現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)技術(shù)探析

吳嘉楠，陶偉明，孫 浩

沈陽(yáng)理工大學(xué)，遼寧沈陽(yáng) 110159

現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)技術(shù)探析

吳嘉楠，陶偉明，孫 浩

沈陽(yáng)理工大學(xué)，遼寧沈陽(yáng) 110159

目前，我們國(guó)家的汽車能源產(chǎn)業(yè)在國(guó)際上是很靠前的地位，并且汽車是現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用最便捷最方便的交通工具。為了滿足現(xiàn)代以及未來(lái)對(duì)汽車各性能方面的需求，我們還需要繼續(xù)努力運(yùn)用科技技術(shù)改造內(nèi)燃機(jī)以適應(yīng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的新需求。

內(nèi)燃機(jī)；汽車行業(yè)；技術(shù)；科技

1 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的理論與方法

1）增加充氣效率，充氣效率就是內(nèi)燃機(jī)在進(jìn)氣階段中實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量與在進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的氣體質(zhì)量的比值；2）提升內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械效率，在不減少缸中指示功率的前提下，減少機(jī)械損失，這樣就能提升發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率，直接提升發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功輸出。而機(jī)械損失一般由摩擦損失、附件磨損損失及泵氣損失3個(gè)部分組成；3）可燃混合氣含量與內(nèi)燃機(jī)工況的按時(shí)匹配；4）提高循環(huán)熱效率，內(nèi)燃機(jī)把燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)變成有效輸出功的過程，是決定內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性以及經(jīng)濟(jì)性能最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，而轉(zhuǎn)換效率變高又能降低燃料消耗率，又能增加功率輸出；5）提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，指的是壓縮前缸內(nèi)的最大容積與壓縮后缸內(nèi)最小容積的體積比。表示氣缸中新鮮充量壓縮后，容積縮小的倍率。這個(gè)數(shù)越大，表示壓縮比越大。

2 當(dāng)代內(nèi)燃機(jī)節(jié)能技術(shù)

1）內(nèi)燃機(jī)稀燃技術(shù)，稀薄燃燒使得混合氣中的油分子有更多的可能與空氣中氧分子接觸，燃燒更加完全。加以相應(yīng)的排放控制措施，將會(huì)使得有害物質(zhì)排放物大大減少，此技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

2）內(nèi)燃機(jī)增壓技術(shù)，增壓后使單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入燃燒室的新鮮空氣增多，這意味著可以燃燒更多的燃料，從而可以提高內(nèi)燃機(jī)功率。而且增壓技術(shù)是提高內(nèi)燃機(jī)輸出功最有效的方法之一。

3）燃油摻水節(jié)油技術(shù)，該技術(shù)不僅能減少排氣中氮氧化物等有毒成分降低煙度，還能有效減少油量損耗。

4）內(nèi)燃機(jī)變氣缸排量技術(shù)，就是在中負(fù)荷和低負(fù)荷工況下讓一些氣缸停止工作，增加工作氣缸承載的負(fù)荷，讓它的工作點(diǎn)進(jìn)入低耗油和低排放工作區(qū)域里，這樣來(lái)改善車輛的經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性能。

5）內(nèi)燃機(jī)可變配氣正時(shí)技術(shù)，它包括可變氣門正時(shí)和可變氣門升程技術(shù)。要求能根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)適時(shí)做出一定的調(diào)整，并具有靈活性。

6）可變進(jìn)氣歧管技術(shù)，采用VGIS—Variable Geometric Intake System系統(tǒng)，電控單元（ECU）可依照內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速及工況的變化來(lái)跟進(jìn)需要的進(jìn)氣道長(zhǎng)度，在高轉(zhuǎn)速工況下使進(jìn)氣道變短，減少氣流動(dòng)損失，提高功率，在低轉(zhuǎn)速和低負(fù)荷工況下還有啟動(dòng)時(shí)讓進(jìn)氣道增長(zhǎng)，管內(nèi)空氣動(dòng)能增加，導(dǎo)致進(jìn)氣速度加快，使充氣效率提高。

