汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)的新進(jìn)展

夏榮 冉建豐 左時(shí)勝

摘 要：這里中的關(guān)鍵詞：就是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒技術(shù)，在如今的現(xiàn)實(shí)生活中，我們可以經(jīng)常接觸到小汽車、摩托車以及三輪車，它們的核心裝置就是發(fā)動(dòng)機(jī)。它可是許多機(jī)械裝置的動(dòng)力源泉，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒技術(shù)有著關(guān)鍵性的作用。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒這個(gè)過程包含了化學(xué)反應(yīng)和能量的轉(zhuǎn)換；在這篇的文章中講述了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)中的理論知識(shí)，而且從多個(gè)方面辨析汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀以及以后的發(fā)展軌跡；且重點(diǎn)分析內(nèi)燃機(jī)中新技術(shù)的發(fā)展；其新的燃燒技術(shù)主要有調(diào)諧動(dòng)力燃燒、復(fù)合燃燒、預(yù)混合稀薄燃燒、均質(zhì)壓縮燃燒等；還有就是對(duì)不同燃燒技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了梳理，可以充分了解其燃燒技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：汽車；發(fā)動(dòng)機(jī)；燃燒技術(shù)

1.引言

第一臺(tái)火花點(diǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)是在1876年奧托發(fā)明，第一臺(tái)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)是迪賽爾在1892年發(fā)明的，這發(fā)動(dòng)機(jī)有著許多優(yōu)勢(shì)，比如具有較高的的熱功率、比功率和可靠性，這樣就使得內(nèi)燃機(jī)成為了焦點(diǎn)，讓它在動(dòng)力方面得到了廣泛的應(yīng)用。無可否認(rèn)的發(fā)動(dòng)機(jī)是21世紀(jì)工程界矚目的成就。我們可以想象的到，在不遙遠(yuǎn)的未來，發(fā)動(dòng)機(jī)是各種機(jī)械的動(dòng)力源泉。但是也有弊端，它燃燒產(chǎn)生的廢氣是我們世界環(huán)境污染源，嚴(yán)重影響我們的生存環(huán)境。對(duì)于燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)而言，主要的研究方向就是如何更好的節(jié)能以及控制污染物的排放，簡(jiǎn)言之就是新型發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效清潔燃燒。因此為了能夠達(dá)成這些期望，我們就需要在燃燒技術(shù)方面深入研究，敢于創(chuàng)新，為新技術(shù)的發(fā)展找到理論基礎(chǔ)。

2.燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的研究范圍

燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的原理就是以燃料為介質(zhì)通過燃燒的方式在化學(xué)能和機(jī)械能之間轉(zhuǎn)換，這是現(xiàn)實(shí)中的直接應(yīng)用。這個(gè)研究是在工程熱物理學(xué)科的范疇。它的研究領(lǐng)域主要關(guān)于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒、燃?xì)廨啓C(jī)燃燒等?？茖W(xué)家對(duì)于燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)方面主要是如果在燃燒工程中最大限度的節(jié)能，最低限度的降低污染，探究并且創(chuàng)新出新的燃燒裝置，為現(xiàn)實(shí)中的機(jī)械裝置提供完美的動(dòng)力源。這一項(xiàng)技術(shù)涉及到許多的理論知識(shí)，但也是基礎(chǔ)學(xué)科問題，比如物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)。當(dāng)然這只是一個(gè)大的范圍，它具體體現(xiàn)在這些基礎(chǔ)學(xué)科的分支領(lǐng)域。這里特別要注意的是燃燒污染物，這就是說明還與大氣科學(xué)有關(guān)?，F(xiàn)如今小汽車、摩托車這些機(jī)械裝置增加，這就會(huì)使資源消耗的加劇，也會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。所以存在的許多問題都在等待社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展從而得到解決。

3.傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)

3.1柴油機(jī)

在這里我們主要介紹一下壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中的柴油機(jī)，其點(diǎn)燃過程前中后大致如下：在噴油到著火燃燒的階段中有一個(gè)著火延遲后期因此在放熱初期存在一個(gè)放熱值頂點(diǎn)，這種狀況肯定是因?yàn)樵陬A(yù)混合期噴入的燃油量和可燃混合氣所導(dǎo)致的。當(dāng)混合氣的數(shù)量越多就會(huì)島主剛開始的放熱值最大，其燃燒的溫度也最高，產(chǎn)生的氣體也隨之增加。后面就是燃油與混合氣體燃燒。從中我們可以了解到以前的柴油機(jī)一定是需要比較強(qiáng)的噴射能力，并且也還要合適的空氣旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，這樣會(huì)使各種混合物充分混合，更好的發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

3.2汽油機(jī)

現(xiàn)在我們來了解汽油機(jī)的運(yùn)行過程，它與上述的柴油機(jī)所比較，汽油機(jī)著火燃燒方式是預(yù)混合燃燒，所以它在剛開始的階段不存在所謂的放熱值頂點(diǎn)。對(duì)于這種燃燒方式它有如下的優(yōu)劣點(diǎn)：其主要優(yōu)點(diǎn)是汽油機(jī)在工作的過程中運(yùn)行平穩(wěn)，在它剛開始的階段燃油就被噴入進(jìn)氣管，這樣就形成了完美燃燒的充分必要條件，其次是排出的污染氣體對(duì)于柴油機(jī)來說大量減少，因?yàn)槔锩娴幕瘜W(xué)反應(yīng)是均勻燃燒，溫度較低。當(dāng)然任何事物都有兩面性，由于溫度較低，從而導(dǎo)致熱效率低下，這樣就會(huì)使的資源過度消耗。

