汽车节能环保新技术

汽车节能新技术综述

能源对任何一个国家来说都是至关重要的。汽车虽然给人类带来了文明，但也带来了负面影响，诸如日益枯竭的石油资源，排放大量的废气废物以及产生的严重后果，这些都是汽车工业所面临的迫切需要解决的问题，汽车节能减排技术正是在解决这些问题的同时不断取得进步的。

汽车节能技术主要分三大类：一是对传统内燃机技术的改进，二是整车节能技术，三是新能源汽车技术。

发动机节能是汽车节能技术的关键，而发动机节能技术的核心是提高发动机的燃烧效率，提高热效率。要提高发动机的热效率，关键是组织好进、排气过程，喷油过程，燃烧过程，减少各种损失。在这一方面的技术主要体现在改进汽车动力系统上，其通过对传统内燃机技术的改进来达到节能减排的目的。主要措施有：提高压缩比、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、增压中冷技术、电控燃油喷射技术、高压共轨技术、直喷技术、稀燃技术、优化燃烧过程、可变进气技术、改善进排气过程、绝热发动机技术等。

整车节能技术主要有：汽车传动系统匹配优化、减小空气阻力—汽车空气动力学设计、整车轻量化以及各种对行驶系、制动系的改进。

新能源汽车是指使用汽、柴油以外燃料的汽车，如：液化石油汽车、天然气汽车、醇类燃料汽车、二甲醚汽车、电动汽车和混合动力汽车等。

以下是对一些重要技术的阐述。

电控燃油喷射系统

（一）电控汽油机燃油喷射技术的发展史

1967年德国博世公司推出D型Jetronic模拟式汽油喷射系统。1973年博世公司推出L型Jetronic汽油喷射系统，由于采用了测量空气流量的方法控制喷油量，提高了控制精度。同时还开发出机械式汽油喷射系统。1979年博世公司推出了集点火与喷油于一体的Motronic数字式发动机综合电子控制系统。在这期间美国GM公司的DEFI、FORD公司的EEC，丰田公司的TCCS 纷纷出场。这些都是综合控制的电子系统。1995年美国在轿车上全部采用电控汽油喷射系统；欧洲的轿车采用汽油喷射系统的占90％以上。目前汽车工业发达的国家在汽油车上均采用汽油喷射系统，以满足日益严格的排放要求。

（二）电控汽油机燃油喷射系统的优缺点

与化油器式发动机相比，汽油喷射系统具有以下优点：

1、提高了发动机的充气系数，从而增加了发动机的输出功率和扭矩。

2、可均匀分配各缸燃油，减少了爆震现象，提高了发动机工作的稳定性。

3、提高了汽车冷起动性能和加速性等驾驶性能。

4、能根据发动机负荷的变化，精确控制混合气的空燃比，适应发动机的各种工况，使汽油燃烧充分，降低油耗，减少排气污染，。

电控汽油喷射系统的缺点在于价格偏高、维修要求高。

（三）电控汽油机燃油喷射系统的组成与工作原理

1、电控汽油机燃油喷射系统的组成

按其部件功用来看，主要由进气系统、燃油控制系统和电子控制系统三部分组成。

2、电控汽油机燃油喷射系统的工作原理

电控燃油喷射系统采用各种传感器，它们将发动机的负荷、转速、加速、减速、吸入空气流量和温度、冷却水温度等变化情况转换成电信号，然后把这些电信号输入到计算机控制系统（电子控制单元ECU），ECU根据这些信号与存储的信号进行精确计算后，输出一个控制信号去控制喷油阀的开启时间和持续时间，实现对喷油器喷油量的控制,从而使发动机始终具有一个最佳的空燃比。

高压共轨电控柴油喷射系统

柴油机排气中包含各种成分，除基本成分CO2，H2O，O2以及N2等外，还包括CO，HC，NOX，微粒及醛类等。这些成分的质量总和在柴油机排气中所占的比例虽然还不到1%，但它们大部分是有害的，或有强烈刺激的臭味，有的还有致癌作用，因此被列为有害排放物。

