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1、发动机新技术发动机新技术姓姓 名:李增梅名:李增梅专专 业:机械设计制造及其自动化业:机械设计制造及其自动化班班 级:机械级:机械 09-109-1 班班学学 号:号:091014128091014128发动机新技术目前石油消耗总量的 40%被各类交通工具占据,汽车作为现代社会最重要的交通工具, 其全国保有量平均每年以 12.07%的速度增加。一方面,我国对燃油需求正以惊人的速度增 长,有限大一部分依赖进口;另一方面,我国石油产品的使用效率普遍不高,这不仅进一 步增加了对石油的需求,也造成了严重的大气污染,并已成为我国污染物的主要来源之一, 以高油价为标志的能源问题将长期成为制约我国经济发展的
2、主要因素。因此,汽车节能对 于目前的能源问题具有举足轻重的作用,节能与环保技术已成为汽车技术领域研发的热点。其发动机新技术主要有以下几种: 1.缸内直喷技术(GDI) 缸内直喷技术(GDI) ,燃油以细微滴状的薄雾方式进入汽缸,而不是以蒸汽的方式。 这也就意味着当燃油雾滴吸收热量变为可燃蒸汽时,实际上对发动机的汽缸起到了冷却的 作用。这种冷却作用降低了发动机对辛烷的需要,所以其压缩比可以有所增加。采用 GDI 技术的另一个优点是它能够加快油气混合气体的燃烧速度,这使得 GDI 发动机和传统的化 油器喷射发动机相比,可以很好地适应废气再循环工艺。大众 FSI 发动机利用一个高压泵,使汽油通过一个
3、分流轨道(共轨)到达电磁控制的高 压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流,使进气流形成最佳的涡流形态进 入燃烧室内,以分层填充的方式推动,使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。 如果稀燃技术的混合比达到 25:1 以上,按照常规是无法点燃的,因此必须采用由浓至稀 的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气,混合比达 到 12:1 左右,外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后,燃烧迅速波及外层。 2.自由活塞式混合动力 自由活塞式发发动机装置有效利用了活塞运动的整个过程,使得每个运动过程都是 “做功一发电”过程。只要活塞在运动就产生能量,使得发动机装置的效率大大提
4、高,同 时在功率方面也得到增加。因此,它具有质量轻、结构简单、热效率高,以及可使用多种 燃烧的优点。自由活塞式(Free piston)发动机作为一种新型的发动机,其要领和机理正为 人类所了解。这种发动机舍去了传统发动机曲柄连杆机构,在集成了永磁体材料的活塞的 剧围气缸内布置线。燃烧产生的高温高压燃气推动活塞往复运动从而使线圈切割磁力线, 产生电能。在传统发动机中,活塞运动时只有一个做功过程,其他过 程都是辅助过程。而自由活塞武发电发动机装置则有效利用了活塞运动的整个过程, 使得每个运动过程都是“做功一发电”过程。 3.可变排量发动机技术 可变排量发动机能够把稀薄燃烧、分层燃烧、节气门方式的各
5、个优点集中于一身。可 变排量方式能够按照负荷的变化改变发动机的排量,因而能够大幅度降低泵气损失,确保 空燃比一定,所以能够高精度净化排放气体。为了降低废气与辐射的热损失或冷却损失, 发动机采用各种绝热措施,或者采取无冷却措施(即不利用冷却水降低发动机燃烧温度)。 为此要求采用诸如陶瓷类的特殊材料。而实际上,已经试制各种以陶瓷为绝热材料的不使 用冷却水的柴油机。然而由于耐久性不好,多数最终归于失败。所以,减少摩擦损失是实 际上有效降低热量损失的重要手段。 4.气体燃料发动机 目前气体燃料汽车主要是指天然气及石油气的汽车,早在本世纪 30 年代,前苏联及意 大利等国就研制,使用天然气汽车,第二次世