7）可變壓縮比技術(shù)，該技術(shù)又可避免爆燃，又提高了在高壓縮比狀態(tài)下中低負(fù)荷的工作效率，加強(qiáng)了動(dòng)力性，提升了經(jīng)濟(jì)性，保證了內(nèi)燃機(jī)工作效率最大化。

8）汽油機(jī)燃油噴射與點(diǎn)火系統(tǒng)的電子控制技術(shù)，該技術(shù)不僅使噴射裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，還可利用氧傳感器的反饋控制和三元催化轉(zhuǎn)化器使各項(xiàng)排放指標(biāo)達(dá)到最好的水平。

9）柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的電子控制技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展比汽油機(jī)要晚十年，因其難度比汽油機(jī)高了不少。其基本原理則與汽油機(jī)類似。

10）電子節(jié)氣門技術(shù)，該技術(shù)可以根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩要求，適量地調(diào)節(jié)進(jìn)氣通量，它拋棄了以往的加速踏板而采用拉索，杠桿機(jī)構(gòu)，與內(nèi)燃機(jī)節(jié)氣門進(jìn)行直接連接，并加以相應(yīng)的傳感器和電控單元，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)控節(jié)氣門開度。

11）陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)取消冷卻系統(tǒng)后，燃燒室部件溫度會(huì)大大提高，一般的金屬材料很難承受，而陶瓷耐高溫，耐磨損且耐腐蝕并且質(zhì)量小，強(qiáng)度也符合要求，用該材料制造內(nèi)燃機(jī)的各零部件，基本都能取得不錯(cuò)的成果。

12）EcoBoost內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，該技術(shù)綜合了渦輪增壓和燃油直噴技術(shù)，可讓四缸及六缸內(nèi)燃機(jī)小型化，并能有效緩解渦輪遲滯和內(nèi)燃機(jī)爆燃缺陷，不僅確保駕駛性能，還把燃油經(jīng)濟(jì)性提高了20%。

3 內(nèi)燃機(jī)的節(jié)能裝置

1）火花塞二次空氣導(dǎo)入環(huán)，簡(jiǎn)稱節(jié)油環(huán)，它是套裝在長(zhǎng)螺紋火花塞上的環(huán)形體。該裝置具有增加發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性，節(jié)約燃料，減少污染等明顯的優(yōu)點(diǎn)。

2）內(nèi)燃機(jī)磁化節(jié)油器，該裝置特點(diǎn)就是節(jié)約油量比較顯著，經(jīng)測(cè)定，平均節(jié)油6%～7%以上，避免黑煙50%左右，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的效果也較明顯。其原理有助于提高油粒子的分散性，有助于混合氣或噴霧粒子的細(xì)微化，從而達(dá)到節(jié)約燃油和降低煙度的目的。

3）噴水節(jié)油器，該裝置使得高壓縮比的內(nèi)燃機(jī)爆燃問題得到有效解決，并能提高內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性，減少耗油量。

4）節(jié)油點(diǎn)火裝置，主要分為晶體管點(diǎn)火裝置和高頻高能電子點(diǎn)火器，以及其它節(jié)油點(diǎn)火裝置。汽油內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置能否正常工作，對(duì)內(nèi)燃機(jī)燃油消耗率有著重要的影響。及時(shí)排除和更替有損壞的點(diǎn)火裝置零件，汽車的油量消耗基本都會(huì)降低10%左右。所以要根據(jù)具體內(nèi)燃機(jī)型號(hào)選擇合適的點(diǎn)火裝置，以降低油耗量。

