汽車發(fā)動機(jī)的發(fā)展動向

孔令文　曾小榮

摘 要：本文主要介紹了汽車發(fā)動機(jī)節(jié)能新技術(shù)、代用燃料及其應(yīng)用和發(fā)動機(jī)零件新材料三個方面，其中發(fā)動機(jī)節(jié)能新技術(shù)中介紹了替代發(fā)動機(jī)和常規(guī)發(fā)動機(jī)，代用燃料介紹了燃料的分類及其選擇，發(fā)動機(jī)零件新材料主要介紹了陶瓷零件盒纖維增強(qiáng)樹脂連桿。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)節(jié)能；代用燃料；替代發(fā)動機(jī)；纖維增強(qiáng)樹脂連桿

1 引言

無論從靜態(tài)還是動態(tài)來看，汽車都是消耗石油的第一“大客戶”。由于世界性的能源危機(jī)和對于節(jié)能減排的強(qiáng)大壓力，汽車發(fā)動機(jī)節(jié)能已成為汽車制造業(yè)發(fā)展方向中一個十分引人注目的問題。目前，北美地區(qū)在現(xiàn)階段汽車動力系統(tǒng)發(fā)展方向上出現(xiàn)了激烈的競爭。這場競爭大致通過四個不同的動力系統(tǒng)技術(shù)體現(xiàn)出來，即：1.先進(jìn)的柴油動力技術(shù)；2.電油混合動力技術(shù)；3.燃料乙醇與汽油混合動力技術(shù)；4.改進(jìn)汽油發(fā)動機(jī)性能。對發(fā)動機(jī)零部件來說，前些年國內(nèi)汽車企業(yè)地主要精力都放在整車開發(fā)和制造上，沒有精力關(guān)注甚至忽略了包含發(fā)動機(jī)在內(nèi)地零部件開發(fā)和制造，這造成了現(xiàn)在國產(chǎn)發(fā)動機(jī)地關(guān)鍵零部件技術(shù)缺失，如對發(fā)動機(jī)性能、成本有舉足輕重影響地發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件技術(shù)及系統(tǒng)集成技術(shù)仍掌握在幾個國外巨頭手上；渦輪增壓器、液壓挺柱、可變氣門正時、可變氣門升程等先進(jìn)零部件也基本依靠國外進(jìn)口或其在國內(nèi)地生產(chǎn)廠供給?？上驳厥?，經(jīng)過近幾年地激烈市場競爭地錘煉，自主品牌發(fā)動機(jī)各企業(yè)基本都站穩(wěn)了腳跟，博得了繼續(xù)與國際汽車發(fā)動機(jī)巨頭同臺競技地機(jī)會，有關(guān)企業(yè)和政府部門也開始關(guān)注關(guān)鍵零部件地發(fā)展，在包含發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)地零部件制造和系統(tǒng)集成方面，國內(nèi)已有部分企業(yè)取得了突破，只有掌握關(guān)鍵零部件地技術(shù)，國產(chǎn)發(fā)動機(jī)地總體技術(shù)水平與國外先進(jìn)水平地差距才有可能縮小，我國才有可能制造出具有國際競爭力地發(fā)動機(jī)產(chǎn)品，也才有可能真正成為發(fā)動機(jī)地制造強(qiáng)國。

2 汽車節(jié)能新技術(shù)

隨著汽車產(chǎn)銷量的迅速增長，汽車的節(jié)能和排放控制問題問題已日益引起人們的關(guān)注，一些發(fā)達(dá)國家開始研究制定制定法規(guī)對汽車的排放進(jìn)行限制，對汽車的節(jié)能提出了要求，并且隨時間的推移日趨嚴(yán)格，強(qiáng)化了人們對汽車節(jié)能和環(huán)保的認(rèn)識，使得高效率，低排放車用發(fā)動機(jī)技術(shù)的開發(fā)受到高度重視，從而促使傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)不斷創(chuàng)新。

2.1 替代發(fā)動機(jī)

三角活塞旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)：轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)與往復(fù)活塞式發(fā)動機(jī)相比較，它的有點(diǎn)是單位工作容積功率大，單位功率質(zhì)量小；由于沒有復(fù)雜的往復(fù)運(yùn)動零件，因此振動輕微、結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)量少；在相同的壓縮比下可使用低辛烷值汽油；拆裝方便，維修簡易，在有專用設(shè)備的情況下制造工藝也不算復(fù)雜。此外，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)還有一個突出優(yōu)點(diǎn)，即排氣中的NOx的含量比往復(fù)式發(fā)動機(jī)低得多，在排氣凈化方面的優(yōu)越性，很可能使它成為未來的很有前途的汽車動力裝置之一。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的缺點(diǎn)是：低速動力性和經(jīng)濟(jì)性差，起動性和耐久性有待進(jìn)一步改善。

低散熱陶瓷發(fā)動機(jī)：為了尋求高效節(jié)能、低排放的熱機(jī)，很自然會想到如何減少發(fā)動機(jī)能量損失中占絕大部分的冷卻損失和排氣損失，以及對這些能量的有效利用。作為具體方案之一的“低熱損失發(fā)動機(jī)”，它的具體設(shè)想是：取消或部分取消冷卻系統(tǒng)，使用耐高溫的隔熱材料減少燃燒室內(nèi)熱量的損失，使內(nèi)燃機(jī)在更高的工質(zhì)溫度下工作以及利用排氣能量。優(yōu)點(diǎn)是可以提高熱效率，降低燃料消耗、減少輔助功率消耗、發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡化、降低了發(fā)動機(jī)噪聲，缺點(diǎn)表現(xiàn)為可靠性和造價問題以及經(jīng)濟(jì)性，還有發(fā)動機(jī)壽命問題。

