定程度上决定着燃油经济性和排放行。在自然吸气发动机运行过程中，可以降低压缩比进行合理化提升。若发动机使用了进气增压技术，那么当压缩比处于低负荷状态中时，则可以压缩比可以根据实际情况适当降低。当发动机负荷不同时则需要对应不同的压缩比，以进一步降低发动机爆燃几率，使汽车发动机的动力性能和燃油经济性能进一步提升。

3.6 汽油压燃技术

现阶段汽车发动机中最常见且最为先进的技术之一就是汽油压燃技术，改技术中融合了汽油发动机技术以及柴油发动机技术，其能够充分发挥两种不同发动机的优势作用，不仅能够确保压燃热效率提升，而且还能够进一步提高经济油耗运行区间范围。压燃技术在汽车发动机中的应用逐渐代替的传统的点火发动机系统，汽油压燃技术的应用主要是借助发动机内部的不断压缩，使可燃混合气在高温高压环境下自燃，从而达成发动机的点火、做功等工序。相较于传统点燃式发动机而言，汽油压燃技术在汽车发动机中的应用，具备高压缩比、高燃烧效率以及耗油量低等许多优势特性。除此之外，在汽油压燃技术与发动机稀薄燃烧技术的充分融合下，发动机缸内温度会发生改变，其温度远低于传统发动机缸内温度，因此其能够有效避免发动机出现无用热量散失问题，从而实现提升燃油使用效率的目标，使发动机油耗有效降低，在其能效提升的同时，保障其经济性和环保性。与此同时，稀释混合器还能够有效减小燃烧温度，从而提升工质比热比，降低热损失问题，与此同时还会使发动机的原始排放量大大降低，提升热效率，提高其经济价值。

3.7 混动技术

能源消耗属于现阶段汽车发动机技术研发中需要重点考量的问题之一，随着人们环保意识的不断提升，新能源汽车的发展和应用不断加强，在此背景下，混合发动机技术不断提升。国内外越来越多的汽车制造商提高了对于混合发动机技术的研究和应用力度。混动发动机技术的主要应用原理为：对相关辅助动力单元和电动机进行有效整合，从而确保汽车发动机能够从中获得充足的动力，通常情况下来看，辅助动力单元所属微小发动机机组中的一类，相较于传统发动机技术而言，混动技术能够有效减小发动机的体积，并且在其中发动机属于主要动力来源的负责对象。与此同时，将混动技术应用于汽车发动机中能够有效提升发动机的工作时长，并且其不会制造较多噪音和污染。

4 汽车发动机未来发展趋势分析

4.1 提升能效的同时兼顾环保性发展

在传统发动机中，柴油发动机属于最常见的一种，其主要原料为柴油，在柴油的作用下为汽车提供动力，柴油发动机在实践应用过程中展现出功率大、效率高、适用范围广以及经济实惠等诸多优势作用，但其在应用阶段同样存在一定缺陷，例如应用柴油为原料的发动机在使用过程中所排放的废气中有害气体含量较高，这些气体不仅会对人体造成危害，还会对环境和空气造成污染，因此，发动机未来生产和设计过程中，需要加强对汽车尾气排放控制和净化等相关方面重视力度。未来汽车发动机的发展必定会朝向节能环保、降噪、合理排污以及减小能源消耗等绿色可持续方向发展，这主要是由于，当前环境污染和保护、能源消耗问题已经成为全球各行各业关注的重点内容，同时也是我国未来需要着重解决的主要问题之一，未来进一步保障汽车发动机技术的稳步运行，相关工作人员需要在时代发展的背景下，设计出更加高效且环保的汽车发动机。

4.2 发动机轻量化发展

燃油问题同样是汽车发动机未来研究的重点问题，通过对燃油实际状况观察，可以得出，当燃油质量越轻时，其工作效率将会越高，并且其油量消耗将会更低，从而能够实现降低能源消耗，绿色发展的目标，因此未来发动机技术将会重点考虑燃油问题。除此之外，发动机材质同样是未来发展需要重视的问题，发动机轻量化发展，不仅要保障发动机性能，而且还要降低发动机重量。

