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1、西安交通大学现代汽车技术大作业班 级 能动 D21 姓 名 刘 洋 学 号 2010035049 日 期 2016年1月1日 内燃机代用燃料的研究现状和重要性摘 要：本文简要介绍内燃机代用燃料的定义与分类，并分述了醇类燃料，醚类燃料，气体燃料，电池汽车的研究现状，并结合当今节能环保的世界主题，阐述了内燃机代用燃料必将一直是未来内燃机界内的重要研究方向。关键词：内燃机 代用燃料 能源危机1 内燃机代用燃料的定义与分类内燃机代用燃料是指区别于传统内燃机以化石能源为燃料，而以醇类、植物油类和气体燃料或是这些与汽柴油的混合物这一类的新型燃料1。主要分为醇类代用燃料，醚类代用燃料，气体代用燃料，电能，本
2、文将主要介绍上述五种代用燃料的研究现状。2 各类内燃机代用燃料的研究现状简述 2.1 醇类燃料醇类燃料现以甲醇、乙醇掺混燃烧最为常见，甲醇可以从煤炭、天然气中制取，乙醇可以从生物质中通过发酵得到，尤其是甲醇在我国制造工艺成熟，原料充足，且甲醇的辛烷值大，是醇类燃料中燃烧效率最高的2，国内最先对甲醇燃料进行研究的是吉林大学，我国第一台完全以甲醇为燃料的发动机在山西省大同汽车制造厂研制成功，此后在全国以甲醇作为添加燃料的发动机有较大发展，但受限于甲醇的毒性以及强腐蚀性，将对发动机使用寿命产生影响，因此各国均对甲醇掺混量有严格规定，日本现已禁止在汽车燃料中添加甲醇，甲醇的发展前景并不乐观。而乙醇则是
3、日常生活中很常见的酒精，可以从农作物中发酵提取，制作原料同样十分丰富，其优有着辛烷值高，抗爆性好的优点，是未来醇类燃料中比较有发展潜力的一种，乙醇在运输和储存方面都没有很难的技术问题，目前存在的问题主要是成本难以降低，农作物等制取乙醇的燃料去制取酒精或其他产品获得的经济效益更高是暂时难以解决的一个矛盾点。2.2醚类燃料醚类代用燃料以二甲醚为主，二甲醚具有环保性好，十六烷值高功率高，汽化潜热大，资源丰富，经济性好等优点，但也有不少缺点，如易发生气阻现象，粘度低易泄漏，是甲醇的衍生品，从产能到价格受甲醇制约。国内外对二甲醚燃料的研究只有十余年的历史，主要方向是研发适合燃烧二甲醚的发动机，实现高效清
4、洁燃烧，西安交通大学研发出国内第一辆纯二甲醚汽车，天津大学，上海交通大学也各自开展了二甲醚喷雾特性的研究。现在已经被认可的是二甲醚发动机最高爆发压力、最大压力升高率和放热峰值均比柴油机低且相位上滞后3，二甲醚燃料燃烧速度快，燃烧持续期比柴油短，这在中低转速情况下，尤为明显，二甲醚发动机工作柔和，噪声低，使其成为内燃机替代燃料中非常具有发展潜力和市场前景的一类。2.3气体燃料可作为内燃机代用燃料的气体非常多，诸如天然气，石油伴生气，液化石油气，城市煤气，矿井瓦斯，焦炉煤气，化工尾气，氢气等，都可以在经过改装的内燃机上使用。近年来，我国探明的天然气储量和生产量都有较大幅度的增长，所以天然气有望成为
5、成熟内燃机代用燃料的过度品4。另一方面，氢气作为最理想的燃料有着其他代用燃料无法比拟的高热值，高燃烧效率，纯净无污染等优点，但目前仍受限于制备成本居高不下，运输储存不便等技术困难。以氢气为燃料的新一代电池汽车，它具备了许多传统汽车不具备的优良性能，比如，零污染、噪音小、高效率等，同时还具有电动汽车所不具备的优良性能如，有良好的续航能力、燃料加注时间比电动汽车短等，发展氢燃料电池汽车符合当今各国所提倡的可持续发展的战略，在未来汽车代用燃料里，氢燃料电池成为主要的代替能源之一2.4电动汽车电动汽车除去上面已经介绍过的氢燃料电池汽车外还有纯电动汽车和混合动力汽车，电动汽车相比于传统以汽油机有着节能环
