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提高发动机燃油经济性的研究

摘要

科技进步和经济的发展使人们的生活水平日益提高。

汽车这种交通工具作为经济发展的标志,与人们的关系越来越密切。

然而,汽车在给生活带来种种方便的同时,也造成了环境污染,带来了噪声、温室效应等一系列问题。

目前,科学家们已经开发了天然气、液化气等多种可供汽车使用的清洁燃料。

除此之外，还可以研制先进的发动机、汽车的燃油经济性、驾驶行为和发动机的维护、轮胎的合理使用以及合理的政策的引导，使汽车的使用愈发经济环保。

关键词：

汽车经济性；发动机；燃油；轮胎

Abstract

Echnologicalprogressandeconomicdevelopment,people'slivingstandardsareimproving.Thismodeoftransportvehiclesasasignofeconomicdevelopment,andpeoplearegettingcloser.However,thecarintotheconvenienceoflife,butalsocausedenvironmentalpollution,bringingthenoise,thegreenhouseeffectandotherissues.Currently,scientistshavedevelopedanaturalgas,liquefiedpetroleumgasandothercleanfuelsformotorvehicles.Inaddition,Youcanalsodevelopadvancedengine,Vehiclefueleconomy,Drivingbehaviorandenginemaintenance,Therationaluseoftires,andreasonablepolicyguidance,sothatcaruseincreasinglyeconomicenvironment.

Keywords：

Automotiveeconomy;engine;fuel;tires

目录

1前言1

2发动机节能技术发展1

2.1提高指示热效率1

2.2提高机械效率1

2.3发动机与汽车的经济性匹配2

2.4运用多种技术提升汽车的燃油经济性2

2.4.1采用多气门机构2

2.4.2采用可变配气系统技术2

2.4.3汽油机稀薄燃烧技术2

2.4.4采用增压技术3

3燃油经济性概述4

3.1燃油经济性指标4

3.2提高汽车燃料经济性措施4

3.2.1汽车燃料的选用4

3.2.2润滑油的合理使用5

3.2.3汽车维护技术5

3.2.4新能源汽车6

4提高发动机燃油经济性措施6

4.1技术上改善燃油经济性的措施6

4.1.1采用空燃比控制系统7

4.1.2通过压缩比改善经济性7

4.2发动机维护与燃油经济性8

4.2.1检查火花塞8

4.2.2清理空滤器8

总结10

参考文献11

致谢12

1前言

科技进步和经济的发展使人们的生活水平日益提高。

汽车这种交通工具作为经济发展的标志,与人们的关系越来越密切。

然而,汽车在给生活带来种种方便的同时,也造成了环境污染,带来了噪声、温室效应等一系列问题。

目前,科学家们已经开发了天然气、液化气等多种可供汽车使用的清洁燃料。

除此之外，还可以研制先进的发动机、汽车的燃油经济性、驾驶行为和发动机的维护、轮胎的合理使用以及合理的政策的引导，使汽车的使用愈发经济环保。

下面就从以上这几个方面来展开，浅析汽车使用的经济性。

2发动机节能技术发展

在我国及欧洲,汽车的燃油经济性是指每行驶一百公里所消耗燃料量的升数（L/100km）或公斤数（kg/100km）。

提高发动机的指示热效率、机械效率与汽车传动系的机械效率,减小汽车行驶阻力以及发动机、底盘与道路三者的合理匹配,是改善汽车燃油经济性的基本途径[1]

2.1提高指示热效率

采用直喷式柴油机，由于热力循环的不同致使汽油机的指示热效率比柴油机的低20%，实践证明,使用油耗要比汽油车低30%左右,而且维修费用低。

采用废气涡轮增压回收废气能量，废气涡轮增压是利用发动机排气能量来提高进入气缸内新鲜充量的密度,以提高平均有效压力,从而达到提高功率降低汕耗的目的。

增压后燃油消耗率一般下降5%。

究其原因,是减少了相对传热损失与泵气损失,提高了指示热效率与机械效率改善燃烧过程,提高燃烧效率，采用电子控制柴油机的喷射系统,汽油机的空燃比与点火正时,可变配气正时等都有利于提高热效率。