4 汽油機(jī)增壓困難的原因及改進(jìn)措施

1）汽油機(jī)增壓后爆燃的幾率大幅增加；2）因?yàn)槠蜋C(jī)新鮮充量和空氣混合的過量空氣系數(shù)較小，但是燃燒溫度卻較高，因此增壓后渦輪增壓器熱負(fù)荷很大；3）裝備汽油機(jī)的車輛工況變化繁多，工作中轉(zhuǎn)速和功率范圍變化大，使得渦輪增壓器和汽油機(jī)的配合比較困難；4）在電控汽油噴射式內(nèi)燃機(jī)上，實(shí)行汽油機(jī)增壓，成功使化油器內(nèi)燃機(jī)與渦輪增壓器匹配恰當(dāng)。隨著電控技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，更加方便地對(duì)增壓系統(tǒng)進(jìn)行爆燃及排放控制；5）應(yīng)用點(diǎn)火提前角可適應(yīng)控制，來(lái)解決由于增壓產(chǎn)生的爆燃傾向，待爆燃趨勢(shì)消除后，自適應(yīng)地逐漸加大點(diǎn)火提前角，讓內(nèi)燃機(jī)在比較理想的狀態(tài)下工作；6）對(duì)增壓后的空氣進(jìn)行中間冷卻可有效提高輸出功，對(duì)于降低油耗和熱負(fù)荷及減少爆燃趨勢(shì)都十分有用；7）采用壓力調(diào)節(jié)裝置，內(nèi)燃機(jī)在高速，大負(fù)荷狀態(tài)下工作時(shí)，廢氣蘊(yùn)涵的能量多，壓力高，相反則壓力低。因此廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的低速轉(zhuǎn)矩小，加速性能較差。過高的壓力使得缸內(nèi)熱負(fù)荷過大并發(fā)生爆燃，所以必須采用壓力調(diào)節(jié)裝置，以調(diào)控增壓壓力。最簡(jiǎn)單的方法就是增加進(jìn)排氣旁通閥或者放氣閥。

5 電子點(diǎn)火系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)如今，汽車內(nèi)燃機(jī)朝著多缸、高壓縮比、高速的趨勢(shì)發(fā)展，并試圖通過改變混合氣的燃燒情況，使用稀混合氣，來(lái)達(dá)到減少污染和節(jié)能的目的。這些都對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)的工作性能提出了較為苛刻的要求，電子點(diǎn)火系統(tǒng)的出現(xiàn)改善了這一供求關(guān)系，它有多個(gè)優(yōu)勢(shì)如：1）減少觸點(diǎn)產(chǎn)生的火花，避免觸點(diǎn)燒損，延長(zhǎng)觸點(diǎn)的使用壽命，改善點(diǎn)火系統(tǒng)的性能；2）不受觸點(diǎn)的限制，提升一次電流，提高二次電壓，改善發(fā)動(dòng)機(jī)高速工況時(shí)的點(diǎn)火性能；3）因?yàn)辄c(diǎn)火能量及二次電壓的提升，使得它對(duì)火花塞中留存的積碳敏感度不高，且可以增加火花塞兩電極的間隙；4）減輕了對(duì)無(wú)線電的干擾；5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量小，體積也小，使用及維修更替方便。

通過上文的論述，我們清楚地了解到現(xiàn)代技術(shù)對(duì)于一個(gè)行業(yè)的發(fā)展是多么重要，更加明確當(dāng)下社會(huì)需要的是經(jīng)濟(jì)節(jié)能型的新產(chǎn)品，內(nèi)燃機(jī)作為人類陸路交通運(yùn)輸行業(yè)的主要?jiǎng)恿μ峁┰?，?duì)其的改造是 大勢(shì)所趨。所以在科技技術(shù)不斷革新的今天，對(duì)內(nèi)燃機(jī)的創(chuàng)新研究也在一點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)步，不斷地努力造就的是美好的未來(lái)。

TK4

A

1674-6708（2016）171-0190-01

吳嘉楠，沈陽(yáng)理工大學(xué)，研究方向?yàn)闊崮芘c動(dòng)力工程。陶偉明，沈陽(yáng)理工大學(xué)。孫浩，沈陽(yáng)理工大學(xué)。