随着世界各国工程机械、运输车辆等数量增加，柴油机排放的尾气已经成为对地球环境的主要污染原因之一，为了保护环境，要求降低柴油机污染物的排放。高压共轨电控柴油喷射技术是目前能够较为成功的控制柴油机污染排放的新技术之一。

（一）共轨电控柴油喷射系统的发展

柴油机燃油喷射系统是影响燃烧过程的重要因素，传统的喷射系统由于结构和原理等限制，不能很好的提高喷射压力和达到理想的喷射速率特性来改善柴油机缸内的燃烧，因此，柴油机电控喷射系统逐渐发展起来。

在传统的喷射系统基础上首先发展起来的电控喷射系统是位置控制系统，称之为第一代电控喷射系统。第二代电控喷射系统基于电磁阀的时间控制系统。第三代电控系统是高压共轨系统，被世界内燃机行业公认为20世纪三大突破之一，将成为21世纪柴油机燃油系统的主流。

（二）高压共轨电控柴油喷射系统的优点

共轨式喷油系统于二十世纪90年代中后期才正式进入实用化阶段。高压共轨电控柴油喷射系统可实现在传统喷油系统中无法实现的功能，其优点有：

1、共轨系统中的喷油压力柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能。

2、可独立地柔性控制喷油正时，配合高的喷射压力（120MPa～200MPa），可同时控制NOx 和微粒在较小的数值内，以满足排放要求。

3、柔性控制喷油速率变化，实现理想喷油规律，容易实现预喷射和多次喷射，既可降低柴油机NOx，又能保证优良的动力性和经济性。

4、由电磁阀控制喷油，其控制精度较高，高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象，因此在柴油机运转范围内，循环喷油量变动小，各缸供油不均匀可得到改善，从而减轻柴油机的振动和降低排放。

（三）高压共轨电控柴油喷射系统的基本组成和工作原理

1、高压共轨电控柴油喷射系统的基本组成

高压共轨电控燃油喷射系统的基本组成主要由高压油泵、共轨腔及高压油管、电控喷油器、电控单元ECU以及各种传感器和执行器等组成，它是一种将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的供油方式，

2、高压共轨电控柴油喷射系统的基本工作原理

电动燃油泵从油箱将燃油泵入高压油泵的进油口，由发动机驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨腔内，通过对共轨腔的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，再由电磁阀控制各缸喷油器在相应时刻喷油，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。其中ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于共轨腔的压力和电磁阀开启时间的长短。

其它的节能环保技术

（一）Recuporation （再生制动能量回收)

车辆在制动或减速过程中耗费多余的能量，将这些能量回收U用则能够降低车辆的能量消耗，使燃油经济性进一步提高。Reeuporation(再生制动能量回收)技术的目标就是为实现最大限度地回收利用原本可能浪费掉的多余能量。当驾驶员油门踏板或施加制动，车辆减速，产生了多

余的能量，再生制动能量回收系统将多余的能量回收，在发电机控制单元的调节和控制下，将发电机的电压升高，给电池系统进行充电，将多余的能量以电能的形式回收储存。该系统还控制在车辆加速或匀速行驶时降低发电机的电压，甚至完全关闭发电机，以降低发动机负载，从而提高燃油经济性。为实现再生制动能量回收，能量管理系统和发动机控制系统的软件要专门进行开发和改进。

（二）冷却废气再循环(EGR)技术

EGR技术是将发动机排出的一小部分废气(10%～20%)通过进气管与新鲜空气混合后再度进入气缸参与燃烧，实现废气再循环,破坏有害气体(NOX)高温富氧的生成条件,减少NOX的生成。同时，对其使用冷却技术，将回流废气冷却后送入气缸可进一步降低废气温度，降低燃烧峰值温度，使NOX排放更小。

EGR技术可分为内部EGR和外部EGR。内部EGR通过改变配气正时实现,该系统不需外加其它设备，结构简单，应用方便，但由于是在进气行程内直接开启排气阀使废气回流，因此难以精确控制EGR率；外部EGR技术对原机改动小、设计自由度较大，可以通过电控单元ECU控制EGR率，实现智能控制，所以较为常用。

