降低汽车燃油耗的摩擦学技术

降低发动机燃油耗和减少二氧化碳排放是满足日趋严格的排放法规要求的必经之路。针对降低发动机燃油耗的课题,以发动机周边零部件为中心,着重介绍丰田汽车公司开展的摩擦学相关研究。就利用摩擦学技术降低燃油耗的具体方法,阐述了在优化气缸内圆面（工作表面）、改进活塞组件、优化气门机构及曲轴轴承等方面采用的新技术和新工艺,评价了上述技术措施对降低燃油耗及二氧化碳排放的效果。同时指出,即便是当代先进的内燃机。在利用摩擦学技术与手段优化其内部摩擦及降低燃油耗方面．仍具有很大的发展潜力。     

汽油机技术的10年回顾

在过去的10年中，汽油机的动力性能、燃油经济性及排放性能都得到了稳步发展。尤其是汽油机的燃油耗每年降低的幅度超过2％，这为降低二氧化碳排放作出了极大贡献。实现这些进步的关键技术是直接喷射的燃油喷射系统、可变气门配气机构，以及高效率的催化装置。预计汽油机技术今后将进一步得到稳步发展。     

活塞的表面处理工艺

对车用发动机来说,降低二氧化碳排放和改善燃油经济性是重要的课题。鉴于发动机活塞要求减轻质量和降低摩擦,介绍了用于活塞第1道环环槽和活塞裙部的表面处理工艺,这些技术有利于活塞的轻量化和降低摩擦。     

通过优化热管理降低涡轮增压直接喷射汽油机的二氧化碳排放

在Behr、Behr—Hella热管理和AVL三家公司共同合作的项目中,为降低涡轮增压直接喷射汽油机的二氧化碳排放,对各种热管理技术进行了试验研究。通过对外部废气再循环的冷却,能在发动机典型的工作点部分负荷时使燃油耗降低5％,在全负荷时由于避免了加浓而使燃油耗下降18％。在实际运行中可节省燃油约6％。在暖机阶段,通过停止冷却液的供给使新欧洲行驶循环中的燃油耗进一步降低约3％。此外,发动机试验表明,通过按工况控制的节温器在不同的负荷点改变冷却液温度（最大为10K）能进一步挖掘降低燃油耗的潜力1．4％。     

燃料着火性对预混合压缩着火燃烧特性的影响

研究目的是为预混合压缩着火燃烧方式建议一种最适宜的燃料特性。在一台单缸试验发动机上探讨了燃料着火性对废气排放和燃油耗的影响。研究结果表明，降低燃料着火性（十六烷值）可以增加预混合周期，因而不容易形成碳烟，并可将着火时刻向上止点延迟。所以，可以在改善排放和燃油耗的同时扩大柴油机的工况范围。     

2013年型Accord轿车用2．4L直列4缸汽油机的开发

全新开发的2．4L带智能可变气门正时及升程电控系统的4缸直喷汽油机是本田公司下一代机型,应用了带多孔高压喷油器的直喷系统,实现了低二氧化碳排放和高功率输出。对气缸盖进气道和燃烧室形状、喷油器喷雾形状,以及燃油喷射控制都进行了优化,以确保形成均质混合气,实现稳定、高效的燃烧。全新的发动机结构使摩擦也得到降低。新型发动机的功率和扭矩都增加10％,燃油耗则降低5％。配装新发动机的2013年型Accord轿车配合高效率无级变速器,以及改进后的底盘,使组合行驶工况燃油耗降低11％,并达到美国加州空气资源委员会排放法规中准零排放车级别的排放要求。此外,新结构的发动机减轻了质量．并通过优化气缸体刚度。使噪声一振动一平顺性性能优于旧机型。     

Audi公司新一代1．8L增压燃油分层喷射汽油机（第2部分）——混合气形成、燃烧过程和增压

Audi公司已将卓有成效的EA888型4缸汽油机系列的第3代机型——1．8L增压燃油分层喷射汽油机投放市场。这种汽油机经不断地降低摩擦功率、优化燃烧过程,以及采用单涡道涡轮增压器和电动废气放气阀等新的增压技术,进一步提高了有效功率和燃油。效率,并能满足全球未来最严格的废气排放标准要求。介绍了新机型的混合气形成、燃烧过程和增压。     

运用换气技术降低发动机二氧化碳排放

2008年,欧洲汽车制造商联合会主动提出降低汽车燃油耗或二氧化碳（CO2）排放量,由此其成为各国排放政策和用户关注的焦点。BMW公司在高效动力学开发策略下已提前开发出降低CO2排放的新技术,因而新出厂汽车的废气排放水平已低于协议规定的排放限值。在增压发动机上,换气系统的设计也对降低CO2排放作出了贡献。     

有利于降低发动机燃油耗的活塞裙部表面处理工艺

降低发动机零部件的摩擦,减少其机械损失是降低燃油耗的重要手段。活塞裙部表面涂层及典型的表面处理工艺对降低摩擦及磨损具有重要作用。介绍在活塞裙部形成覆膜的典型工艺,以及各种表面处理工艺和表面改性技术的原理与效果,也阐述新型涂层工艺的实际应用及其发挥的重要作用。     

符合美国环保署第4阶段过渡性排放法规的小型柴油机的开发

与其他发动机相比,柴油机具有燃油利用率高和燃油耗低的优势,现已作为各种工程机械的动力装置被广泛使用。但另一方面,相关的排放法规逐年收紧,针对额定输出功率56～75kW的柴油机,2012年美国环保署（EPA）公布实施第4阶段过渡性（InterimTier4）排放法规,与之前的法规相比,该法规规定的颗粒排放量被要求降低到原来的1／20以下。因此,三菱重工公司开发了D04EG型柴油机,以进一步降低排放和燃油耗,满足EPAInterimTier4排放法规的要求。     

