汽车引擎节能减排的几种方法

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■断缸/熄火技术

断缸技术，是内燃机发展过程中，面对油耗问题而开发的一项重要技术。这项技术可以使汽车在不需要大功率输出的巡航模式中停止发动机2个或更多汽缸的工作，来达到节约燃油的目的。目前市场上通用、克莱斯勒和本田的一些车型，已经具备了这样的功能。

2009-6-13 20:19与之近似的快速起停技术，可以在发动机处于怠速停车的情况下，自动关闭发动机；需要前进时，再以最短的时间让发动机恢复运转。运用这项技术的汽车一般都能节约10%的燃油消耗。这项技术本是属于混合动力技术中的一个部分，现在已经被一些厂家扩展到非混合动力汽车中。丰田在日本版的威姿中就使用了这项技术。

■汽油直喷技术

当前，在内燃机上被看作是能大幅节约燃油消耗的一项技术就是汽油直喷。这项技术改变了在进气道内喷射燃油的传统模式，改由喷油器在燃烧室内直接喷射。

其实，早在上世纪50年代，奔驰就研制出性能非常可靠的汽油直喷机型，但当时高昂的成本使其难以被市场接受。直到上世纪90年代中期，三菱才再次开发了配装直喷发动机的车型销售。现在大众的2.0T四缸发动机、克莱斯勒3.6升V6发动机和宝马的双涡轮增压直列6缸发动机都是直喷技术的代表。

现在已经属于大陆集团的西门子威迪欧曾对外宣布，其直喷系统在同等动力表现的情况下能够将油耗降低20%。

■小排量发动机

全球的汽车行业在这个问题上都已达成一致，那就是汽车公司将把更多精力放在发展小排量发动机上。

除了连续爬坡和从静止快速并入高速公路的情况下，大多数汽车只需要其发动机最大动力的一小部分。更小、更轻的发动机有很多优势，比如更低的摩擦损耗，更低的自重，以及更小巧的外形―――便于工程师进行汽车部件整体布置。

在不让驾驶者感到力不从心的前提下，如果用一个4缸发动机来代替6缸发动机，能够有效节省发动机舱内空间，可以给外形设计师更多自由度，来改善车内乘员的空间和设计更符合空气动力学。

一个让4缸发动机动力表现得像6缸甚至8缸发动机一样的方法，就是对其进行强化。通过皮带或齿轮驱动的机械增压、废气推动的涡轮增压，都能在有限的燃烧室内充入尽可能多的空气，来强化发动机的动力。

福特公司相信，未来在更小的发动机上通过使用直喷和涡轮增压技术来提升动力将成为趋势。福特对外宣布，在新的林肯大型轿车上推出的Eco-Boost技术，能够使一台V6发动机发出最大250kW的功率并具备非常强的扭矩，这个动力和以前的V8发动机相当，但油耗却只相当于普通的V6发动机。

2009-6-13 20:19福特公司产品技术全球公关经理表示，驾驶这辆装有Eco-BoostV6发动机汽车的人，能够享受到和以前大排量发动机一样的驾驶乐趣。福特预计在未来5年内，每年将会有50万辆装有Eco-Boost技术的4缸和6缸车被售出。

同时，整车企业将生产更多的应用双级涡轮增压（一个主要工作在低转速区，一个主要工作在高转速区）和机械、废气混合增压的发动机。在欧洲，大众的1.4升双涡轮增压直喷发动机，达到了130kW的最大功率。

先进的内燃机和混合动力技术并不相斥。相反，更小、更高效的发动机和电动机配合组成的混合动力系统，能够将以石油作为燃料的传统发动机的效率推向极致。

■柴油机

面对目前全球日益紧迫的能源形势，最现实的解决方案就是将柴油机应用在乘用车上。在欧洲，柴油轿车已经非常流行。而美国人却一直没有真正接受它。
柴油轿车在燃油利用率、续航里程和耐用性方面有着先天优势。同时在同等体积和排量的情况下，柴油机比汽油机拥有更好的扭矩表现。但微粒排放、工作噪声和较高的成本也一直是困扰柴油机的几个问题。

尽管柴油机可能最终会被别的技术取代，但现在越来越多的柴油轿车开始进入美国市场。2010款的奔驰E320Bluetec轿车将在2009年登陆美国的50个州。奔驰还计划将Bluetec柴油发动机装在销往美国市场的运动型多功能车上。

奔驰的Bluetec技术通过使用一种尿素溶液，将尾气中的氮氧化物还原成氮气和水。这种溶液的消耗量大约为柴油消耗体积的1%~2%。所以用户平时不用自己补充这种溶液，而等到去经销商处保养时再进行补充。

奥迪也表示，将在美国的50个州推出柴油版Q7SUV。本田宣布，开发出了一种新型的接触反应装置，能够取代使用尿素溶液的方法来实现排放达标，这种技术将被应用在2009年发布的阿库拉柴油豪华车上。

■其他节能方式

在努力开发高效汽油机和柴油机的同时，汽车厂家也积极采取其他措施来获取个位数的燃油效率提升。这些方法包括，使用更轻型的材料来降低车重、选用低能耗的LED发光体来替代高能耗的卤素灯泡、采用电动助力转向和电子油门来取代传统的液压助力和拉线油门等。

通过采用电力驱动来代替发动机直接驱动水泵、机油泵、风扇等系统，也能提高能量的利用效率。仅电动助力转向取代液压助力转向一项，就能提高3%的燃油利用率。

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马自达公开新一代发动机和自动变速箱，2015年之前燃效提高30％

