2013年第3期
国外内燃机
降低汽油机二氧化碳排放的极限潜力
(第1部分）—
机械方法
【德】
FlierlR LauerF SchmittS
SpicherU
57
摘要：德国Kaiserslautern理工大学和Karsruher工艺技术研究所介绍了进一步降低汽油机燃油耗和二氧化碳排放的可能性及其极限，评价和比较了以化学计量比均质混合气运行的汽油机，并使用了可变气门机构优化工作过程的热力学方法。为此，将划分凸轮轴相位调节器、非连续气门升程转换器和全可变气门系统之间的应用界限。此外，还介绍了汽油机无节流运行中气缸切断的节油潜力。
关键调：汽油机降低燃油耗降低二氧化碳排放
1起因
多年来，在内燃机的进一步发展过程中，人们致力于降低燃油耗和二氧化碳（CO，）排放的研究。随着新欧洲行驶循环(NEDC)中CO；排放新限值及公司平均燃油耗超标罚款法规的实施，促进人们不断采用新技术，但至今对于大量生产而言，成本依然过高。因为纯电动车无法满足当今社会对机动性的要求，免不了要使用内燃机作为增程器，因而有必要进一步提高内燃机的效能。
在这种情况下，汽车制造商开发了各种新技术，并加大了应用步伐，因此，评估各种技术降低燃油耗及CO，排放的潜力就显得尤为重要和必要。在大多数情况下，应根据汽油机不同的排量、功率和排放限值来选择降低燃油耗的技术，因面公开发表的试验研究结果不能直接进行相互比较。本文对各种技术
进行了对比，其中有些燃油耗值是估算的。 2原始状况
采用2.0L4缸自然吸气汽油机和1.6L4缸涡轮增压汽油机作为比较的基础，这两种汽油机都装备了进气凸轮轴相位调节器。在近似的NEDC工况中，观察自然吸气汽油机在转速2000r/min、平均有效压力0.2MPa下的负荷工况点，以及涡轮增压汽油机在转速2000r/min、平均有效压力0.3MPa 下的负荷工况点。图1示出了各发动机在这些负荷
工况点所达到的燃油耗值。 3气门升程可变系统
气门升程可变系统能根据设计要求使1个或几万方数据
气门升程
气缸切断 410动机转速2000/ming
380 360
油消耗率/ 350
2340 320 310 3005
0o9
节流调节运行，2.0L量产发动机
排气持续期107°CA，平均有效压力0.2MPa +
节流调节运行，1.6L量产发动机
排气持续期100°CA，平均有效压力0.3MPa
08
90
100
110
进气持续期/"CA
120
130
图1采用节气门调节运行时的燃油消耗率
个气门完全静止不动，基至可选择一种或几种升程曲线，例如本田汽车公司的Vtec系统".或Audi公司的AVS系统23]。使用有利于部分负荷时按变换等级缩短进气门开启持续期的凸轮型线，能够减少相应特性曲线场范围内的换气功，此时，可以使用部分进气门升程、进气门相位调节器和节气门调节发动机负荷。根据部分进气门升程设计的不同，能够在某个特定的运行工况点实现无节流负荷调节，而根据小凸轮开启持续期设计的不同，它处于相应较高或较低的负荷。
假如将进气门升程或开启时刻都设计成固定不变，则有可能对某个运行工况点是最佳的，但是，仅顾及到固定的负荷工况点就失去了意义。因此，为了区分气门转换系统与其他代用技术之间的效果差异，就必须评估NEDC工况的燃油耗。图2示出了 1款1.6L汽油机采用双凸轮轴相位调节器、汽油直接喷射和各种节油方案及其配装于轿车后在NEDC 中的CO，排放量，不仅查明了采用Univalve机械式全可变气门机构时的燃油耗值，而且也弄清了采用气门升程可变系统时的节油效果。