汽車燃?xì)廨啓C(jī)：它的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單；質(zhì)量輕，約比汽油機(jī)輕15%，主要缺點(diǎn)是循環(huán)進(jìn)氣溫度低，燃料經(jīng)濟(jì)性差。

斯特林發(fā)動機(jī)：目前研制的斯特林發(fā)動機(jī)主要用氫氣做工質(zhì)。因?yàn)檫@種工質(zhì)傳熱特性好，壓降小，同時不增大發(fā)動機(jī)的體積[1]。

2.2 常規(guī)發(fā)動機(jī)

汽油機(jī)：汽油機(jī)節(jié)能研究的重點(diǎn)是改進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)各部件。

稀燃發(fā)動機(jī)：發(fā)動機(jī)基本結(jié)構(gòu)與汽油機(jī)相似，但混合氣的空燃比一般在18：1以上。稀燃存在很多問題需要解決，如各缸、各循環(huán)混合氣空燃比偏差大，容易出現(xiàn)斷火現(xiàn)象。

分層進(jìn)氣發(fā)動機(jī)：分層進(jìn)氣機(jī)是用少量濃混合氣點(diǎn)燃大量稀混合氣的發(fā)動機(jī)，目前美國、德國和日本已研制成功各種分層進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其性能指標(biāo)達(dá)到較高的水平[2]。

3 代用燃料及其應(yīng)用

隨著節(jié)能及排放的要求越來越高，世界各國紛紛研究對策，一方面從內(nèi)燃機(jī)自身著手，另一方面則是應(yīng)用代用燃料。代用燃料是指可用來替代目前內(nèi)燃機(jī)使用的常規(guī)汽油和柴油的燃料。

作為良好的代用燃料應(yīng)能滿足一下要求：

（1）資源豐富，價格合適；

（2）燃料的熱值能滿足內(nèi)燃機(jī)動力性能的要求；

（3）能滿足車輛起動性能、行駛性能及加速性能等方面的要求；

（4）原有內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)變動較小，技術(shù)上可行；

（5）能量密度高，儲存、運(yùn)輸方便；

（6）對內(nèi)燃機(jī)的壽命及可靠性無不良的影響；

（7）對人類健康、環(huán)境保護(hù)及防火等方面無有害影響。

代用燃料的使用方法，可以是100%替代，也可以部分替代，即制成混合燃料使用。由于當(dāng)前替代燃料的生產(chǎn)量還不大，此外為了不過多的改動發(fā)動機(jī)，因此傾向于使用混合燃料，待將來替代燃料產(chǎn)量大了，可以設(shè)計制造專門適應(yīng)于某一替代燃料的發(fā)動機(jī)，如醇類發(fā)動機(jī)等等。

4 發(fā)動機(jī)零件新材料

目前使用陶瓷零件的發(fā)動機(jī)可以分成兩

類：第一類是利用陶瓷耐磨、耐熱、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，用陶瓷材料來控制制造凸輪軸、搖臂觸頭、渦輪增壓器、燃燒室鑲塊、電熱塞等；第二種類型是利用陶瓷的隔熱性、耐熱性、將活塞、缸蓋、進(jìn)排氣門等改用陶瓷材料。這樣，機(jī)體、缸蓋可取消水套，并省掉水泵、散熱器、風(fēng)扇等，消除由冷卻水帶走的熱損失，即制成低熱損失發(fā)動機(jī)。

連桿采用纖維增強(qiáng)樹脂后，其強(qiáng)度、剛度、質(zhì)量相當(dāng)鋁合金連桿。這樣，連桿質(zhì)量減輕，減小往復(fù)慣性力、離心慣性力，從而減小振動，使發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

5 總結(jié)

在發(fā)動機(jī)的工作方式和噴油方式確定后，發(fā)動機(jī)的進(jìn)化之路并沒有終止，在發(fā)動機(jī)技術(shù)的完善上一代一代的汽車人在做著不懈的努力。有些完善甚至都沒辦法記錄。很顯然現(xiàn)在的發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加平順了，抖動也不是那么激烈了。燃油經(jīng)濟(jì)性也更好了，馬力更足了。而這些都是依賴于新技術(shù)的運(yùn)用。為了改善進(jìn)氣就有了：本田的ECVT，豐田的VVT-I，現(xiàn)代的CVVT，通用的DVVT等可變氣門正時技術(shù)；為了獲得更好的空燃比，就有了大眾的TFSI分層噴射技術(shù)，VIS可變進(jìn)氣道技術(shù)，渦輪增壓中冷技術(shù)等等；為了使環(huán)境污染最小在排氣管里又增加了氧傳感器，三元催化轉(zhuǎn)化器，以及廢棄在循環(huán)技術(shù)。目前，由于環(huán)境污染的惡劣影響，對汽車尾氣排放的要求也越來越高，老氣的發(fā)動機(jī)技術(shù)淘汰已經(jīng)成了必然，更多充分利用能源的技術(shù)也在不停的研發(fā)當(dāng)中。同時由于全球能源危機(jī)的巨大影響，更加節(jié)能的新能源技術(shù)必將在發(fā)動機(jī)技術(shù)的發(fā)展上書寫重重的一筆。

參考文獻(xiàn)

[1]陳培陵. 汽車發(fā)動機(jī)原理[M].北京：人民交通出版社，1999.

[2]陳家瑞. 汽車構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

作者簡介

孔令文（1989-），男，黑龍江齊齊哈爾人，在讀研究生，研究方向：汽車排放控制。