汽车发动机的发展动向

孔令文　曾小荣

摘 要：本文主要介绍了汽车发动机节能新技术、代用燃料及其应用和发动机零件新材料三个方面，其中发动机节能新技术中介绍了替代发动机和常规发动机，代用燃料介绍了燃料的分类及其选择，发动机零件新材料主要介绍了陶瓷零件盒纤维增强树脂连杆。

关键词：发动机节能；代用燃料；替代发动机；纤维增强树脂连杆

1 引言

无论从静态还是动态来看，汽车都是消耗石油的第一“大客户”。由于世界性的能源危机和对于节能减排的强大压力，汽车发动机节能已成为汽车制造业发展方向中一个十分引人注目的问题。目前，北美地区在现阶段汽车动力系统发展方向上出现了激烈的竞争。这场竞争大致通过四个不同的动力系统技术体现出来，即：1.先进的柴油动力技术；2.电油混合动力技术；3.燃料乙醇与汽油混合动力技术；4.改进汽油发动机性能。对发动机零部件来说，前些年国内汽车企业地主要精力都放在整车开发和制造上，没有精力关注甚至忽略了包含发动机在内地零部件开发和制造，这造成了现在国产发动机地关键零部件技术缺失，如对发动机性能、成本有举足轻重影响地发动机管理系统等关键零部件技术及系统集成技术仍掌握在几个国外巨头手上；涡轮增压器、液压挺柱、可变气门正时、可变气门升程等先进零部件也基本依靠国外进口或其在国内地生产厂供给。可喜地是，经过近几年地激烈市场竞争地锤炼，自主品牌发动机各企业基本都站稳了脚跟，博得了继续与国际汽车发动机巨头同台竞技地机会，有关企业和政府部门也开始关注关键零部件地发展，在包含发动机管理系统地零部件制造和系统集成方面，国内已有部分企业取得了突破，只有掌握关键零部件地技术，国产发动机地总体技术水平与国外先进水平地差距才有可能缩小，我国才有可能制造出具有国际竞争力地发动机产品，也才有可能真正成为发动机地制造强国。

2 汽车节能新技术

随着汽车产销量的迅速增长，汽车的节能和排放控制问题问题已日益引起人们的关注，一些发达国家开始研究制定制定法规对汽车的排放进行限制，对汽车的节能提出了要求，并且随时间的推移日趋严格，强化了人们对汽车节能和环保的认识，使得高效率，低排放车用发动机技术的开发受到高度重视，从而促使传统的内燃机技术不断创新。

2.1 替代发动机

三角活塞旋转式发动机：转子发动机与往复活塞式发动机相比较，它的有点是单位工作容积功率大，单位功率质量小；由于没有复杂的往复运动零件，因此振动轻微、结构简单、零件数量少；在相同的压缩比下可使用低辛烷值汽油；拆装方便，维修简易，在有专用设备的情况下制造工艺也不算复杂。此外，转子发动机还有一个突出优点，即排气中的NOx的含量比往复式发动机低得多，在排气净化方面的优越性，很可能使它成为未来的很有前途的汽车动力装置之一。转子发动机的缺点是：低速动力性和经济性差，起动性和耐久性有待进一步改善。

低散热陶瓷发动机：为了寻求高效节能、低排放的热机，很自然会想到如何减少发动机能量损失中占绝大部分的冷却损失和排气损失，以及对这些能量的有效利用。作为具体方案之一的“低热损失发动机”，它的具体设想是：取消或部分取消冷却系统，使用耐高温的隔热材料减少燃烧室内热量的损失，使内燃机在更高的工质温度下工作以及利用排气能量。优点是可以提高热效率，降低燃料消耗、减少辅助功率消耗、发动机结构简化、降低了发动机噪声，缺点表现为可靠性和造价问题以及经济性，还有发动机寿命问题。

汽车燃气轮机：它的主要优点是结构简单；质量轻，约比汽油机轻15%，主要缺点是循环进气温度低，燃料经济性差。

斯特林发动机：目前研制的斯特林发动机主要用氢气做工质。因为这种工质传热特性好，压降小，同时不增大发动机的体积[1]。

2.2 常规发动机

汽油机：汽油机节能研究的重点是改进进气系统各部件。

稀燃发动机：发动机基本结构与汽油机相似，但混合气的空燃比一般在18：1以上。稀燃存在很多问题需要解决，如各缸、各循环混合气空燃比偏差大，容易出现断火现象。

分层进气发动机：分层进气机是用少量浓混合气点燃大量稀混合气的发动机，目前美国、德国和日本已研制成功各种分层进气发动机，其性能指标达到较高的水平[2]。

3 代用燃料及其应用

隨着节能及排放的要求越来越高，世界各国纷纷研究对策，一方面从内燃机自身着手，另一方面则是应用代用燃料。代用燃料是指可用来替代目前内燃机使用的常规汽油和柴油的燃料。

作为良好的代用燃料应能满足一下要求：

（1）资源丰富，价格合适；

（2）燃料的热值能满足内燃机动力性能的要求；

（3）能满足车辆起动性能、行驶性能及加速性能等方面的要求；

（4）原有内燃机结构变动较小，技术上可行；

（5）能量密度高，储存、运输方便；

（6）对内燃机的寿命及可靠性无不良的影响；

（7）对人类健康、环境保护及防火等方面无有害影响。

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。由于当前替代燃料的生产量还不大，此外为了不过多的改动发动机，因此倾向于使用混合燃料，待将来替代燃料产量大了，可以设计制造专门适应于某一替代燃料的发动机，如醇类发动机等等。

4 发动机零件新材料

目前使用陶瓷零件的发动机可以分成两

类：第一类是利用陶瓷耐磨、耐热、质量轻的特点，用陶瓷材料来控制制造凸轮轴、摇臂触头、涡轮增压器、燃烧室镶块、电热塞等；第二种类型是利用陶瓷的隔热性、耐热性、将活塞、缸盖、进排气门等改用陶瓷材料。这样，机体、缸盖可取消水套，并省掉水泵、散热器、风扇等，消除由冷却水带走的热损失，即制成低热损失发动机。

连杆采用纤维增强树脂后，其强度、刚度、质量相当铝合金连杆。这样，连杆质量减轻，减小往复惯性力、离心惯性力，从而减小振动，使发动机运转平稳。

5 总结

在发动机的工作方式和喷油方式确定后，发动机的进化之路并没有终止，在发动机技术的完善上一代一代的汽车人在做着不懈的努力。有些完善甚至都没办法记录。很显然现在的发动机运转更加平顺了，抖动也不是那么激烈了。燃油经济性也更好了，马力更足了。而这些都是依赖于新技术的运用。为了改善进气就有了：本田的ECVT，丰田的VVT-I，现代的CVVT，通用的DVVT等可变气门正时技术；为了获得更好的空燃比，就有了大众的TFSI分层喷射技术，VIS可变进气道技术，涡轮增压中冷技术等等；为了使环境污染最小在排气管里又增加了氧传感器，三元催化转化器，以及废弃在循环技术。目前，由于环境污染的恶劣影响，对汽车尾气排放的要求也越来越高，老气的发动机技术淘汰已经成了必然，更多充分利用能源的技术也在不停的研发当中。同时由于全球能源危机的巨大影响，更加节能的新能源技术必将在发动机技术的发展上书写重重的一笔。

参考文献

[1]陈培陵. 汽车发动机原理[M].北京：人民交通出版社，1999.

[2]陈家瑞. 汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2009.

作者简介

孔令文（1989-），男，黑龙江齐齐哈尔人，在读研究生，研究方向：汽车排放控制。