现代内燃机技术探析

吴嘉楠，陶伟明，孙 浩

沈阳理工大学，辽宁沈阳 110159

现代内燃机技术探析

吴嘉楠，陶伟明，孙 浩

沈阳理工大学，辽宁沈阳 110159

目前，我们国家的汽车能源产业在国际上是很靠前的地位，并且汽车是现代社会中应用最便捷最方便的交通工具。为了满足现代以及未来对汽车各性能方面的需求，我们还需要继续努力运用科技技术改造内燃机以适应汽车动力系统的新需求。

内燃机；汽车行业；技术；科技

1 发动机实现节能的理论与方法

1）增加充气效率，充气效率就是内燃机在进气阶段中实际进入气缸的新鲜充量与在进气状态下充满气缸工作容积的气体质量的比值；2）提升内燃机的机械效率，在不减少缸中指示功率的前提下，减少机械损失，这样就能提升发动机的机械效率，直接提升发动机的有效功输出。而机械损失一般由摩擦损失、附件磨损损失及泵气损失3个部分组成；3）可燃混合气含量与内燃机工况的按时匹配；4）提高循环热效率，内燃机把燃料化学能转变成有效输出功的过程，是决定内燃机动力性以及经济性能最关键的环节，而转换效率变高又能降低燃料消耗率，又能增加功率输出；5）提高发动机的压缩比，指的是压缩前缸内的最大容积与压缩后缸内最小容积的体积比。表示气缸中新鲜充量压缩后，容积缩小的倍率。这个数越大，表示压缩比越大。

2 当代内燃机节能技术

1）内燃机稀燃技术，稀薄燃烧使得混合气中的油分子有更多的可能与空气中氧分子接触，燃烧更加完全。加以相应的排放控制措施，将会使得有害物质排放物大大减少，此技术具有良好的经济性和环保性。

2）内燃机增压技术，增压后使单位时间内进入燃烧室的新鲜空气增多，这意味着可以燃烧更多的燃料，从而可以提高内燃机功率。而且增压技术是提高内燃机输出功最有效的方法之一。

3）燃油掺水节油技术，该技术不仅能减少排气中氮氧化物等有毒成分降低烟度，还能有效减少油量损耗。

4）内燃机变气缸排量技术，就是在中负荷和低负荷工况下让一些气缸停止工作，增加工作气缸承载的负荷，让它的工作点进入低耗油和低排放工作区域里，这样来改善车辆的经济性及环保性能。

5）内燃机可变配气正时技术，它包括可变气门正时和可变气门升程技术。要求能根据内燃机的工作状态适时做出一定的调整，并具有灵活性。

6）可变进气歧管技术，采用VGIS—Variable Geometric Intake System系统，电控单元（ECU）可依照内燃机转速及工况的变化来跟进需要的进气道长度，在高转速工况下使进气道变短，减少气流动损失，提高功率，在低转速和低负荷工况下还有启动时让进气道增长，管内空气动能增加，导致进气速度加快，使充气效率提高。

7）可变压缩比技术，该技术又可避免爆燃，又提高了在高压缩比状态下中低负荷的工作效率，加强了动力性，提升了经济性，保证了内燃机工作效率最大化。

8）汽油机燃油喷射与点火系统的电子控制技术，该技术不仅使喷射装置的机械结构大大简化，还可利用氧传感器的反馈控制和三元催化转化器使各项排放指标达到最好的水平。

9）柴油机燃油喷射系统的电子控制技术，此项技术的发展比汽油机要晚十年，因其难度比汽油机高了不少。其基本原理则与汽油机类似。

10）电子节气门技术，该技术可以根据内燃机的转矩要求，适量地调节进气通量，它抛弃了以往的加速踏板而采用拉索，杠杆机构，与内燃机节气门进行直接连接，并加以相应的传感器和电控单元，实时准确地调控节气门开度。

11）陶瓷发动机，当发动机取消冷却系统后，燃烧室部件温度会大大提高，一般的金属材料很难承受，而陶瓷耐高温，耐磨损且耐腐蚀并且质量小，强度也符合要求，用该材料制造内燃机的各零部件，基本都能取得不错的成果。

