商用和工業(yè)發(fā)動機的發(fā)展趨勢

商用和工業(yè)發(fā)動機的發(fā)展趨勢

廢氣排放法規(guī)包括對溫室氣體排放的限制，以驅(qū)動商業(yè)發(fā)動機的進(jìn)一步變革。降低廢氣排放和改善能源消耗始終是未來各種發(fā)動機的發(fā)展趨勢。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要對發(fā)動機進(jìn)行更為復(fù)雜的設(shè)計，如發(fā)動機上將安裝更多、更先進(jìn)的諸如余熱回收系統(tǒng)、氣體燃料供給系統(tǒng)、尾氣后處理系統(tǒng)和整車控制系統(tǒng)等。另外，由于較高的熱效率、較低的寄生損耗以及低NOx和PM排放使重型發(fā)動機的氣缸峰值壓力達(dá)到25MPa，因此需求對發(fā)動機進(jìn)行重新設(shè)計,使其強度達(dá)到要求。分析了利用先進(jìn)技術(shù)和新材料等措施來降低發(fā)動機排放、提升發(fā)動機性能的可行性。目前，輕型汽車發(fā)動機上采用了如下先進(jìn)技術(shù)。

（1）發(fā)動機小型化技術(shù)。該技術(shù)不僅是減小發(fā)動機的體積，而且包括在發(fā)動機提供相同功率的同時降低發(fā)動機的排量、減輕質(zhì)量和減少氣缸數(shù)目等。

（2）可變壓縮比技術(shù)。該技術(shù)通過降低高負(fù)荷時的氣缸壓力，使氣缸的峰值壓力不超過現(xiàn)有的發(fā)動機制造水平。

（3）氣缸套和曲軸箱技術(shù)。利用熱噴涂技術(shù)對氣缸套進(jìn)行處理，減少摩擦，降低發(fā)動機機械損失。在額定轉(zhuǎn)速下，平均摩擦有效壓力比普通的鑄鐵襯套降低了12%，在額定負(fù)荷下，該值的減少量高達(dá)20%。將氣缸套集成在曲軸箱上，可顯著降低發(fā)動機的制造成本。目前，該集成技術(shù)僅應(yīng)用在輕型和中型發(fā)動機上，若將其應(yīng)用在重型發(fā)動機上，則發(fā)動機需要使用濕式氣缸套。

（4）曲軸。曲軸主軸和連桿大頭軸承是發(fā)動機機械損失的主要來源（約占14%）。在額定轉(zhuǎn)速或額定負(fù)荷情況下，該值可達(dá)到25%。通過優(yōu)化，曲軸主軸和連桿大頭軸承造成的機械損失可減少50%。

（5）氣缸蓋設(shè)計。通過氣缸蓋的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計可使氣缸蓋高頻負(fù)荷峰值壓力超過20MPa。

（6）高壓燃油噴射。燃油噴射壓力的提高有利于減少燃油注入時間，且高噴射壓力要求較小的注射孔，有利于燃油的霧化，使燃油充分燃燒，減少燃油消耗和PM排放。目前，噴射壓力設(shè)定為300MPa。

MichaelFrankeetal.SAE 2014-01-2325.

編譯：王祥