現代內燃機技術探析

吳嘉楠，陶偉明，孫 浩

沈陽理工大學，遼寧沈陽 110159

現代內燃機技術探析

吳嘉楠，陶偉明，孫 浩

沈陽理工大學，遼寧沈陽 110159

目前，我們國家的汽車能源產業在國際上是很靠前的地位，并且汽車是現代社會中應用最便捷最方便的交通工具。為了滿足現代以及未來對汽車各性能方面的需求，我們還需要繼續努力運用科技技術改造內燃機以適應汽車動力系統的新需求。

內燃機；汽車行業；技術；科技

1 發動機實現節能的理論與方法

1）增加充氣效率，充氣效率就是內燃機在進氣階段中實際進入氣缸的新鮮充量與在進氣狀態下充滿氣缸工作容積的氣體質量的比值；2）提升內燃機的機械效率，在不減少缸中指示功率的前提下，減少機械損失，這樣就能提升發動機的機械效率，直接提升發動機的有效功輸出。而機械損失一般由摩擦損失、附件磨損損失及泵氣損失3個部分組成；3）可燃混合氣含量與內燃機工況的按時匹配；4）提高循環熱效率，內燃機把燃料化學能轉變成有效輸出功的過程，是決定內燃機動力性以及經濟性能最關鍵的環節，而轉換效率變高又能降低燃料消耗率，又能增加功率輸出；5）提高發動機的壓縮比，指的是壓縮前缸內的最大容積與壓縮后缸內最小容積的體積比。表示氣缸中新鮮充量壓縮后，容積縮小的倍率。這個數越大，表示壓縮比越大。

2 當代內燃機節能技術

1）內燃機稀燃技術，稀薄燃燒使得混合氣中的油分子有更多的可能與空氣中氧分子接觸，燃燒更加完全。加以相應的排放控制措施，將會使得有害物質排放物大大減少，此技術具有良好的經濟性和環保性。

2）內燃機增壓技術，增壓后使單位時間內進入燃燒室的新鮮空氣增多，這意味著可以燃燒更多的燃料，從而可以提高內燃機功率。而且增壓技術是提高內燃機輸出功最有效的方法之一。

3）燃油摻水節油技術，該技術不僅能減少排氣中氮氧化物等有毒成分降低煙度，還能有效減少油量損耗。

4）內燃機變氣缸排量技術，就是在中負荷和低負荷工況下讓一些氣缸停止工作，增加工作氣缸承載的負荷，讓它的工作點進入低耗油和低排放工作區域里，這樣來改善車輛的經濟性及環保性能。

5）內燃機可變配氣正時技術，它包括可變氣門正時和可變氣門升程技術。要求能根據內燃機的工作狀態適時做出一定的調整，并具有靈活性。

6）可變進氣歧管技術，采用VGIS—Variable Geometric Intake System系統，電控單元（ECU）可依照內燃機轉速及工況的變化來跟進需要的進氣道長度，在高轉速工況下使進氣道變短，減少氣流動損失，提高功率，在低轉速和低負荷工況下還有啟動時讓進氣道增長，管內空氣動能增加，導致進氣速度加快，使充氣效率提高。

7）可變壓縮比技術，該技術又可避免爆燃，又提高了在高壓縮比狀態下中低負荷的工作效率，加強了動力性，提升了經濟性，保證了內燃機工作效率最大化。

8）汽油機燃油噴射與點火系統的電子控制技術，該技術不僅使噴射裝置的機械結構大大簡化，還可利用氧傳感器的反饋控制和三元催化轉化器使各項排放指標達到最好的水平。

9）柴油機燃油噴射系統的電子控制技術，此項技術的發展比汽油機要晚十年，因其難度比汽油機高了不少。其基本原理則與汽油機類似。

10）電子節氣門技術，該技術可以根據內燃機的轉矩要求，適量地調節進氣通量，它拋棄了以往的加速踏板而采用拉索，杠桿機構，與內燃機節氣門進行直接連接，并加以相應的傳感器和電控單元，實時準確地調控節氣門開度。

11）陶瓷發動機，當發動機取消冷卻系統后，燃燒室部件溫度會大大提高，一般的金屬材料很難承受，而陶瓷耐高溫，耐磨損且耐腐蝕并且質量小，強度也符合要求，用該材料制造內燃機的各零部件，基本都能取得不錯的成果。