减少传热损失——开发绝热发动机，提高热效率的另一种办法是开发无需冷却系统的绝热发动机,它可将冷却损失的能量转换成为有效功。

随着工业陶瓷的迅速发展,发动机的受热零件大都能用陶瓷制造。

2.2提高机械效率

减少活塞环数目，减少运动件之间的摩擦损失，控制最佳的润滑油工作温度，保持着良好的技术状态

2.3发动机与汽车的经济性匹配

对发动机、底盘、道路三者进行合理匹配Ricardo公司研究人员犷通过汽车模拟研究发现,如发动机与变速器匹配得当,其燃油经济性能理论上可提高30%。

改变发动机工作气缸数目，汽车大多数时处在低,中等负荷下运行,而在高负荷下运转的时间很少。

可变工作气缸数目发动机是根据汽车使用工况的不同,通过中断停止工作的气缸供油或断路充量更换的方式改变多缸机的工作气缸数目。

2.4运用多种技术提升汽车的燃油经济性

2.4.1采用多气门机构

增加进排气门流通面积，从而减小了进排气阻力，提高了充气效率；可以使火花塞中央布置，以缩短火焰传播距离，提高发动机的抗爆性，因而可以采用更高的压缩比，提高汽油机的燃油经济性。

2.4.2采用可变配气系统技术

控制发动机充量交换过程的特性参数主要是三个：

气门开启相位，气门开启持续角度和气门升程[2]。

进气门开启相位提前，一方面为进气过程提供了较多的时间，特别有利于解决高转速时进气时间不足的问题；另一方面，气门叠开角增大，有更多的废气进入进气管，随后又同新鲜充量一起返回气缸，造成了较高的内部排气再循环率，可降低油耗和NOx排放，但同时也导致起动困难、怠速不稳定和低速工作粗暴。

进气门关闭相位推迟，一方面在高转速时有利于利用高速气流的惯性提高体积效率；另一方面在低转速时又会将已经吸入气缸的新鲜充量重又推回到进气管中。

气门升程增大，一方面在高负荷时有利于提高体积效率；另一方面在低负荷时又不得不将节气门关得更小，造成更大的泵气损失和节流损失。

2.4.3汽油机稀薄燃烧技术

稀薄燃烧是提高汽油机燃油经济性的重要手段[3]。

近些年来，对以分层稀薄燃烧缸内直喷汽油机和均质压燃汽油机为代表的新型稀薄燃烧模式的研究，极大地提高了汽油机的燃油经济性

稀薄燃烧的优缺点

稀薄燃烧的优点：

稀薄燃烧系统能使有效的燃油发挥出最大的效率，使汽油机燃烧室内的燃烧更加完全，不但大大地降低了汽油机的燃油消耗率，也大大地改善了汽油机的尾气排放。

缸内直喷式汽油机（GDI）超稀薄空燃比的利用和工作方式的改变有不少优点，如取消节流降低了泵气损失，燃油蒸发引起了缸内温度的降低，提高了汽油机可工作的压缩比；燃油在进气行程中对进气的冷却，提高了充气效率等。

这些优点可以使发动机的燃油经济性提高25%左右，动力输出也比进气道喷射的汽油机增加了将近10%。

GDI发动机除了温室气体CO2排放较少外，由于其冷却启动迅速快捷，很少需要冷启动加浓，因而可以大幅度降低冷启动时未燃碳氢（UBHC）的排放。

稀薄燃烧的缺点：

1、成本高，由于稀薄燃烧系统的结构较为复杂，对喷油系统的要求也相当严格，使喷油系统的结构也较为复杂，由此使制造成本明显增加。

2、NOx排放量增加，NOx虽然采用了较稀的空燃比，因气缸内的反应温度较低而降低，但由于分层混合气由浓到稀将不可避免地出现过量空气系数为1附近的偏浓区域，会导致这些地方的NOx生成增加。