6、保的优势，当前与电动汽车相关的研究热点有电动汽车电机驱动系统，电动汽车充电技术和充电谐波分析等，其中电动汽车充电技术被认为是使电动汽车普及的最大难关5。即电池技术仍需要有较大提高，目前以酸铅电池，镍氢电池和锂离子电池最为常见。酸铅电池受限于使用次数，镍氢电池有较高的比能量和比功率，但镍钴的稀缺性决定了其成本较高，现多用于混合动力的电动汽车，锂离子电池的原料是锂矿石，我国锂资源丰富，同时锂电池的重复使用性能优异，但缺点是容量不足，现对锂电池的研究主要在如何扩大电池容量这个方向上。内燃机和化学电池之间的性能差距难以完全通过新电池技术来解决，还需其他方法辅助，如燃料电池，这些可能完全改变现有电动汽车
7、电池储能系统。总的来说，目前的电池汽车还普遍问题还是成本过高，在市场上内难以与传统内燃机汽车抗衡。3 未来代用燃料展望自从18世纪60年代英国开始了工业革命，彻底改变了人类仅依靠太阳能，动物肌肉，其他可再生能源的历史。此后，在世界范围内人们越来越多地将目光放在了化石能源上，但由于化石能源形成周期过于漫长，对于人类发展可以认为是一种不可再生能源，所以必将面临这种资源终将迎来枯竭的一天。在认识到这一问题后，人们开始思考如何应对化石能源枯竭这个问题，主要的应对方案有以下两个，一是开发新型能源，二是提高能源利用效率。在当今工业发展程度较高的今天，各商业化机械产品的能源利用效率已经达到了难以继续提高的程
8、度，比如现代家用小汽车，基本都装配了可变气门正时、缸内直喷、增压系统等，所以业内更多人将目光放在寻求新的代用燃料以缓解内燃机大量消耗化石能源的压力，由此可见，寻找更为合适的内燃机代用燃料将长期作为内燃机领域内的一个重点研究方向。参考文献1 景恒，陈立功内燃机代用燃料的发展分析J能源研究与信息， 20052 申章庆，杨青车用发动机代用燃料的研究现状及发展趋势J汽油机，20063 黄震二甲醚发动机与汽车研究J内燃机学报，20084 祁力钧能源危机与内燃机代用燃料研究J农机化研究，1996.5 宋永华电动汽车电池的现状及发展趋势J电网技术，2011.现代汽油发动机新技术及应用现状摘 要：节能和环保是
9、当今世界的两大主题，现代汽油机在此背景下研发出多种新技术以提高发动机效率，降低污染物排放，本文主要介绍了应用最为广泛的增压技术和缸内直喷技术，并对增压技术结合了具体车型阐述其工作机理，最后简述了尾气后处理技术的应用现状。关键词：汽油机新技术1 概述随着化石能源日趋减少，温室效应加速北极冰川融化，导致气候变暖等影响，在世界范围内各行各业均积极开发提高效率，降低排放的新技术，汽油机行业也不例外，现代汽油发动机为提高燃烧效率，普遍采用增压，缸内直喷以及可变气门正时技术，为降低排放一般在排放尾气排至大气前先通过三效催化转化器装置，以实现对废气的净化处理，后文将分别简述上述新技术以及其应用现状。2 增压
10、技术增压技术就是将空气预先压缩后再供入汽缸，以提高空气密度，增加进气量，降低发动机的泵气损失，由于进气量的增加，可相应增加循环供油量，从而提高发动机功率，目前常用的增压方式分为机械增压和涡轮增压两种1，下面将结合具体车型简述。2.1机械增压技术机械增压是一种通过发动机曲轴直接驱动压气机，以提高发动机进气压力，机械增压的特点是能有效地提高发动机功率，与涡轮增压相比，其低速增压效果更好，但驱动增压器需要消耗发动机功率，因此增大了油耗。机械增压根据压气机的工作原理分为机械离心式压气机、罗茨式增压器、滑片式增压器、螺旋式增压器和转子式增压器等。日产1.2L机械增压发动机目前搭载于2014款日产Note
