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汽车节油技术综述

   日期:2012-02-10     来源:中国节能在线    浏览:83    

  随着能源的日渐紧张和对环境保护的日益迫切,节能工作更加深入;同时, 由于工业生产上经济效益需求的提高,作为降低作业成本的直接有效措施,节能 工作也应更前进一步。尤其对我国这样一个发展中的大国来说,如何有效地利用 和节约资源,使之更好地适应国民经济持续、快速、健康发展的需要,已成为我 国一项重要的战略问题。目前,节油技术在汽车设计、制造以及使用方面已得到 了广泛的应用,并朝着多元化的趋势发展。

  一、节油技术的分类与实施

  1.优化设计燃烧系统 内燃机技术的发展在很大程度上与燃烧技术的发展密切相关。 燃烧室结构是 影响燃烧过程的主要因素,它涉及到活塞顶和缸盖的形状,火花塞的位置,进、 排气门的尺寸和数量,以及进气口的设计等一系列问题。设计者对燃烧室形状、 燃烧室布置以及喷射系统进行了优化设计,具体目标是: a)在全部工况下都能实现快速、稳定、连续的燃烧; b)在油门全开时有高的容积效率; c)由燃烧室壁传走的热量损失少; d)排放污染物低; e)抗爆燃性能好。

  2.采用电子点火系统 一些现代新型汽油机已越来越多地采用优化的电子点火系统, 代替了传统的 分电器,最佳点火角可以根据发动机工作范围及一些附加要求(如排放、爆燃界 限或驾驶性能等)计算出来,以实现点火提前角的多维优化调节。 燃烧稀混合气是改善火花点火式汽油机燃油经济性,降低 CO 排放量,特别 是使 NOx 排放符合法规要求的另一有效途径,同时也能放宽所用汽油的种类。 但使用稀混合气会降低火焰传播速度,因此,要对传统的结构进行改进,以使混 合气加速燃烧。目前主要采取的措施有:高能点火系统、空气喷射燃烧系统、火 焰喷射燃烧系统以及分层燃烧等。

  3.优化供油系统 现代内燃机向着提高比功率、 改善燃油经济性和符合环境保护法规的方向发 展,使供油系统有了以下几种发展趋势: a)采用增压技术。这样不仅能提高发动机升功率,还能降低燃油消耗和有害 排放物。 b)改善燃油经济性。为达到这一目的,车用柴油机越来越多地采用直喷燃烧 系统,并要求较高的喷油压力和喷油率。 c)精确控制喷油过程参数。随着电控技术在供油系统中的广泛应用,实现了 内燃机在每个工况点上对喷油过程参数(喷油定时、喷油率、持续时间)的控制, 从而达到了最低油耗,控制了排放污染和噪声污染,使供油系统达到最佳化。

  4.降低机械损失 汽车的机械损失主要包括运动部件摩擦损失和驱动功率损失, 这两大类损失 约占总机械损失的 90%以上,为此,汽车设计者在降低运动副的摩擦系数和提高传动效率方面做了许多工作, 即主要通过减少活塞组、 曲轴与连杆、 配气机构、 传动系统、各驱动装置的机械损失来实现。另外,使用时在润滑油中添加各种减 摩剂,也可使各运动副摩擦系数降低。目前使用的减摩剂主要有二硫化钼、石墨 和有机钼、有机硼、GRT、YGC 节能减摩剂等,还有一些摩擦改进剂,如磷酸 脂、硫磷酸钼、油酸环氧脂等。

  5.采用新材料 为适应汽车轻量化的要求, 轻金属和非金属材料在汽车制造上的使用量逐年 增长, 特别是轿车发动机更甚, 这样可有效地改善车厢布置, 缩小汽车外形尺寸。 目前,在汽车制造上主要使用了一些高强度低合金钢、铝合金、镁合金、塑料、 陶瓷以及一些纤维强化材料。随着新材料、新工艺的不断发展,一些汽车已开始 用铝和其它轻质材料制造保险杠、车厢、车架纵梁、飞轮壳、油箱等,从而使汽 车的有效负载能力有了大幅度的提高。 资料表明, 车重减轻 10%, 油耗可减少 8% -9%,在同样的加速性能下,单位燃油的行驶里程可延长 10%左右。

  6.改善车厢的空气动力性能 通常汽车速度越快,空气阻力也越大,从而消耗在克服空气阻力上的功率也 就越多。在一般车速行驶时,发动机功率的 20%—30%消耗于空气阻力。所以, 无论是对轿车, 还是对载货汽车来说, 都应在车体设计上尽可能地减少空气阻力, 主要采取的办法是: a)设计合理的车身外形。对发动机、前保险杠、水箱、翼子板、挡风玻璃、 车门、车身、车尾形状进行空气动力学优化设计,使整车综合性能达到最佳。 b)加装导流装置。通常在车身上加装导流板、导风罩等,目前还在一些小轿 车上加装了防止因空气浮力而引起汽车牵引力不足的压风板, 在大型货车上使用 了装在牵引车项上的导风板及装在牵引车与半挂车之间的导风罩等。