　　马自达面向媒体召开了“环境技术说明会”，介绍了该公司的CO2减排措施。会上，以2011年投入实用为目标正在开发、燃效得到大幅提高的新一代发动机和自动变速箱首次亮相，成为了说明会的亮点。

　　马自达公布了到2015年使该公司产品在全球的平均燃效比2008年提高约30％的目标。满足了日美欧日益严格的燃效规定和CO2排放排放规定。现在，在日本的汽车市场上，混合动力车销售势头良好。但马自达认为“到2015年，市场上销售的汽车大部分仍为发动机车”（该公司），因此，该公司决定首先通过彻底改善基本组件提高燃效。

优化五个控制因素

　　具体措施除了将2011年以后投产的新一代汽油发动机和新一代柴油发动机的燃效分别提高约20％外，还包括将同期投产的新一代自动变速箱（AT）的燃效提高4～7％。与此同时，2011年以后投入使用的车款还将通过更新底盘，使车体重量减轻100kg以上。借助以上措施，平均燃效将提高30％。虽然发动机和变速箱在漫长的历史中得到了不断完善，“但详细研究的结果显示，改善尚有余地”（该公司专务执行董事羽山信宏）。

　　首先看发动机燃效的提高，提高内燃机燃效时可以控制的因素有五个：①膨胀比、②热容比、③燃烧期＆时机、④风量控制、⑤负载和摩擦系数，通过分别优化这些控制因素可以提高燃效。

　　其中，汽油发动机存在膨胀比低、燃烧耗时长、泵气损失大的问题。为此，新发动机采用了可变气门机构，在以压缩比为基准扩大膨胀比的同时，通过直喷化等措施改善了燃烧室内的气体流动，从而缩短了燃烧时间，但详细情况还不清楚。借助以上措施，使混合气体在活塞上止点附近瞬间燃烧，有效转变为动力成为了现实。而且，在直喷化的作用下，泵气损失也大幅减少。

图1：正在开发的新一代汽油发动机（a）吸气端，（b）排气端。组合的变速箱为正在开发的新一代自动变速箱（AT）。(点击放大)

　　新一代汽油发动机目前已经完成了二次试制，发动机燃效比过去高12～15％，实现了与现有柴油发动机相当的目标（图1）。

　　一般来说，如果以膨胀比为基准降低压缩比，那么，延迟关闭进气阀就会造成吸入风量减少，导致输出扭矩下降。与此相比，马自达通过改进吸气系统、采用4-2-1形式的排气管等方式提高了吸排气效率，使低速扭矩也得到了15％的提高。在扭矩的提升方面，该公司也将通过提高燃效等方式，实现提高20％的目标。

另一方面，柴油发动机的课题在于燃烧期长和燃烧时机差。传统柴油发动机的燃烧期长，而且燃烧时机是在活塞经过上止点相当一段距离后。因此燃烧能无法有效转换为动力，燃效较差。如果燃烧在上止点附近瞬时结束，那么燃效就能大幅提高。

　　实际上，马自达此次开发的新一代柴油发动机的特点在于能够在上止点附近喷射大量燃料，使其瞬时燃烧。一般来说，这种燃烧方式会导致NOx增加。马自达是怎样解决这一问题的呢？该公司解释说，详细观察燃烧室内的燃烧情况可以发现，在过去的燃烧中，燃料与空气没有充分混合，燃料颗粒附近的燃烧温度上升，而且会产生燃烧气体积尘，以颗粒形式排出。

　　与之相比，新一代柴油发动机通过改善燃料和空气流动促进了二者混合。从而实现了整体均匀燃烧，避免了局部高温，抑制了NOx的产生，而且颗粒的产生量也比较少。

　　一般看法认为，在今后，为了符合欧洲Euro 6、日本后新长期规定，柴油发动机需要配备NOx吸附还原催化剂，成本上升不可避免。而马自达新一代柴油发动机的目标则是在不使用此类后处理装置的前提下减少NOx，成本甚至还要低于现在的柴油发动机。

　　目前，一次试制发动机已经完成（图2），燃效比现有发动机高15 ％，没有达到20％的目标，但是，在二次试制发动机中实现目标的计划已经成形。

图2：正在开发的新一代柴油发动机（a）吸气端，（b）排气端。为了在低负载区域保证足够的吸气量而组合了二级涡轮。涡轮后安装有DPF（柴油颗粒过滤器），提高了净化效率。(点击放大)

在8成区域实现锁定
　　最后，新一代AT的特点是燃效优于以往AT，而且实现了与DCT（Dual Clutch Transmission）相当的变速速度。DCT以手动变速箱机构为原型，因此存在轴方向长度大于普通AT的难点，但新一代AT的轴方向长度反而小于现有AT。

　　新一代AT大幅提高燃效归功于锁定区域远远大于现有AT。在JC08模式下比较，现有AT的锁定区域仅为48％。而新一代AT可以达到78％。众所周知，减少锁定离合器滑动的区域可以提高传动效率，但是在过去，锁定离合器存在着快速缔结时有较大振动产生的瓶颈。

　　因此，马自达聚焦于控制因素——离合器的材质和形状，对能够抑制振动的组合进行了研究。随着能够抑制振动的组合的发现，前面介绍的扩大锁定区域成为了现实。
　　锁定区域扩大后，扭矩转换器作为起动离合器的定位更加明确，所需的容量随之缩小。因此，扭矩转换器可以实现小型化，缩短了轴方向的长度。

（鹤原吉郎）

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