通过朗肯循环充分利用载货车柴油机的废气能量

全球排放法规限值收紧、不断提高的燃料价格和未来对二氧化碳排放的调控，都要求载货车柴油机进一步降低燃油耗，例如通过优化热管理。Behr公司与AVL公司和ZF公司合作开发了一种废气余热回收系统，能使燃油耗下降约5％。     

机车活塞环抗磨损性能试验研究

用CETR摩擦磨损试验机对机车镀铬活塞环和铬陶瓷复合镀层活塞环的摩擦学性能进行了试验研究,试验结果表明,这2种活塞环虽然摩擦因数基本一致,但铬陶瓷复合镀层活塞环的磨损量不到镀铬活塞环一半,对应缸套磨损量也有所降低,其磨损机理为轻微磨粒磨损,缸套少量块状剥落,明显优于镀铬活塞环。铬陶瓷复合镀层活塞环具有的优良耐磨性能,可在铁路内燃机车上得到推广应用。     

利用进气流控制降低燃油耗和排放的研究

近年来，车用发动机不断追求高功率和低燃油耗，所以对能二者兼顾的可变进气流技术进行了模拟计算（流体动力学计算）和实机试验。通过部分阻挡进气歧管，使进气流偏向，从而改善燃烧和燃油耗，并用实车道路试验来验证改善燃油耗的效果。关于排放，以减少冷起动HC排放为目标，进行配组试验。特别是通过测量燃烧辉光，从表示油滴燃烧状况的后辉光分布与HC的关系着手进行分析。部分阻挡进气歧管后强化了空气流动，使燃油液滴分布明显偏向，致使HC排放增加，但形成能抑制油滴壁面附着的进气流时，发现后辉光和HC有所减少。     

降低发动机二氧化碳排放的减摩技术

在车用发动机的开发中，改善燃油经济性、减少二氧化碳排放、降低发动机组件的摩擦等都是有待解决的重要课题。基于发动机减摩的常用策略，即降低滑动部位的摩擦因数，降低滑动摩擦部位承受的载荷，缩小滑动部位面积等，介绍近年来发动机减摩技术应用的部分实例，并评价其效果。同时，阐述降低机油泵及辅机皮带传动部件摩擦对发动机减摩的作用及其潜力。     

小型4缸汽油机系列的设计和升级改进（第2部分）

BMW公司和PSA公司合作开发成功一种1．4～1．6L的小型汽油机系列。这种先进的汽油机系列除了采用全可变气门机构、双涡道增压器、可调式机油泵和冷却水泵之外，还进一步改善了燃烧过程，减少了泵吸损失，降低了曲柄连杆机构和配气机构中的摩擦功率，同时不断地挖掘减少摩擦损失的潜力，使得所有机型的扭矩特性曲线更为丰满，燃油耗显著降低。2010年又进行了升级改进设计，在改善动力性能的同时，其燃油耗和排放大幅度降低，令世人所瞩目。这种集成了当代最先进技术的汽油机系列堪称同类型汽油机的典范，其在设计和升级改进方面的成功经验值得国内同行借鉴。     

富士重工公司的新一代水平对置发动机

介绍日本富士重工公司开发的新一代水平对置4缸发动机。与原有的水平对置发动机相比,新型发动机加长了活塞的行程,设计的燃烧室非常紧凑,实现了主运动系零部件的轻量化,进、排气门均采用主动气门控制系统,并配装了高效率的小型机油泵,降低了发动机的摩擦损失,使燃油耗降低约10％。     

发动机燃烧火焰的可视化技术

为了降低发动机的燃油耗,实现高效燃烧,使用高速彩色摄影机等光学摄影装置,使观察发动机缸内的燃烧火焰成为可能。介绍了气缸内爆震的观察方法、气体燃料发动机机内着火及火焰传播过程的详细观察技术,以及运用小孔观测器观察柴油机柴油喷束产生的着火燃烧图像。运用上述观察技术将有助于掌握燃油雾化及喷雾燃烧机理,探索抑制爆震、降低氮氧化物和颗粒排放,以及实现高效燃烧的途径。     

小型乘用车用新型混合动力系统的开发

自1997年首辆量产混合动力车问世以后,丰田公司一直在致力于混合动力系统的改进工作,以应对不断增加的汽车行业二氧化碳排放、能源安全及城市污染问题。介绍了一种新的混合动力系统设计方案及其性能。新系统的开发目标主要是改善车辆的燃油经济性,尤其是要获得更加良好的真实燃油耗,并且,还要提高系统应用于不同车辆时的兼容性,以满足车辆小排量化和零部件轻量化的需求。该新型混合动力系统在满足日趋严格的排放法规的同时,还获得了优异的动力性能。     

商用车柴油机技术的发展

为适应全球市场的需要,日本已确定了2009年之后的轻型车及重型车排放法规。日本的柴油机技术正是伴随排放法规及降低燃油耗要求的不断提高而取得进步的。描述了自然吸气发动机及增压发动机的技术发展动向,介绍了这类发动机采用的新技术和新装置。同时,对柴油机喷油系统及排气后处理装置的技术变迁作了介绍。     

Volvo公司的卡车柴油机

Volvo公司推出1款新型卡车，其发动机与变速器结为一体，旨在提高输出功率的同时，降低3％的燃油耗，并进一步降低氮氧化物的排放。该发动机是Volvo公司迄今为止最清洁的发动机，能满足欧5排放标准的要求。其他几款新发动机是根据增强型环保汽车标准量身定制的。该标准是一项自愿遵守框架性讲议，