  7.减少滚动阻力 发动机输出功率的约 30%-40%用于克服轮胎的滚动阻力,在平整路面上, 轮胎的滚动阻力由轮胎空气阻力、轮胎变形阻力、轮胎与路面间的滑动阻力三部 分组成,其中变形阻力占滚动阻力总值的 90%以上。目前广泛采用了子午线轮 胎,它的滚动阻力系数要比一般斜交线轮胎低 25%—30%左右,而且其弹性好, 运动阻力小,在使用中节油效果明显。为了更大范围地减少滚动阻力,轮胎正朝 着高气压比、无内胎化方面发展,并取得了一些积极的进展。

  8.广泛使用汽车诊断与检测技术 现代技术特别是微电子技术极大地促进了汽车诊断与检测技术的发展, 实践 证明,如能及时地借助诊断设备对汽车状态进行诊断,使汽车技术状况经常保持 良好,对于节约能源、环境保护和交通安全具有重要意义。 用现代方法对汽车诊断时,可以在不解体整车的情况下,用专用仪器设备检 测出汽车相关总成和机构的参数、曲线或波形,为进一步分析、判断汽车状况提 供原始数据, 然后再通过计算机进一步对这些数据进行分析、 判断、 贮存、 处理, 从而对汽车技术状况作出正确的结论。可以说,检测控制自动化、数据处理自动 化是汽车诊断与检测技术的发展方向。 资料表明,如能定期诊断汽车废气,并及时对汽车排放加以限制,可使被查 汽车油耗降低 5%左右;相反,点火系如在有故障的情况下工作,则油耗最大可 超过标准的 80%左右。

  9.汽车柴油机化 通常柴油机的热效率要比汽油机高许多,如能广泛地使用柴油机,将会节约大量燃料。柴油机的优点还在于它可以使用纯度比较低、价格比汽油便宜的柴油 作燃料。 据统计, 将汽油机转换为柴油机, 每升燃料的行程里程平均可增加 35%, 同样质量和功率相同的柴油机与汽油机相比,油耗下降 15%-25%。因此,各汽 车制造商都积极地增加柴油车的比重, 可以预测, 将来会越来越乡地在载货汽车、 小客车和小轿车上采用柴油机。

  二、节油技术的合理选用

  节油技术的选用除了按照效费比这一综合经济性指标衡量其选用是否合理 外,还可从以下几方面选择。

  1.按功效选用 根据节油技术的功效选择适当的节油技术,如在节省柴油方面,苦发动机工 作以重负荷为主,可选用重负荷工况区段节油效果好的项目,如乳化柴油、惯性 增压等。若发动机工作以中轻负荷为主,则可选用整个工况区段都具有节油效果 的节油技术,如磁化柴油等。 如果从提高发动机功率角度选择。 可选用惯性增压、 磁化柴油、 进气喷水等。 如果从环保要求选择,可选用磁化柴油、乳化柴油等。

  2.按季节选用 高温、干燥的季节,可选用能够强化冷却的一些节油技术,如进气喷水、乳 化柴油等,而在低温、潮湿的季节,则不宜采用上述技术。 风冷发动机、废气涡轮增压柴油机往往热负荷高,发动机容易过热,影响工 作效率和可靠性,可选用有强化冷却作用的节油技术。 城市内的汽车对排放污染要求较高, 其发动机可选用减少排放污染效果突出 的节油技术,又由于汽车对防火安全要求较高,可选用具有一定安全防火作用的 节油技术(乳化柴油等)。 一些发动机自身具有一些不足的工作特性, 可有针对性地选择节油技术补偿 其不足。

  3.按地域选用 不同的地域特点,导致不同的甚至相反的节油技术选择。这主要表现在南方 的炎热和北方的寒冷上南方温度高,一些兼有强化冷却作用的节油技术效果较 好;而北方寒冷,则宜选用具备预温加热的燃油系统。这不仅可以收到节油的良 好效果,还可解决发动机的高温散热不良或低温起动困难的问题。

  4.提高驾驶员的技术水平 提高驾驶员的技术水平也是降低汽车燃油消耗量的重要途径之一,据测定, 驾驶技术高的驾驶员比一般水平的驾驶员可平均节油 8%-10%。 主要应从以下几 个方面注意: a)保持合理的行车速度; b)冷车起动时避免延长发动机升温时间; c)避免不必要的怠速运转; d)行驶中应尽量避免突然加速和减速; e)正确掌握变速时机; f)正确使用空调制冷系统。 汽车制造商在对发动机和底盘零部件等进行综合优化设计研究的同时, 也在 积极地研究和开发各种代用燃料,研制各种新型的发动机。我们相信,随着新材 料、新技术的发展,并通过广大汽车设计、制造人员的不懈努力,汽车节能技术必将有一个更大的发展和提高。

 
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