发动机新技术1.docx

发动机新技术

姓 名：李增梅
专 业：机械设计制造及其自动化
班 级：机械09-1班
学 号：091014128

发动机新技术
目前石油消耗总量的40%被各类交通工具占据，汽车作为现代社会最重要的交通工具，其全国保有量平均每年以12.07%的速度增加。一方面，我国对燃油需求正以惊人的速度增长，有限大一部分依赖进口；另一方面，我国石油产品的使用效率普遍不高，这不仅进一步增加了对石油的需求，也造成了严重的大气污染，并已成为我国污染物的主要来源之一，以高油价为标志的能源问题将长期成为制约我国经济发展的主要因素。因此，汽车节能对于目前的能源问题具有举足轻重的作用，节能与环保技术已成为汽车技术领域研发的热点。
其发动机新技术主要有以下几种：
1.缸内直喷技术（GDI）
缸内直喷技术（GDI），燃油以细微滴状的薄雾方式进入汽缸，而不是以蒸汽的方式。这也就意味着当燃油雾滴吸收热量变为可燃蒸汽时，实际上对发动机的汽缸起到了冷却的作用。这种冷却作用降低了发动机对辛烷的需要，所以其压缩比可以有所增加。采用GDI技术的另一个优点是它能够加快油气混合气体的燃烧速度，这使得GDI发动机和传统的化油器喷射发动机相比，可以很好地适应废气再循环工艺。
　大众FSI发动机利用一个高压泵，使汽油通过一个分流轨道（共轨）到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。如果稀燃技术的混合比达到25：1以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到12：1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。
2.自由活塞式混合动力
自由活塞式发发动机装置有效利用了活塞运动的整个过程，使得每个运动过程都是“做功一发电”过程。只要活塞在运动就产生能量，使得发动机装置的效率大大提高，同时在功率方面也得到增加。因此，它具有质量轻、结构简单、热效率高，以及可使用多种燃烧的优点。自由活塞式(Free piston)发动机作为一种新型的发动机，其要领和机理正为人类所了解。这种发动机舍去了传统发动机曲柄连杆机构，在集成了永磁体材料的活塞的剧围气缸内布置线。燃烧产生的高温高压燃气推动活塞往复运动从而使线圈切割磁力线，产生电能。在传统发动机中，活塞运动时只有一个做功过程，其他过
程都是辅助过程。而自由活塞武发电／发动机装置则有效利用了活塞运动的整个过程，
使得每个运动过程都是“做功一发电”过程。
3.可变排量发动机技术
可变排量发动机能够把稀薄燃烧、分层燃烧、节气门方式的各个优点集中于一身。可变排量方式能够按照负荷的变化改变发动机的排量，因而能够大幅度降低泵气损失，确保空燃比一定，所以能够高精度净化排放气体。为了降低废气与辐射的热损失或冷却损失，发动机采用各种绝热措施，或者采取无冷却措施(即不利用冷却水降低发动机燃烧温度)。为此要求采用诸如陶瓷类的特殊材料。而实际上，已经试制各种以陶瓷为绝热材料的不使用冷却水的柴油机。然而由于耐久性不好，多数最终归于失败。所以，减少摩擦损失是实际上有效降低热量损失的重要手段。
4.气体燃料发动机
目前气体燃料汽车主要是指天然气及石油气的汽车，早在本世纪30年代，前苏联及意大利等国就研制，使用天然气汽车，第二次世界大战中应用也较多，由于气体燃料比容积能量低，完全使用气体燃料的汽车一次充气后继续行驶的路车有限制，同时加气站较少，建设加气站需要多投资，各国各地区气体燃料储藏和供应不均衡，所以在原来汽油机上能转换使用汽油和气体燃料，在柴油基础上使用部分气体燃料的双燃料汽车也受到重视，同样为了改善燃烧，降低排放，在液体燃料汽车上掺烧少量氢气的工作也有所开展。
5.通过氧传感器对喷油量进行闭环控制
氧传感器安装在排气管道上，它会检测尾气中氧的浓度，并将检测结果通过电信号的形式传送给发动机电脑，当尾气中氧的含量过少时，电脑会认为有可能部分油气混合气无法燃烧，从而减小喷油脉宽，使发动机的空燃比（空气的质量/燃油的质量）控制在一个狭小的、接近理想的区域内(理想空燃比为14.7:1)。电路图如下所示：这样做可以提高尾气质量，提高发动机的动力性和经济性。