4.發(fā)動(dòng)機(jī)新型燃燒技術(shù)及理論

在現(xiàn)在這一時(shí)期，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)所要面臨的問題還是有很多，比如排放的污染的問題以及能源的消耗問題。所以應(yīng)運(yùn)而生出許多新的理論來解決這些問題。這些燃燒新技術(shù)主要是和質(zhì)充量壓縮燃燒技術(shù)、調(diào)和動(dòng)力燃燒技術(shù)、混合燃燒技術(shù)、可自動(dòng)控制燃燒技術(shù)、均質(zhì)充量柴油機(jī)燃燒技術(shù)等。

4.1均質(zhì)充量壓縮燃燒

這一項(xiàng)技術(shù)還有一個(gè)別的名稱就是內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合氣均質(zhì)壓燃技術(shù)。它的點(diǎn)火方式比較特別，完全不同于以前柴油機(jī)的燃油噴射、混合燃燒方式，也不同于以前的汽油機(jī)火花點(diǎn)火、火花傳播方式。在這種方式的燃燒過程中，燃油能夠與空氣得到完全的混合，當(dāng)缸內(nèi)的活塞上升到一定的高度時(shí)，依靠混合氣體的自動(dòng)燃燒，這樣就可以使缸內(nèi)的混合氣體燃燒起來了。這種新技術(shù)的創(chuàng)新，可以完美解決燃燒不同步的弊端，跟以前的燃燒技術(shù)完全不同，也存在很大的優(yōu)勢(shì)。我們可以想象這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)被廣泛的應(yīng)用實(shí)際中去。

4.2動(dòng)力燃燒

MK燃燒系統(tǒng)是日本公司所提出來的。此系統(tǒng)存在很多的優(yōu)點(diǎn)：在整個(gè)過程中都保持低溫燃燒，而且氣體和燃燒物是混合下充分燃燒的，所以它能夠降低很多的污染氣體。在這項(xiàng)系統(tǒng)中采取的是高效的廢氣再循環(huán)率同時(shí)降低進(jìn)入的空氣的氧氣濃度，但這樣的結(jié)果就是增加排放氣體的難度。實(shí)現(xiàn)這種燃燒技術(shù)有兩個(gè)基本要素：第一點(diǎn)是采取力度大的廢氣再循環(huán)率，第二點(diǎn)就是在火星起來前燃料全部噴射到缸內(nèi)。只要實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)就可以完美達(dá)成。專家在MK系統(tǒng)中做了個(gè)燃燒試驗(yàn)，從中發(fā)現(xiàn)超量的空氣系數(shù)小于一時(shí)，有害氣體的排放就會(huì)受到影響，因此這樣就控制了這種系統(tǒng)的使用范圍，只能僅限小范圍。面對(duì)這些問題MK系統(tǒng)不斷升級(jí)采取的主要的技術(shù)措施就是低的壓縮比、高強(qiáng)度的噴射能力。通過這些新技術(shù)的突破，MK系統(tǒng)得到完善，既能夠?qū)崿F(xiàn)有害氣體的低限度排放，也可以實(shí)現(xiàn)高效率的燃燒，順應(yīng)環(huán)保的理念。

4.3復(fù)合燃燒

復(fù)合燃燒系統(tǒng)是天津大學(xué)蘇萬華教授提出以可控預(yù)混合燃燒和擴(kuò)散燃燒兩種方式相結(jié)合的新型系統(tǒng)，這樣的燃燒系統(tǒng)利用多脈沖噴射形成的壓燃點(diǎn)火，利用混合的高效率，這樣就可以形成擴(kuò)散燃燒。這項(xiàng)燃燒技術(shù)有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)，在降低有害氣體排放量的前提下，大大的擴(kuò)寬發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷范圍。在這個(gè)化學(xué)反應(yīng)的過程中需要考慮三個(gè)方面的控制，實(shí)現(xiàn)適合的濃度、溫度的分層控制，燃燒的位置控制和燃燒速度控制。在這里面最重要的是混合過程控制。現(xiàn)在這個(gè)技術(shù)階段而言，提高混合過程的速度還是我們研究的方向。對(duì)于這個(gè)問題我們可以從兩個(gè)角度去思考，努力減少混合的時(shí)間或者是增加化學(xué)特征時(shí)間。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中往往有著嚴(yán)重的燃油濕壁現(xiàn)象，除此之外還有放熱過快的問題，但是在這種復(fù)合燃燒系統(tǒng)可以得到很好的解決。可是解決燃油濕壁現(xiàn)象和提高混合效率的問題還是需要努力的研究。

5.總結(jié)

通過上面的系統(tǒng)介紹，可以了解到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒含有相當(dāng)復(fù)雜的化學(xué)關(guān)系，有著能量形式的不同轉(zhuǎn)換。科學(xué)技術(shù)的領(lǐng)域永遠(yuǎn)是探無止境的，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程還有很多東西沒有被人們所熟知。排放法的嚴(yán)格執(zhí)行以及燃油耗指標(biāo)將會(huì)使內(nèi)燃機(jī)的燃燒技術(shù)得到不斷的發(fā)展，從中一些創(chuàng)新性的燃燒方式也會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒技術(shù)有著新的突破。任何國(guó)家的研究目標(biāo)都是創(chuàng)造出高效低污染的發(fā)動(dòng)機(jī)。人們?cè)絹碓角逦恼J(rèn)知到：對(duì)燃燒過程的認(rèn)識(shí)程度就是提升發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)水、根本現(xiàn)象的解釋、；理論知識(shí)的發(fā)展有著關(guān)鍵的作用。任何新技術(shù)的突破都需要有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，我們要學(xué)會(huì)展望未來，隨著時(shí)間的推移，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒技術(shù)一定會(huì)越來越完善，為世界的環(huán)保與節(jié)能扮演極其重要的作用。

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（作者單位：重慶三峽學(xué)院）