汽車發動機的發展動向

孔令文　曾小榮

摘 要：本文主要介紹了汽車發動機節能新技術、代用燃料及其應用和發動機零件新材料三個方面，其中發動機節能新技術中介紹了替代發動機和常規發動機，代用燃料介紹了燃料的分類及其選擇，發動機零件新材料主要介紹了陶瓷零件盒纖維增強樹脂連桿。

關鍵詞：發動機節能；代用燃料；替代發動機；纖維增強樹脂連桿

1 引言

無論從靜態還是動態來看，汽車都是消耗石油的第一“大客戶”。由于世界性的能源危機和對于節能減排的強大壓力，汽車發動機節能已成為汽車制造業發展方向中一個十分引人注目的問題。目前，北美地區在現階段汽車動力系統發展方向上出現了激烈的競爭。這場競爭大致通過四個不同的動力系統技術體現出來，即：1.先進的柴油動力技術；2.電油混合動力技術；3.燃料乙醇與汽油混合動力技術；4.改進汽油發動機性能。對發動機零部件來說，前些年國內汽車企業地主要精力都放在整車開發和制造上，沒有精力關注甚至忽略了包含發動機在內地零部件開發和制造，這造成了現在國產發動機地關鍵零部件技術缺失，如對發動機性能、成本有舉足輕重影響地發動機管理系統等關鍵零部件技術及系統集成技術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零部件也基本依靠國外進口或其在國內地生產廠供給?？上驳厥牵涍^近幾年地激烈市場競爭地錘煉，自主品牌發動機各企業基本都站穩了腳跟，博得了繼續與國際汽車發動機巨頭同臺競技地機會，有關企業和政府部門也開始關注關鍵零部件地發展，在包含發動機管理系統地零部件制造和系統集成方面，國內已有部分企業取得了突破，只有掌握關鍵零部件地技術，國產發動機地總體技術水平與國外先進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動機產品，也才有可能真正成為發動機地制造強國。

2 汽車節能新技術

隨著汽車產銷量的迅速增長，汽車的節能和排放控制問題問題已日益引起人們的關注，一些發達國家開始研究制定制定法規對汽車的排放進行限制，對汽車的節能提出了要求，并且隨時間的推移日趨嚴格，強化了人們對汽車節能和環保的認識，使得高效率，低排放車用發動機技術的開發受到高度重視，從而促使傳統的內燃機技術不斷創新。

2.1 替代發動機

三角活塞旋轉式發動機：轉子發動機與往復活塞式發動機相比較，它的有點是單位工作容積功率大，單位功率質量?。挥捎跊]有復雜的往復運動零件，因此振動輕微、結構簡單、零件數量少；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，在有專用設備的情況下制造工藝也不算復雜。此外，轉子發動機還有一個突出優點，即排氣中的NOx的含量比往復式發動機低得多，在排氣凈化方面的優越性，很可能使它成為未來的很有前途的汽車動力裝置之一。轉子發動機的缺點是：低速動力性和經濟性差，起動性和耐久性有待進一步改善。

低散熱陶瓷發動機：為了尋求高效節能、低排放的熱機，很自然會想到如何減少發動機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“低熱損失發動機”，它的具體設想是：取消或部分取消冷卻系統，使用耐高溫的隔熱材料減少燃燒室內熱量的損失，使內燃機在更高的工質溫度下工作以及利用排氣能量。優點是可以提高熱效率，降低燃料消耗、減少輔助功率消耗、發動機結構簡化、降低了發動機噪聲，缺點表現為可靠性和造價問題以及經濟性，還有發動機壽命問題。

汽車燃氣輪機：它的主要優點是結構簡單；質量輕，約比汽油機輕15%，主要缺點是循環進氣溫度低，燃料經濟性差。

斯特林發動機：目前研制的斯特林發動機主要用氫氣做工質。因為這種工質傳熱特性好，壓降小，同時不增大發動機的體積[1]。

2.2 常規發動機

汽油機：汽油機節能研究的重點是改進進氣系統各部件。

稀燃發動機：發動機基本結構與汽油機相似，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、各循環混合氣空燃比偏差大，容易出現斷火現象。

分層進氣發動機：分層進氣機是用少量濃混合氣點燃大量稀混合氣的發動機，目前美國、德國和日本已研制成功各種分層進氣發動機，其性能指標達到較高的水平[2]。

3 代用燃料及其應用

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

作為良好的代用燃料應能滿足一下要求：

（1）資源豐富，價格合適；

（2）燃料的熱值能滿足內燃機動力性能的要求；

（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）原有內燃機結構變動較小，技術上可行；

（5）能量密度高，儲存、運輸方便；

（6）對內燃機的壽命及可靠性無不良的影響；

（7）對人類健康、環境保護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。由于當前替代燃料的生產量還不大，此外為了不過多的改動發動機，因此傾向于使用混合燃料，待將來替代燃料產量大了，可以設計制造專門適應于某一替代燃料的發動機，如醇類發動機等等。

4 發動機零件新材料

目前使用陶瓷零件的發動機可以分成兩

類：第一類是利用陶瓷耐磨、耐熱、質量輕的特點，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、進排氣門等改用陶瓷材料。這樣，機體、缸蓋可取消水套，并省掉水泵、散熱器、風扇等，消除由冷卻水帶走的熱損失，即制成低熱損失發動機。

連桿采用纖維增強樹脂后，其強度、剛度、質量相當鋁合金連桿。這樣，連桿質量減輕，減小往復慣性力、離心慣性力，從而減小振動，使發動機運轉平穩。

5 總結

在發動機的工作方式和噴油方式確定后，發動機的進化之路并沒有終止，在發動機技術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。很顯然現在的發動機運轉更加平順了，抖動也不是那么激烈了。燃油經濟性也更好了，馬力更足了。而這些都是依賴于新技術的運用。為了改善進氣就有了：本田的ECVT，豐田的VVT-I，現代的CVVT，通用的DVVT等可變氣門正時技術；為了獲得更好的空燃比，就有了大眾的TFSI分層噴射技術，VIS可變進氣道技術，渦輪增壓中冷技術等等；為了使環境污染最小在排氣管里又增加了氧傳感器，三元催化轉化器，以及廢棄在循環技術。目前，由于環境污染的惡劣影響，對汽車尾氣排放的要求也越來越高，老氣的發動機技術淘汰已經成了必然，更多充分利用能源的技術也在不停的研發當中。同時由于全球能源危機的巨大影響，更加節能的新能源技術必將在發動機技術的發展上書寫重重的一筆。

參考文獻

[1]陳培陵. 汽車發動機原理[M].北京：人民交通出版社，1999.

[2]陳家瑞. 汽車構造[M].北京：機械工業出版社，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。