11、车型上，原先我们认为机械增压器在发动机启动时就开始介入，不存在涡轮增压发动机的动力迟滞问题，也就是动力输出线性。但这样的特性会损失掉一部分动力，所以，在改装车中加装机械增压器的方案更多的是出现在大排量发动机上，对于一台排量仅有1.2升的三缸发动机，在动力输出连续性和动力损耗的取舍上似乎无法取得很好的平衡。而这台内燃机则是在机械增压器的皮带轮处安装了一个电磁离合器，以此管理机械增压器的工作状态。发动机在低转速状态下离合器断开，离合器处的皮带轮空转，动力无法通过皮带传到上面的机械增压器中。在高负荷状态，离合器接合，这样，动力便可通过皮带带动机械增压器，进而为发动机提供更多的空气。在工作状态上，利用
12、电磁离合器模拟出了涡轮增压器的状态，这样既能在低转速下确保机械增压器不“侵蚀”动力，油耗还能得到控制。2.2涡轮增压技术涡轮增压技术是一种利用内燃机运作转产生的废气驱动空气压缩机的技术2。这种增压方式能有效地利用排气的能量进行增压，所以经济性较机械增压要好，并可大幅度地降低有害气的排放和噪声水平，不过在经过了增压之后，发动机在工作时的压力和温度都大大升高，因此发动机寿命会比同样排量没有经过增压的发动机要短，而且机械性能、润滑性能都会受到影响，这样也在一定程度上限制了涡轮增压技术在发动机上的应用。且涡轮机工作在低转速的情况下，发动机的排气流量不够推动叶轮，而当油门突然加大时，这时候排气流量瞬间变
13、大了，但是原本低速转动甚至不转动的叶轮由于惯性并没有被马上推动，而是会延后一段时间才进入正常的工作状态。这样子体现在驾驶感受上就是：踩下油门的一瞬间并没有很强大的动力，甚至比一般的自然吸气发动机输出更软弱一些，但是等到转速攀升到一定程度，动力马上就汹涌澎湃的来了。这就是所谓的涡轮增压迟滞。新一代的凯迪拉克CTS搭载3.6升双涡轮增压发动机，这台内燃机最大功率425马力，最大扭矩583牛米，搭载这台发动机的换代CTS的0-96km/h加速时间官方公布仅为4.6秒。使用双涡轮增压，就是采用两个相互独立的涡轮增压器的增压系统，当发动机在两个涡轮增压器的共同作用时，进气效率大幅度提升，增压效果更加显著
14、，动力性得到很大提升。另一方面，在发动机转速较低时，只有一个低速涡轮工作，这时较少的排气即可驱动这只涡轮高速旋转以产生足够的进气压力，当发动机转速提升以后，高速涡轮工作继续进入高增压值的状态，提供一个连贯的强劲动力。这台内燃机的一个特点就是使用两个小的中冷器，并分别集成在进气歧管上。这样的设计同大众1.4TSI发动机上的设计理念相同。这样的设计减少了空气在回路中“行走”的路程，从而减少了涡轮迟滞现象，让扭矩输出更为顺畅。3 缸内直喷技术为满足越来越严格的油耗法规，汽油机的供油方式也在不断地改变，从化油器式供油到进气道多点喷射再到现今广泛采用的缸内直喷技术。缸内直喷是指汽油机采用与柴油机燃油喷射
15、方式相同的方法将燃油直接通过安装在缸盖上的喷油器喷入缸内使之燃烧的技术。燃油喷到缸内后，可自由控制缸内燃油的分布，利用优化设计的进气道和活塞顶部的空气流动使混合气在缸内分层分布，实现超稀薄混合气的稳定燃烧，同时也能达到降低排放的要求。缸内直喷分均质燃烧模式、分层燃烧模式和HCCI燃烧模式3，其中HCCI模式以其高热效率，超低NOX和PM排放成为国际研究热点，但技术难点在于各种不同工况下对HCCI燃烧时间的控制4。4 排气后处理技术现代汽油机最为普遍的排气后处理技术是采用三效催化转化器装置，当汽油机工作时，废弃经排气管进入催化器，其中氮氧化物与废气中的一氧化碳、氢气等还原性气体在催化作用下分解成氮气和氧气5，而碳氢化合物和一氧化碳在催化作用下充分氧化，生成二氧化碳和水蒸气。因此这种催化器被称为三效催化转化器。三小催化转化器中的催化剂一般是成本较高的铑、钯，铂等金属，同时这些金属在多次使用的过程中容易发生热失活、化学中毒、机械损伤和催化剂结焦等劣化现象，而更换成本高昂，导致了加装一套三小催化转化器装置成本难以下降，所以尽管现在三小催化转化器技术难关基本攻克，但三小催化转化器并没有完全普及，当然这也和排放法规的严格推行相关。