另外，较高的压缩比和较快的反应放热率也会引起NOx的升高。

一般来说，缸内直喷式汽油机在稀空燃比工作条件下造成的富氧气氛使得传统的三元催化转换器的转化效率降低，同时排气温度较低也不利于它的起燃，限制了它在缸内直喷汽油机上的应用。

稀燃催化剂的开发将直接影响到GDI发动机NOx排放问题的解决。

2.4.4采用增压技术

发动机增压后，平均指示压力大大增加，而其平均机械损失压力却增加不多，因此，机械效率提高；

由于增压适当加大了过量空气系数，使燃烧过程得到一定改善，其指示热效率往往也会有所提高；增压机大多作泵气正功，也会使指示热效率提高；

如果增压和非增压发动机功率相同，则增压发动机可以减少排量，显然，这样使机械损失减少，燃油消耗率降低。

另外，由于发动机排量减少，整台发动机体积、质量都会减少，这样降低整车油耗也有利；

发动机采用增压后，还可以在保证原有功率和一定转矩下，适当降低转速。

这样，由于机械损失和磨损减少，对改善燃料经济性有利。

由于增压柴油机有较充足的过量空气系数，有害气体排放量（HC、CO）一般为非增压机的1/3～1/2；

由于增压适当加大了过量空气系数，使燃烧过程得到一定改善，其指示热效率往往也会有所提高；如果采用增压中冷技术，可显著减少NOx排放；

而发动机增压也是有其缺陷性的，发动机增压时要防止增压器超速及增压压力过高。

涡轮增压器超速可能损坏压气机及涡轮旋转零部件，造成严重事故。

增压压力过高则可能使汽油机发生爆燃；使柴油机机械负荷及热负荷过高。

3燃油经济性概述

汽车燃料经济性是在保证汽车动力性的基础上，以尽可能少的燃料消耗完成单位运输工作量的能力。

通常用汽车行驶100 公里所消耗的燃料量来评价,由于汽车运输中燃料消耗的费用占总费用的42 %左右,所以燃料经济性的提高就意味着汽车运输成本的下降和经济效益的提高。

由于汽车的燃料消耗量与发动机类型、结构设计、制造工艺水平、调整状态、燃油品质、道路条件、交通状况、气候、驾车技术等许多因素有关,因此,燃料经济性的指标要根据道路试验或检测台试验结果来评定,也可以通过理论分析进行估算。

