商用和工业发动机的发展趋势

商用和工业发动机的发展趋势

废气排放法规包括对温室气体排放的限制，以驱动商业发动机的进一步变革。降低废气排放和改善能源消耗始终是未来各种发动机的发展趋势。为了实现这一目标，需要对发动机进行更为复杂的设计，如发动机上将安装更多、更先进的诸如余热回收系统、气体燃料供给系统、尾气后处理系统和整车控制系统等。另外，由于较高的热效率、较低的寄生损耗以及低NOx和PM排放使重型发动机的气缸峰值压力达到25MPa，因此需求对发动机进行重新设计,使其强度达到要求。分析了利用先进技术和新材料等措施来降低发动机排放、提升发动机性能的可行性。目前，轻型汽车发动机上采用了如下先进技术。

（1）发动机小型化技术。该技术不仅是减小发动机的体积，而且包括在发动机提供相同功率的同时降低发动机的排量、减轻质量和减少气缸数目等。

（2）可变压缩比技术。该技术通过降低高负荷时的气缸压力，使气缸的峰值压力不超过现有的发动机制造水平。

（3）气缸套和曲轴箱技术。利用热喷涂技术对气缸套进行处理，减少摩擦，降低发动机机械损失。在额定转速下，平均摩擦有效压力比普通的铸铁衬套降低了12%，在额定负荷下，该值的减少量高达20%。将气缸套集成在曲轴箱上，可显著降低发动机的制造成本。目前，该集成技术仅应用在轻型和中型发动机上，若将其应用在重型发动机上，则发动机需要使用湿式气缸套。

（4）曲轴。曲轴主轴和连杆大头轴承是发动机机械损失的主要来源（约占14%）。在额定转速或额定负荷情况下，该值可达到25%。通过优化，曲轴主轴和连杆大头轴承造成的机械损失可减少50%。

（5）气缸盖设计。通过气缸盖的材料选择和结构设计可使气缸盖高频负荷峰值压力超过20MPa。

（6）高压燃油喷射。燃油喷射压力的提高有利于减少燃油注入时间，且高喷射压力要求较小的注射孔，有利于燃油的雾化，使燃油充分燃烧，减少燃油消耗和PM排放。目前，喷射压力设定为300MPa。

MichaelFrankeetal.SAE 2014-01-2325.

编译：王祥