6.陶瓷发动机
发动机用材料的重大改革则是用高性能陶瓷零件逐步代替金属零件，直至发动机的主要零件，这就是人们常说的陶瓷发动机。高性能陶瓷有许多优于金属的性能，例如耐高温、耐磨损、耐腐蚀、重量轻和隔热性能好。这些特殊性能可使传统发动机面临的热效率低和结构复杂等许多难题得到合理解决，并提高发动机的性能和耐久性。因此，有专家认为，高性能陶瓷是自内燃机发明以来最鼓舞人心的新发展，它将最终解决发动机要在苛刻环境下工作的问题。21世纪，将会出现许多陶瓷发动机。陶瓷涂层技术成熟、成本低、寿命较高，采用等离子喷涂工艺，可涂覆二氧化锆、碳化钛和二氧化钛等陶瓷，获得1毫米以内的耐久涂层。为了解决陶瓷涂层太薄的问题，人们研究用二氧化锆、氮化硅、碳化硅和钛酸铝制造发动机的整体陶瓷零件。此外，还研究了玻璃瓷、氧化铝等整体陶瓷件。其优越性体现在：
①可以提高发动机的工作温度，从而大大提高效率。例如，对内燃机而言，目前作为其制造材料的镍基耐热合金，工作温度在1000℃左右。而采用陶瓷材料，则可以将工作温度提高到1300℃，使发动机效率提高30%左右。
②工作温度高，可使燃料燃烧充分，所排废气中的有害成分大为降低，这不仅降低了能源消耗，而且减少了环境污染。
③陶瓷的热传导性比金属低，这使发动机的热量不易散发，节省能源。
④陶瓷具有较高的高温强度和热传导性，可延长发动机的使用寿命。
随着经济的发展，汽车已很普遍，同时环境污染也是一大问题。应此在节能及环保汽车方面发动机的改善及其他技术有如下几种：
（1）燃油回路加装节油器
当燃油通过节油器时，磁分裂催化剂使长链碱性燃料分子分裂成较短的碱性分子，使得燃料的燃烧率更高。用这种方法，可节省5-10％的燃油费用；消除发动机积碳现象并使其寿命达到150万公里；发动机功率输出更加平稳；减少20％的有害尾气排放；购置设备的成本大约为1500元，汽车行驶3.75万公里所节省的燃油即可回收投资。
（2）涡轮增压节油器
适用于排量1.6升以下各种以汽油为燃料的汽车。它根据空气动力学原理，使发动机从自然进气，变成主动进气，有效增加发动机内氧分子活性密度，促使燃油与气体充分混合雾化，达到最佳的空燃比，最终使发动机的动力明显增加。该装置对发动机没有任何拆改，不会影响发动机寿命，可以节省燃油10％。
（3）保养空滤器
空气滤清器的作用是净化进入气缸内的空气，如果加油超过标准或太脏，都会造成空气不畅，导致车辆油耗增加。
（4）蓄电池活化
蓄电池电量不足会增加整车运行的油耗。正规厂家按标准生产的蓄电池，在车上使用二三个月“硫化开始”时就对电池进行一次“活化”处理，便可使蓄电池容量恢复到96％以上，按此办法循环“活化”蓄电池就能很容易达到设计寿命（24-36个月）。
（5）使用汽油清净剂
对于使用年代较长的车来说，使用汽油清净剂节油效果比较明显；对车，它只是保持新车燃油系统油路顺畅，喷油嘴、进气阀清洁，使新车油耗长期保持在最佳水平，一般能节油3-5％。

参看文献:
[1]张元江，发动机制造新技术，天津汽车1994—4
[2]孟昭宁，丰田VVT-i发动机新技术，实用汽车技术2004-7
[3]崔心存，现代汽车新技术， 人民交通出版社
[4]张小虞，关于中国汽车工业产品开发 北京：机械工业部汽车司，1996
[5]高松，庄继德，任传波，邹广德等 ，汽车性能优化 机械工业出版社