3.1燃油经济性指标

评价指标用来评价各种车型的燃料经济性,在我国通常用汽车行驶100公里所消耗的燃料升数,即L/100km作为计量单位,记作Qs。

汽车在运行使用中,其燃料的经济性指标是运行燃料消耗量指标,它是运输企业根据国家、地区或企业标准给驾驶者下达的完成某一运输生产任务所用燃料量的控制标准。

运行燃料消耗量的计算按道路及交通情况、环境温度、海拔高度、载重数量的不同组合,分为不同运行条件。

求出同一运行条件的燃料消耗量,然后将不同运行条件的燃料消耗量相加,得出总运行燃料消耗量。

3.2提高汽车燃料经济性措施

3.2.1汽车燃料的选用

现用的汽车燃料有汽油和柴油两种，在提高汽车燃料经济性方面只要注意各车种对两种燃料的合理选用就可，因此对该两种燃料不做叙述。

一下主要叙述的是新能源对提供汽车燃料经济性的作用：

氢燃料：

是一种可再生的永久性能源，他可以用各种一次性能源，如太阳能、核能从水中分离出来。

氢燃料热值高，为汽油的2.08 倍。

氢燃料发动机点火能量低，燃烧传播速度快，低温启动性能好，燃烧排放物主要是H2O、O2、N2和少量的NOX，是极为理想的节能环保的燃料。

氢燃料的主要问题是沸点低，液态储存成本高，使用时易出现早燃、回火现象。

优良的使用性能使氢燃料最具有发展前景，但要取代汽油仍需解决许多关键技术，大量的氢通过何种方式制取仍是研究的核心问题。

甲醇：

甲醇具有高辛烷值、低污染无排烟等特点 ，其完全燃烧，可减少20%-50%的HC排放，颗粒物及NOX排放也很低，但甲醇毒性很大，有腐蚀性。

主要是从天然气、石油和煤炭中提取，其生产过程是从能源的一种状态转换到另一种状态，能源利用率低，无法大规模制取。

乙醇：

乙醇为清洁生物能源，他可以从谷物、纤维素等可再生资源中产生。

纯乙醇具有非常低的碳氢化合物和有毒物排放，因此，乙醇是理想的清洁燃料。

现阶段的主要问题是制作成本高，约是汽油的两倍，故有待发展。

二甲醚：

二甲醚十六烷值高，燃烧性能好，动力性能好。

其燃烧排放无黑烟，排放物中NOX 含量极少，CO 和HC 的含量也明显低于目前的优质汽油。

二甲醚在常温、常压下是气态，可加压变成液态，易于储存。

随着二甲醚制作工艺发展，二甲醚将成为柴油发动机理想的替代燃料。

液化石油气：

液化石油气辛烷值较高，常温下是气态，与空气混合均匀，燃烧比较完全，可大幅降低CO和HC有害物的排放，基本上不排黑烟，且所排气体无气味。

但液化石油气对发动机要求较高，动力性较汽油机差。

由于其对环境污染小，因此现阶段在城市的士上得到广泛应用。

生物柴油：

生物柴油可用菜籽油等植物油加工制取，为可再生性能源。

生物柴油十六烷值高，燃烧性能好，低温启动性能好，润滑性能好，零点低。

但燃烧时容易生成积碳。

生物柴油为清洁能源，含硫量低。

其柴油车尾气中有害物质为普通柴油的1/10，颗粒物为20%，CO、CO2 的排放量仅为10%，SO2为30%。

由于生物柴油有如此好的综合性能，因此在北美和欧洲有广泛应用。

3.2.2润滑油的合理使用

选用合适粘度的润滑油。

在润滑油粘度的选择上许多人错误地认为,高粘度的润能形成较厚油膜,因而能增强润滑效果,减少磨损。

其实不然,高粘度的润滑油低温起动性和泵送性差,起动后油速度慢,磨损反而会加剧。

实验表明,发动机的磨损约有2/3发生在启动时的非完全流体润滑程中,因此,为保证可靠润滑,要选用粘度适当的润滑油。

及时更换润滑油。

添加机油与更换机油是两个不同的概念。

添加机油发生在机油消耗达到一定程度时进行,而更换机油只发生在发动机定期保养时进行。

在整车运行一段里程或时间后,由于各种原因导致机油的性能全面下降,不再能够可靠保证发动机的良好运行和正常寿命,而必须采取更换发动机机油的措施。

3.2.3汽车维护技术

良好的车况是汽车节油的基础。

发动机技术状态、汽车底盘技术状态都会影响汽车燃油经济性。

因此日常的维护和保养对汽车的节油有着重要的影响。

如果保养得当,汽车能节油15%～20%。

在汽车的保养方面还要保证汽车的表面的清洁可以减少汽车的运动阻力,四轮定位的正确、保养“三滤”、按要求更换机油等都可以减少燃油的消耗。

使用汽车要求使用的汽油也是提高汽车燃油经济性的主要方面。

3.2.4新能源汽车

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料，但采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。

新能源汽车包括有：

混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV）、燃料电池汽车（FCEV）、氢发动机汽车以及燃气汽车、醇醚汽车等等。