现在，EGR技术在国外汽车上使用较多，汽油机EGR技术已经比较成熟；EGR在柴油机上的应用也正在推广。有一些汽车上已经把EGR与其它技术相结合，如结合发动机电控多点喷射加三元催化技术，排气后处理技术（如微粒过滤器及再生技术、氧化催化反应等），高压共轨燃油喷射技术，可变几何截面的增压技术等来改善发动机整体性能使柴油机整体排放性能达到最佳。

(三)增压中冷技术

发动机增压就是向发动机提供压力高、密度大的新鲜空气或混合气，从而可以明显地提高发动机的动力性能，降低比油耗及排放。中冷则是降低压缩后气体的温度。因此，发动机采用增压中冷技术后，循环温度降低，滞燃期缩短，燃烧更完全，从而减少排气中有害成分HC和NOX 的生成，降低微粒的排放。

目前，增压方法主要有废气涡轮增压、机械增压和气波增压三种方式。其中废气涡轮增压器主要是由涡轮和压气机组成，它与柴油机没有机械传动联系，柴油机排出的废气经排气管进入涡轮，对涡轮作功，涡轮叶轮与压气机叶轮同轴，从而带动压气机吸入外界空气并压缩后送至柴油机进气管。增压中冷柴油机在压气机出口和柴油机进气管入口之间增设中间冷却器（简称中冷器），使压缩后的空气的温度下降，密度增大。增压中冷可以在柴油机的热负荷不增加甚至降低，以及机械负荷加不多的前提下，大幅度地提高柴油机的功率，降低有害物的排放。

由于废气涡轮增压方式与机械增压、气波增压方式比较，结构简单，工作可靠，在柴油机上得到普遍采用，其他两种增压方式基本不使用。

（四）微粒过滤器

柴油机微粒过滤器，可将排气中微粒捕捉不使其排出机外，再利用催化剂、氧化器、燃烧器等进行分解、燃烧。这利装置可将柴油机排气中有害物微粒减少70%～90%。

用来捕集微粒的过滤器的材料有许多种，常用的有金属丝、堇青石、陶瓷泡沫、陶瓷纤维及编织陶瓷纤维等。这些材料的过滤机理包括碰撞及吸附机理、惯性截流机理和扩散拦截机理，使得排气通过过滤器时，将微粒收集在滤芯中，较清洁的排气排入大气中。随着运行时间的增加，过滤器中的微粒聚集过多，排气背压要上升，影响发动机的功率及油耗。因此，必须定期清除沉积在过滤材料上的微粒。

清除沉积在过滤材料上的微粒的过程为过滤器的再生。它的基本原理是微粒发生氧化反应变成CO2，随排气一起排入大气。目前，采用的再生技术有进气节流、催化反应及燃油添加剂、额外喷油燃烧、电加热、微波再生技术等。

（五）催化净化装置

催化净化装置是一种内部装有催化剂的装置，装在发动机的排气管中。催化剂能使发动机排气中的有害成分加速转变成无害成分。催化净化方法有两种，一种是催化氧化法，它以铂、钯、黄金、钴、镍等金属及其氧化作为催化剂，使有害成分CO和HC氧化成无害成分CO2和H2O。另一种是催化还原法，它以碱金属，钴铬合金作为催化剂，使有害成分NOX还原为N2和O2。

目前催化净化装置有氧化催化反应装置和三元催化反应装置。氧化催化反应装置仅依靠氧化反应降低有害成分CO和HC，柴油机和汽油机都适用。三元催化反应装置是氧化与还原反应同时进行，能使CO，HC和NOX同时都转化为无害气体，它要求发动机的空燃比精确地控制在理论空燃比附近的最佳范围内，以保证同时对三种有害成分高效率净化，因此，三元催化反应装置一般与燃油电子喷射发动机一起使用，用氧传感器检测排气中的氧浓度，反馈控制发动机的空燃比范围。由于柴油机排气中残留的氧量较多，使氧传感器的控制不灵敏，故三元催化反应装置一般不用于柴油机，而只用于汽油机。

（六）采用代用燃料

当前，世界石油制品的消耗量逐年上升，石油资源日益枯竭，积极寻找并研究代用燃料已成为降低有害物排放、保护环境的另一个方向。