12）EcoBoost內燃機技術，該技術綜合了渦輪增壓和燃油直噴技術，可讓四缸及六缸內燃機小型化，并能有效緩解渦輪遲滯和內燃機爆燃缺陷，不僅確保駕駛性能，還把燃油經濟性提高了20%。

3 內燃機的節能裝置

1）火花塞二次空氣導入環，簡稱節油環，它是套裝在長螺紋火花塞上的環形體。該裝置具有增加發動機動力性，節約燃料，減少污染等明顯的優點。

2）內燃機磁化節油器，該裝置特點就是節約油量比較顯著，經測定，平均節油6%～7%以上，避免黑煙50%左右，提高發動機功率的效果也較明顯。其原理有助于提高油粒子的分散性，有助于混合氣或噴霧粒子的細微化，從而達到節約燃油和降低煙度的目的。

3）噴水節油器，該裝置使得高壓縮比的內燃機爆燃問題得到有效解決，并能提高內燃機的動力性，減少耗油量。

4）節油點火裝置，主要分為晶體管點火裝置和高頻高能電子點火器，以及其它節油點火裝置。汽油內燃機點火裝置能否正常工作，對內燃機燃油消耗率有著重要的影響。及時排除和更替有損壞的點火裝置零件，汽車的油量消耗基本都會降低10%左右。所以要根據具體內燃機型號選擇合適的點火裝置，以降低油耗量。

4 汽油機增壓困難的原因及改進措施

1）汽油機增壓后爆燃的幾率大幅增加；2）因為汽油機新鮮充量和空氣混合的過量空氣系數較小，但是燃燒溫度卻較高，因此增壓后渦輪增壓器熱負荷很大；3）裝備汽油機的車輛工況變化繁多，工作中轉速和功率范圍變化大，使得渦輪增壓器和汽油機的配合比較困難；4）在電控汽油噴射式內燃機上，實行汽油機增壓，成功使化油器內燃機與渦輪增壓器匹配恰當。隨著電控技術應用越來越廣泛，更加方便地對增壓系統進行爆燃及排放控制；5）應用點火提前角可適應控制，來解決由于增壓產生的爆燃傾向，待爆燃趨勢消除后，自適應地逐漸加大點火提前角，讓內燃機在比較理想的狀態下工作；6）對增壓后的空氣進行中間冷卻可有效提高輸出功，對于降低油耗和熱負荷及減少爆燃趨勢都十分有用；7）采用壓力調節裝置，內燃機在高速，大負荷狀態下工作時，廢氣蘊涵的能量多，壓力高，相反則壓力低。因此廢氣渦輪增壓內燃機的低速轉矩小，加速性能較差。過高的壓力使得缸內熱負荷過大并發生爆燃，所以必須采用壓力調節裝置，以調控增壓壓力。最簡單的方法就是增加進排氣旁通閥或者放氣閥。

5 電子點火系統的優點

現如今，汽車內燃機朝著多缸、高壓縮比、高速的趨勢發展，并試圖通過改變混合氣的燃燒情況，使用稀混合氣，來達到減少污染和節能的目的。這些都對點火系統的工作性能提出了較為苛刻的要求，電子點火系統的出現改善了這一供求關系，它有多個優勢如：1）減少觸點產生的火花，避免觸點燒損，延長觸點的使用壽命，改善點火系統的性能；2）不受觸點的限制，提升一次電流，提高二次電壓，改善發動機高速工況時的點火性能；3）因為點火能量及二次電壓的提升，使得它對火花塞中留存的積碳敏感度不高，且可以增加火花塞兩電極的間隙；4）減輕了對無線電的干擾；5）結構簡單，質量小，體積也小，使用及維修更替方便。

通過上文的論述，我們清楚地了解到現代技術對于一個行業的發展是多么重要，更加明確當下社會需要的是經濟節能型的新產品，內燃機作為人類陸路交通運輸行業的主要動力提供源，對其的改造是 大勢所趨。所以在科技技術不斷革新的今天，對內燃機的創新研究也在一點點進步，不斷地努力造就的是美好的未來。

TK4

A

1674-6708（2016）171-0190-01

吳嘉楠，沈陽理工大學，研究方向為熱能與動力工程。陶偉明，沈陽理工大學。孫浩，沈陽理工大學。