4提高发动机燃油经济性措施

4.1技术上改善燃油经济性的措施

汽车发动机的节油和车身轻量化或者汽车风阻系数不同，后两者车主对其办法不多，但我可以采取很多办法对汽车发动机进行控制，以达到节油的目的。

与汽车发动机相关的节油技术涉及两个方面，一个是司机的驾驶习惯，一个是发动机技术上的一些局部的改装。

相对而言，司机的驾驶习惯只需要长时间的实践就可以掌握，因此，个人观点：

在提高燃油经济性对策的问题上需要汽车厂商对技术的不断追求。

值得庆幸的是在油价不断攀升，能源不断枯竭的大环境之下，各汽车制造商不断追求着汽车产品的高经济性。

以北京车展为例,东风日产轩逸通过XTRONICCVT无级变速器实现燃油经济性。

其所搭载的XTRONICCVT无级变速器不使用传统的齿轮传动,而是根据车速和路况自动连续调整速比,克服了传统自动变速箱加速时的能量损耗,实现无缝加速,既降低能耗,又能防止油耗水平的大幅变化,有利于稳定整个驾驶过程中油耗水平。

采用可变气门正时及升程电子控制系统,在保证扭矩增加的同时能最大限度地提高燃油的燃烧效率,同时综合采用各种新技术,以达到高效节油的目的,这使CIVIC拥有2.0L级的动力,油耗却只有1.5L级。

借鉴先进的发动机技术,自主品牌企业尝试利用各种手段降低油耗。

长城哈弗CUV柴油车匹配了采用电控高压共轨技术的“智能节油王”INTEC柴油发动机,较汽油机油耗降低30%-40%。

奇瑞展出一款命名为1.9DTCI柴油发动机,它融合了TCI技术、高压共轨直喷技术、EGR系统等数项先进技术,最大限度地减少废气和发动机噪音。

其燃油消耗量较点燃式汽油机减少40%-45%,满足欧IV排放标准。

就目前的发展而言,混合动力车无疑是目前最切实可行的降低油耗手段。

油电混合动力车融合电动汽车和燃油汽车的优点,较好地满足了汽车低排放、低油耗、高性价比的综合要求。

当然其他技术的出现同样可以达到降低油耗的目的,譬如先进内燃机技术、CVT无级变速器等。

新技术不断推陈出新并不代表那些相对成熟的技术没有改进的余地，一下是几点具体例子：

4.1.1采用空燃比控制系统

举一种空燃比控制系统的方案的硬件设计：

空燃比控制系统由电子控制单元ECU（ElectronicControlUnit）、传感器及信号处理电路、执行器及驱动电路3部分组成（见下图）。

传感器部分包括氧传感器、冷却水温传感器,并从与分电器断电器相连接的接线柱上取得转速信号。

加热型氧传感器安装在三元催化转换器的前面,这种氧传感器在汽车启动后能够迅速达到工作温度。

执行部分为电磁补气阀,补气阀进气端接在空气滤清器下,出气端接在化油器节气门后,是1种一定频率的占空比阀,阀开和关由占空比决定,占空比大,阀的开启时间就长,补气量就多;反之则少。

因此调节占空比就可以调节量。

4.1.2通过压缩比改善经济性

目前国内的轿车发动机都是高速汽油发动机，发动机的热效率越高燃油利用率越高，也就越省油。

而发动机的热效率随压缩比的增加而增加，现在轿车汽油发动机压缩比一般在9.3-10.5之间。

同时，还采用配气系统可变装置（可变气门升程、可变凸轮轴转角、可变进气管长度等）和稀燃技术，来达到节油目的。

4.2发动机维护与燃油经济性

车辆因发动机保养不良造成的故障占总故障的50%。

可见发动机保养对延长车辆使用寿命能起到至关重要的作用。

当然也会给你减少不必要的损失，要不怎么会有“以养代修”这个说法。

不仅仅是在常规的保养期限内要进行发动机的养护，在驾驶经过一些特别潮湿或者粉尘特别大的地区时，都要对发动机的相关部件做一些检查保养。

4.2.1检查火花塞

检修火花塞是一件非常重要的事，而其重点就是检查电极部分的燃烧颜色,从电极的燃烧颜色可以判断发动机运转的情形。

1检查电极的烧蚀颜色

从电极的燃烧颜色可以判定发动机的工作状态是否正常。

火花塞在一定的工作温度范围内是具有自我清洁功能的；假如是使用指定热值的火花塞，而且电极部位是变成黄褐色时，即表示火花塞是在正常温度范围工作；如果电极变成冷白颜色则表示燃烧过度。