12）EcoBoost内燃机技术，该技术综合了涡轮增压和燃油直喷技术，可让四缸及六缸内燃机小型化，并能有效缓解涡轮迟滞和内燃机爆燃缺陷，不仅确保驾驶性能，还把燃油经济性提高了20%。

3 内燃机的节能装置

1）火花塞二次空气导入环，简称节油环，它是套装在长螺纹火花塞上的环形体。该装置具有增加发动机动力性，节约燃料，减少污染等明显的优点。

2）内燃机磁化节油器，该装置特点就是节约油量比较显著，经测定，平均节油6%～7%以上，避免黑烟50%左右，提高发动机功率的效果也较明显。其原理有助于提高油粒子的分散性，有助于混合气或喷雾粒子的细微化，从而达到节约燃油和降低烟度的目的。

3）喷水节油器，该装置使得高压缩比的内燃机爆燃问题得到有效解决，并能提高内燃机的动力性，减少耗油量。

4）节油点火装置，主要分为晶体管点火装置和高频高能电子点火器，以及其它节油点火装置。汽油内燃机点火装置能否正常工作，对内燃机燃油消耗率有着重要的影响。及时排除和更替有损坏的点火装置零件，汽车的油量消耗基本都会降低10%左右。所以要根据具体内燃机型号选择合适的点火装置，以降低油耗量。

4 汽油机增压困难的原因及改进措施

1）汽油机增压后爆燃的几率大幅增加；2）因为汽油机新鲜充量和空气混合的过量空气系数较小，但是燃烧温度却较高，因此增压后涡轮增压器热负荷很大；3）装备汽油机的车辆工况变化繁多，工作中转速和功率范围变化大，使得涡轮增压器和汽油机的配合比较困难；4）在电控汽油喷射式内燃机上，实行汽油机增压，成功使化油器内燃机与涡轮增压器匹配恰当。随着电控技术应用越来越广泛，更加方便地对增压系统进行爆燃及排放控制；5）应用点火提前角可适应控制，来解决由于增压产生的爆燃倾向，待爆燃趋势消除后，自适应地逐渐加大点火提前角，让内燃机在比较理想的状态下工作；6）对增压后的空气进行中间冷却可有效提高输出功，对于降低油耗和热负荷及减少爆燃趋势都十分有用；7）采用压力调节装置，内燃机在高速，大负荷状态下工作时，废气蕴涵的能量多，压力高，相反则压力低。因此废气涡轮增压内燃机的低速转矩小，加速性能较差。过高的压力使得缸内热负荷过大并发生爆燃，所以必须采用压力调节装置，以调控增压压力。最简单的方法就是增加进排气旁通阀或者放气阀。

5 电子点火系统的优点

现如今，汽车内燃机朝着多缸、高压缩比、高速的趋势发展，并试图通过改变混合气的燃烧情况，使用稀混合气，来达到减少污染和节能的目的。这些都对点火系统的工作性能提出了较为苛刻的要求，电子点火系统的出现改善了这一供求关系，它有多个优势如：1）减少触点产生的火花，避免触点烧损，延长触点的使用寿命，改善点火系统的性能；2）不受触点的限制，提升一次电流，提高二次电压，改善发动机高速工况时的点火性能；3）因为点火能量及二次电压的提升，使得它对火花塞中留存的积碳敏感度不高，且可以增加火花塞两电极的间隙；4）减轻了对无线电的干扰；5）结构简单，质量小，体积也小，使用及维修更替方便。

通过上文的论述，我们清楚地了解到现代技术对于一个行业的发展是多么重要，更加明确当下社会需要的是经济节能型的新产品，内燃机作为人类陆路交通运输行业的主要动力提供源，对其的改造是 大势所趋。所以在科技技术不断革新的今天，对内燃机的创新研究也在一点点进步，不断地努力造就的是美好的未来。

TK4

A

1674-6708（2016）171-0190-01

吴嘉楠，沈阳理工大学，研究方向为热能与动力工程。陶伟明，沈阳理工大学。孙浩，沈阳理工大学。