6、界大战中应用也较多,由于气体燃料比容积 能量低,完全使用气体燃料的汽车一次充气后继续行驶的路车有限制,同时加气站较少,建设加气站需要多投资,各国各地区气体燃料储藏和供应不均衡,所以在原来汽油机上能 转换使用汽油和气体燃料,在柴油基础上使用部分气体燃料的双燃料汽车也受到重视,同 样为了改善燃烧,降低排放,在液体燃料汽车上掺烧少量氢气的工作也有所开展。 5.通过氧传感器对喷油量进行闭环控制 氧传感器安装在排气管道上,它会检测尾气中氧的浓度,并将检测结果通过电信号的 形式传送给发动机电脑,当尾气中氧的含量过少时,电脑会认为有可能部分油气混合气无 法燃烧,从而减小喷油脉宽,使发动机的空燃比(空气的质量
7、/燃油的质量)控制在一个狭 小的、接近理想的区域内(理想空燃比为 14.7:1)。电路图如下所示:这样做可以提高尾气 质量,提高发动机的动力性和经济性。6.陶瓷发动机 发动机用材料的重大改革则是用高性能陶瓷零件逐步代替金属零件,直至发动机的主 要零件,这就是人们常说的陶瓷发动机。高性能陶瓷有许多优于金属的性能,例如耐高温、 耐磨损、耐腐蚀、重量轻和隔热性能好。这些特殊性能可使传统发动机面临的热效率低和 结构复杂等许多难题得到合理解决,并提高发动机的性能和耐久性。因此,有专家认为, 高性能陶瓷是自内燃机发明以来最鼓舞人心的新发展,它将最终解决发动机要在苛刻环境 下工作的问题。21世纪,将会出现许
8、多陶瓷发动机。陶瓷涂层技术成熟、成本低、寿命较 高,采用等离子喷涂工艺,可涂覆二氧化锆、碳化钛和二氧化钛等陶瓷,获得1毫米以内的 耐久涂层。为了解决陶瓷涂层太薄的问题,人们研究用二氧化锆、氮化硅、碳化硅和钛酸 铝制造发动机的整体陶瓷零件。此外,还研究了玻璃瓷、氧化铝等整体陶瓷件。其优越性 体现在:可以提高发动机的工作温度,从而大大提高效率。例如,对内燃机而言,目前作为其制造材料的镍基耐热合金,工作温度在 1000左右。而采用陶瓷材料,则可以将工作温度提高到 1300,使发动机效率提高 30%左右。工作温度高,可使燃料燃烧充分,所排废气中的有害成分大为降低,这不仅降低了能源消耗,而且减少了环境污
9、染。陶瓷的热传导性比金属低,这使发动机的热量不易散发,节省能源。 陶瓷具有较高的高温强度和热传导性,可延长发动机的使用寿命。 随着经济的发展,汽车已很普遍,同时环境污染也是一大问题。应此在节能及 环保汽车方面发动机的改善及其他技术有如下几种: (1)燃油回路加装节油器 当燃油通过节油器时,磁分裂催化剂使长链碱性燃料分子分裂成较短的碱性分子, 使得燃料的燃烧率更高。用这种方法,可节省 5-10的燃油费用;消除发动机积碳现象并使其寿命达到 150 万公里;发动机功率输出更加平稳;减少 20的有害尾气排放;购 置设备的成本大约为 1500 元,汽车行驶 3.75 万公里所节省的燃油即可回收投资。 (
10、2)涡轮增压节油器 适用于排量 1.6 升以下各种以汽油为燃料的汽车。它根据空气动力学原理,使发动 机从自然进气,变成主动进气,有效增加发动机内氧分子活性密度,促使燃油与气体充 分混合雾化,达到最佳的空燃比,最终使发动机的动力明显增加。该装置对发动机没有 任何拆改,不会影响发动机寿命,可以节省燃油 10。 (3)保养空滤器 空气滤清器的作用是净化进入气缸内的空气,如果加油超过标准或太脏,都会造成 空气不畅,导致车辆油耗增加。 (4)蓄电池活化 蓄电池电量不足会增加整车运行的油耗。正规厂家按标准生产的蓄电池,在车上使 用二三个月“硫化开始”时就对电池进行一次“活化”处理,便可使蓄电池容量恢复到 96以上,按此办法循环“活化”蓄电池就能很容易达到设计寿命(24-36 个月)。 (5)使用汽油清净剂 对于使用年代较长的车来说,使用汽油清净剂节油效果比较明显;对车,它只是保 持新车燃油系统油路顺畅,喷油嘴、进气阀清洁,使新车油耗长期保持在最佳水平,一 般能节油3-5。参看文献: 1张元江,发动机制造新技术,天津汽车19944 2孟昭宁,丰田VVT-i发动机新技术,实用汽车技术2004-7 3崔心存,现代汽车新技术, 人民交通出版社 4张小虞,关于中国汽车工业产品开发 北京:机械工业部汽车司,1996 5高松,庄继德,任传波,邹广德等 ,汽车性能优化 机械工业出版社