2检查各汽缸电极是否完全燃烧

对多缸．发动机而言，除了特殊情形（如燃烧条件或冷却条件因汽缸不相同者）外，各汽缸火花塞的燃烧颜、色应基本上是一样的。

因此，通过比较各汽缸火花塞燃烧的颜色，可以判断发动机运转是否正常。

检查时必须把各汽缸的火花塞卸下，然后并排在一起进行比较检查。

3检查电火花

在装配火花塞之前。

务必检查电火花，即确认一下火花塞跳火的情形。

当点火系统发生故障时（包括火花塞），那么在检查火花后即能判断哪个部位出了问题，而且能够查出发动机无法启动的原因。

如果使用．的火花塞不能进出火花，可以装上另一个火花塞后再检查火花情况。

假如是火花塞本身发生问题，当然无法进出火花。

如果不是，那么一定是；火花塞之前的高压电有问题了。

在操作中，对于掉在地上的火花塞，要检查是否将侧电极摔变形，如果有此种情况，在其它部位没有摔坏时，可用改锥将侧电极撬开并使其恢复原状。

4.2.2清理空滤器

燃油太脏空气受阻易增加燃油消耗，空气滤清器的作用是净化进入气缸内的空气，如果加油超过标准和燃油太脏，都会阻碍空气畅通，从而造成燃油消耗增加。

试验证明，如燃油太脏，油面太高会增耗燃油20％以上，因此要注意经常保养[7]。

1泡沫滤芯的维护

拆下空气滤清器盖，取出滤芯滤芯导向件。

用压缩空气吹除网板上的尘土，检查滤清泡沫，如果缺损或损坏，应更换。

如果太脏就应用溶剂清洗，可用挤压的方法除去滤芯中多余的溶液，注意不要损坏滤芯。

将机油涂抹到滤芯的表面，保持滤芯的湿度，但不可滴油。

将各部件按拆卸相反的方向安装即可。

2纸质滤芯的维护

取出滤芯，在平坦表面上轻松拍打，使其清洁。

如果很脏，更换滤芯，或者在无泡沫洗涤剂中清洗用流水经网眼面彻底冲洗，直至流出水变清，使用前将滤芯直立，彻底晾干。

此外，纸质滤芯不可用石油溶剂清洗，如煤油、汽油，否则会损坏滤芯，更不要烘干纸滤芯。

总结

燃油标识的实行，国内油价上调的预期以及油价日益与国际接轨，将使小排量车型与省油车型更受消费者青睐，新能源汽车的发展将进入一个新的时期和高度，燃油经济性将成为2010年的新卖点。

在这种市场背景下，新能源汽车的商业化或将得到极大的推动。

国家发改委汽车专家组组长王书林对媒体透露，《新能源汽车发展规划》预计今年3月正式颁布。

这样，新能源汽车产业将获得纲领性的政策指导。

对于新能源汽车，企业也开始给予越来越多的关注，各个企业都提出了针对性的发展规划，更有少数企业将在今年开始新能源的商业化道路。

汽车燃油经济性是一个汇集综合因素的技术指标，但它只能反映运行成本的问题，不能代表汽车的优劣，耗油高并不说明汽车差，耗油低也不说明汽车好，因为汽车的优劣还与汽车的安全性、舒适性有关，而这些性能往往与燃油经济性相冲突的。

在我看来，汽车的发展是动力性、舒适性以及经济性的完美结合，在现阶段燃油危机的环境之下，燃油经济性在汽车设计中的成分势必增加，至少近阶段如此。

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