4.3 机身减小且降噪化发展

在经济社会飞速发展背景下，汽车成为人们出行的首选工具，且汽车保有量不断提升，人们对汽车的更方面性能提出更高要求，除了要拥有良好的性能之外，还需要汽车能够满足人们的不同需求，因此当前“小”型发动机出现在人们的视野中。汽车发动机体积的减小要以不改变其功能性为前提，甚至需要不断提升其功能性，因此这对于相关工作人员而言也是一种考验，研究人员不仅要对发动机内部进排气门、燃烧系统以及内部气缸等核心技术进行改良和优化，而且还要减小发动机体积，以满足使用者的个性化需求。汽车发动机体积的不断减小，代表着汽车重心将会降低，由此一来，驾驶人员对于汽车稳定性和行驶速度的把控将会提升，同时还能够提升对汽车系统控制的精确性，进一步保障驾驶人员的生命安全，此外，汽车行驶过程中所产生的噪音也将能够得到有效的控制，使行驶噪音降低，實现降噪化发展。

4.4 机劲且持久发展

汽车中发动机属于核心关键部位，其存在的目的是为了为汽车提供充足的动力，保障汽车正常运行，由此可见，发动机实际功率大小将直接影响到汽车实际行驶速度以及运行效率，为此，在未来发动机研究中，技术人员需要注重对发动机持久性和强效性整合研究，不断提升发动机实际运行效率和运行实践，增加发动机运行功率和扭矩，以此来推动我国汽车行业的稳步发展。

4.5 油电混合发展

随着环境保护以及可持续发展战略的不断落实和发展，汽车环保性问题受重视程度越来越高，为了满足人们需求以及环保要求，汽车发动机逐渐朝向油电混合方向发展，油电混合技术的应用推动了混合动力发动机技术的改革和发展。在我国科学技术不断进步的背景下，电动汽车凭借其环保等诸多优势得到了飞速发展，与燃油类汽车不同，电动汽车主要由驱动系统、电池组、控制系统以及其他辅助性动力系统所组成。与传统发动机相比，油电混合发动机最为突出的优势特性为，其能够在降低油量消耗的同时，提升发动机的应用经济效益，除此之外还能够提升驾驶性能。现阶段油电混合发动机在使用中仍旧需要用到柴油、汽油等为原料，但在汽车的加速和起步阶段主要是由电动马达完成，这便是油电混合技术油耗降低的主要原因。

5 结束语

总而言之，在现阶段汽车行业飞速发展下，发动机技术的创新和发展受重视程度越来越高，在各种发动机技术中，其能效和环保性提升依旧是现在和未来汽车发动机技术研究的重点领域，同时未来汽车发动机技术也将朝着这个方向发展。理想化的发动机技术，不仅具备较高的经济性能，而且还不会产生较多汽车尾气，为此，相关研究人员需要强化对汽车发动机技术研究，不断创新发动机技术，促进其能效提升，降低能源消耗，同时减少对环境的污染，为我国汽车行业发展奠定良好基础。

参考文献：

[1]吴铭良.汽车发动机生产制造的节能实践[J].节能与环保，2022，（07）：39-41.

[2]宋永刚;宋扬.能环保型单发动机的专用汽车动力系统研究[J].专用汽车，2021，（10）：67-69.

[3]高立志.汽车发动机的节能减排技术分析[J].时代汽车，2021，（08）：22-23.

[4]曾曦.汽车发动机的发展与新技术分析[J].科技风，2020，（18）：13.

[5]李树会.汽车发动机技术发展趋势研究[J].内燃机与配件，2019，（21）：40-41.

[6]李栋.当代汽车环保与节能技术的开发[J].农机使用与维修，2018，12）：10-11.