汽车运用工程学：影响燃油经济性的发动机结构因素

发动机的热效率直接影响发动机的有效燃油消耗率，影响汽车的燃油消耗量。因而，凡是对发动机的燃烧过程和热功转换效率有影响的因素，都对汽车的燃油经济性有重要影响。

1.发动机种类

与汽油机相比，柴油机的热效率高、有效燃油消耗率较低。现代柴油机的燃油消耗率比汽油机低20%～40%，排气污染较汽油机小。因此，广泛装用柴油机是改善汽车燃油经济性的主要途径之一。

2.发动机的压缩比

汽油机的热效率η与压缩比ε的关系为：

η=1-ε^1-K

式中 K——绝热指数。

增大压缩比，热效率提高，发动机燃油消耗率降低。汽油机压缩比的提高主要受爆燃的限制，同时压缩比提高到一定程度后，不仅对发动机的功率和效率的提高无明显效果，还会增大排气中NO_X的浓度。

改进燃烧室和进气系统，提高发动机结构的爆燃极限；使用爆燃传感器，自动延迟产生爆燃时的点火提前角；采用掺水燃烧抗爆技术；开发高辛烷值汽油等都是提高压缩比的措施。

3.改善发动机燃烧过程

改进燃烧室形状，采用稀薄混合气分层燃烧技术，利用电控燃油喷射系统精确控制供油量等措施，可改善汽油机的燃烧过程，能显著提高燃油经济性，又可降低排放污染。

燃用稀混合气提高发动机燃油经济性的机理是：汽油分子有更多的机会与空气中的氧分子接触，以便完全燃烧；同时，稀混合气燃烧后最高温度和压力降低，缸壁传热损失较少，还可以增大压缩比，提高热效率。但若混合气过稀，燃烧缓慢，发热量及热效率下降；同时，混合气过稀，发动机工作对混合气及分配的均匀性更加敏感，个别缸失火的概率增大。

燃用稀混合气的主要技术措施有：加快燃烧速度；提高点火能量，适当增大点火提前角，延长火花持续时间；清除火花塞附近的废气；汽油充分雾化等。

当前采取的主要措施是快速燃烧技术。快速燃烧技术的实现，主要依靠燃烧室及进气道的设计，例如：火花塞位置的选择、提高进气速度、形成挤压紊流及燃烧紊流等。(www.xing528.com)

为了燃用稀混合气，还可采用分层充气技术，即在火花塞附近的局部区域供给浓混合气，在其他区域供给稀混合气。当浓混合气点燃形成火焰后，在由其产生的高温和强涡流影响下，使稀混合气点燃，并使火焰得以传播。

使用稀薄燃烧技术的汽油发动机，其混合气空燃比可达20∶1以上，甚至高达26∶1。

4.改善进、排气系统

改善进、排气系统的目的是降低进气阻力和排气干扰，提高充气效率。进气管应有足够流通截面，表面光洁，连接处平整，气流转折少且截面突变小，以减少气流的局部阻力。进气门处局部阻力最大，采用多气门结构，可以增大进气充量。同时，进气管断面的形状和尺寸，对燃油的雾化、蒸发和分配影响很大。断面过大，气流速度低，燃油易沉积于管壁，蒸发速率慢，各缸混合气分配不均匀，油耗增大。

5.选择合理的配气相位

配气相位是否合理对于充气系数的变化特性、换气损失、燃烧室扫气作用、排气温度以及净化程度有很大影响。

合理的配气相位与发动机常用工作区相关。配气相位的持续角较宽时，发动机在高速时充气特性好，而低速时充气特性差；持续角窄时，则反之。适当的排气相位角，可充分利用气流的惯性以及排气系统压力波动进行充气。采用电液控制的可变配气相位控制技术，可使配气相位在各种工况下都处于最佳状态。

6.负荷率

若转速一定，当发动机负荷率较高时，其有效燃油消耗率较低。汽车在水平良好道路上以正常速度行驶时，一般只用到最大功率的20%左右，大部分时间都在较低负荷率下工作。因此，在保证动力性的前提下，不宜装用功率过大的发动机，以提高功率利用率。

采用闭缸技术可以改变发动机的有效工作排量，从而改变负荷率，其主要方法有变缸法和变行程法两种。

变缸法即改变有效气缸数目的方法。减少工作气缸数的方法有堵塞进气道和关闭进、排气门两种方法。

变行程法指改变活塞行程的方法。在中小负荷时，缩短活塞行程，使气缸有效工作排量减小。