内燃机在混合动力汽车领域的应用探究

摘要：内燃机在混合动力汽车中的应用，不仅保持了其在传统汽车中的技术优势，还通过与电动机的协同作用，显著提升了车辆的能效和环保性能。随着技术的不断进步和创新，内燃机在混合动力系统中的角色将更加重要，为实现更加可持续的交通未来做出贡献。

关键词：内燃机；混合动力汽车；应用

引言

随着全球对可持续交通解决方案的需求不断增长，混合动力汽车已成为减少碳排放和提高燃油效率的关键技术之一。内燃机，作为传统汽车的核心动力源，其在混合动力系统中的应用，不仅延续了其成熟的技术优势，还通过与电动机的协同工作，实现了能源的高效利用和环境影响的降低。内燃机，作为混合动力系统的一部分，其高效燃烧和动力输出的特性，为车辆提供了稳定的动力支持。在混合动力配置中，内燃机的应用不仅优化了能源的使用，还通过与电池和电动机的配合，实现了更低的排放和更高的能效。

1内燃机和混合动力汽车的概述

1.1内燃机

内燃机，作为现代交通工具的核心动力源之一，其工作原理基于燃料在发动机内部燃烧产生的热能转化为机械能。这种类型的发动机广泛应用于汽车、摩托车、船舶等多种交通工具中。内燃机的主要类型包括汽油发动机和柴油发动机，它们分别使用汽油和柴油作为燃料。汽油发动机通过火花塞点火，而柴油发动机则依赖于压缩空气产生的高温自燃。

1.2混合动力汽车

混合动力汽车结合了内燃机和电动机的优势，旨在提高燃油效率和减少排放。这种类型的汽车通常配备有一个或多个电动机和一个内燃机，两者可以单独或同时为车辆提供动力。混合动力系统的设计允许在不同的驾驶条件下选择最有效的动力源，例如在城市交通中使用电动机以减少排放，在高速公路上使用内燃机以提供更高的动力输出。混合动力汽车的引入是汽车工业向更环保、更高效动力系统转型的重要步骤。

2内燃机在混合动力汽车上的应用

2.1内燃机与电动机的协同工作

在混合动力汽车中，内燃机与电动机的协同工作是实现高效能和低排放的关键。混合动力系统的设计允许这两种动力源根据驾驶条件和需求灵活地配合工作。内燃机通常在高速行驶或需要高功率输出时发挥作用，因为它能够提供持续且强大的动力。相比之下，电动机在低速或城市驾驶条件下更为高效，尤其是在启动和加速时，电动机能够提供即时的扭矩，减少内燃机的负担，从而降低燃油消耗和排放。混合动力汽车的控制系统会根据多种因素，如车速、加速度、电池电量和驾驶模式等，来决定内燃机和电动机的最佳工作组合。例如，在电池电量充足的情况下，车辆可以在纯电动模式下行驶，仅使用电动机提供动力，从而实现零排放。而在电池电量较低或需要更大动力时，内燃机会启动并辅助或完全接管动力输出。混合动力汽车还采用了能量回收系统，即在制动过程中，电动机可以作为发电机使用，将制动能量转化为电能储存于电池中，这一过程称为再生制动。这种能量回收机制进一步提高了能源利用效率，减少了能源浪费。

2.2内燃机在不同工作模式下的应用

在混合动力汽车中，内燃机的应用可以根据不同的工作模式进行优化，以提高整体系统的效率和性能。在纯电动模式下，内燃机通常处于关闭状态，车辆仅依靠电动机提供动力。这种模式适用于城市低速行驶和短途通勤，可以实现零排放和低噪音。当电池电量不足或需要更大动力时，内燃机会启动并辅助电动机提供动力，进入混合模式。在这种模式下，内燃机和电动机协同工作，根据驾驶条件和需求动态调整动力分配，以达到最佳的燃油经济性和性能。在内燃机单独驱动模式下，电动机可能完全不参与动力输出，内燃机直接驱动车辆。这种模式通常在高速巡航或需要持续高功率输出时使用，因为内燃机在这些条件下能够提供更高的效率和更长的续航能力。混合动力汽车的控制系统会根据驾驶条件、电池状态和驾驶者的需求，智能地选择最合适的工作模式，以确保内燃机在最佳效率区间运行，同时最大限度地减少燃油消耗和排放。混合动力汽车还采用了能量回收系统，即在制动过程中，电动机可以作为发电机使用，将制动能量转化为电能储存于电池中，这一过程称为再生制动。这种能量回收机制进一步提高了能源利用效率，减少了能源浪费。

2.3内燃机效率提升技术

在混合动力汽车中，通过改进燃烧过程，如采用先进的燃油喷射系统和可变气门正时技术，可以提高燃烧效率，减少能量损失。这些技术有助于实现更完全的燃料燃烧，从而提高热效率和减少未燃烧燃料的排放。轻量化设计是提高内燃机效率的另一个重要方面。使用高强度轻质材料，如铝合金和复合材料，可以减少发动机的重量，从而降低能量消耗。优化发动机的结构设计，减少摩擦和阻力，也能有效提升效率。混合动力系统中的能量回收技术，如再生制动，可以将制动过程中产生的能量转化为电能储存，减少了内燃机的能量需求，从而提高了整体效率。这种能量回收机制在城市驾驶中尤为重要，因为频繁的启动和停止会产生大量制动能量。智能能量管理系统也是提升内燃机效率的关键。该系统能够根据驾驶条件和车辆状态，实时调整内燃机和电动机的工作点，确保内燃机在最佳效率区间运行。例如，在低负荷条件下，内燃机可以关闭或以较低的转速运行，以减少燃油消耗。混合动力汽车还可以通过集成化设计，将内燃机和电动机以及相关的传动系统紧密结合，减少能量在传输过程中的损失，优化了车辆的空间利用和性能表现。

3内燃机技术在混合动力汽车中的发展趋势

为了提高内燃机的燃油效率，研究人员正在开发更先进的燃烧技术，如均质充量压缩点火（HCCI）和可变压缩比技术。这些技术旨在实现更完全的燃料燃烧，减少未燃烧燃料的排放，并提高热效率。内燃机的轻量化是提高混合动力汽车整体效率的关键。使用高强度轻质材料，如铝合金和复合材料，可以减少发动机的重量，从而降低能量消耗。电动化辅助系统，内燃机的辅助系统，如水泵、油泵和空调压缩机，正逐渐被电动化。这些系统可以根据需要独立运行，减少对内燃机的依赖，进一步提高燃油效率。混合动力汽车的能量管理系统正变得更加智能化，能够实时监测和调整内燃机和电动机的工作状态，以适应不同的驾驶条件和需求。这种智能管理可以确保内燃机在最佳效率区间运行，减少燃油消耗和排放。内燃机和电动机的集成化设计是混合动力汽车发展的一个重要趋势。通过优化动力总成的设计，可以减少能量损失，提高系统的整体效率。为了减少内燃机的排放，研究人员正在探索使用清洁燃料，如生物燃料和天然气，以及开发更先进的排放控制技术，如选择性催化还原（SCR）和颗粒物捕集器。

参考文献

[1]姚晓山，刘谊露，杨光，等.浅析内燃机在混合动力汽车上的应用[J].时代汽车，2021，（24）：162-163.

[2]张续文.混合动力汽车动力系统电力电子技术集成探究[J].科技视界，2021，（07）：129-130.

[3]宋玉龙.研究内燃机在混合动力汽车上的应用[J].内燃机与配件，2020，（20）：196-197.

[4]胡伟.混合动力汽车整车控制策略的优化与HIL硬件在环测试[D].河北工程大学，2020.