【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 油、空氣及廢氣三者的混合均勻性變的更加敏感，循環(huán)變動(dòng)增加，個(gè)別缸失火的機(jī)率增加等。 圖 稀薄燃燒效果 燃用均質(zhì)稀混合氣的技術(shù)途徑： (1) 使汽油充分霧化并保證混合氣混合均勻及各缸混合氣分配均勻，這樣可避免電噴發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整時(shí)的有意加濃；同時(shí)使缸內(nèi)混合氣的實(shí)際濃度有所增加，失火及不穩(wěn)定現(xiàn)象就會(huì)大大減少，發(fā)動(dòng)機(jī)便可以在較稀混合氣濃度的條件下工作。要使汽油充分霧化，可以在預(yù)熱、增加進(jìn)氣流的速度，增強(qiáng)進(jìn)氣流的擾動(dòng)、增加汽油的乳化度以及在使汽油分子等方面采取措施。 (2) 加快燃燒速度，這是稀燃技術(shù)的必要條件和實(shí)施的基礎(chǔ)。提高燃燒速度的主要措施是組織缸內(nèi)的氣體運(yùn)動(dòng)和提高壓縮比。 圖 HCCI 稀薄燃燒模擬圖 (3) 提高點(diǎn)火能量， 延長(zhǎng)點(diǎn)火時(shí)間 對(duì)于常規(guī)濃度的混合氣而言，普通點(diǎn)火系所提供的點(diǎn)火能量已經(jīng)足夠，但燃用稀混合氣時(shí)就應(yīng)當(dāng)設(shè)法提高點(diǎn)火能量。高能點(diǎn)火和寬間隙火花塞有利于火核形成，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短，燃燒速度提高，稀燃極限大。有些稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙火花塞，或者多極火花塞裝置來(lái)達(dá)到上述目的。 發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓技術(shù) 對(duì)新鮮空氣進(jìn)行預(yù)壓縮的過(guò)程稱(chēng)為增壓。增壓后進(jìn)入燃燒室內(nèi)的新鮮空氣量增多，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)功率。增壓是發(fā)動(dòng)機(jī)提高功率的有效方法之一。 (33) 由式可知，通過(guò)下列方法可提高功率： (1) 加大氣缸總排量 Vh，即增加氣缸數(shù) ，增大氣缸直徑 D 和行程 S。 (2) 提高轉(zhuǎn)速 ，提高平均有效壓力 Pme。 提高空氣的壓力和降低進(jìn)入氣缸的空氣溫度的辦法是采用增壓和中間冷卻技術(shù)。該技術(shù)除明顯改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性外，還可改善燃油經(jīng)濟(jì)性。實(shí)踐證明，在小型汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上采用渦輪增壓或機(jī)械增壓，當(dāng)汽車(chē)以正常的經(jīng)濟(jì)車(chē)速行駛時(shí)，不僅可以獲得相當(dāng)好的燃油經(jīng)濟(jì)性，而且還由于發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增加，能得到良好的加速性能。 柴油機(jī)采用渦輪增壓技術(shù)，不僅可提高功率 30%～ 100%，甚至更多；還可減少單位功率質(zhì)量，縮小外形尺寸，節(jié)約原材料，降低燃油消耗。 換用柴油機(jī) 柴油機(jī)的壓縮比高，熱效率高，其燃料消耗量比汽油機(jī)低 30%～ 40%，加上車(chē)用柴油與車(chē)用汽油相比加工成本又低，隨著世界各國(guó)對(duì)汽車(chē)節(jié)油的普遍重視，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)向柴油機(jī)化發(fā)展已是全球汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。特別是近年來(lái)，隨著柴油機(jī)采用渦輪增壓、中冷、直噴、尾氣催化轉(zhuǎn)換和顆粒捕集器等先進(jìn)技術(shù)，柴油機(jī)排放已達(dá)到歐Ⅲ、歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)，因而也掀起了小轎車(chē)柴油化的高潮，德國(guó)大眾汽車(chē)公司、美國(guó)通用汽車(chē)公司、日本豐田汽車(chē)公司等大型汽車(chē) 公司的小轎車(chē)也采用了柴油機(jī)。 柴油汽車(chē)的發(fā)展如此之快，主要原因是柴油機(jī)熱效率高，燃油消耗低，且柴油價(jià)格相對(duì)便宜，運(yùn)輸成本低。 柴油機(jī)與汽油機(jī)作為汽車(chē)動(dòng)力裝置在燃油消耗方面，主要表現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷時(shí)有差別。若發(fā)動(dòng)機(jī)都在全負(fù)荷工作，它們的熱效率（燃油經(jīng)濟(jì)性）幾乎沒(méi)有多大差別。柴油機(jī)的壓縮比汽油機(jī)的要高，以致理論上的指示熱效率較高。但是，高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦消耗功率將增大，全負(fù)荷時(shí)柴油機(jī)供油量增加，使過(guò)量空氣系數(shù)Ф a值下降，導(dǎo)致燃燒不完全，補(bǔ)燃增加，向燃燒室和汽缸壁的傳熱損失增加，這樣便抵消了高壓縮比帶來(lái)的益處 。處于部分負(fù)荷工作時(shí)，兩種發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗的差別較大。汽油機(jī)是通過(guò)改變節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制進(jìn)入汽缸的混合氣量，從而適應(yīng)負(fù)荷的變化。而柴油機(jī)是通過(guò)改變噴油量來(lái)適應(yīng)負(fù)荷的需要，其供入的空氣量并不發(fā)生變化，也就是說(shuō)柴油機(jī)部分負(fù)荷時(shí)的空燃比加大了，因此可以得到以下的結(jié)果： (1) 部分負(fù)荷時(shí)柴油機(jī)混合氣濃度較?。杖急却螅?，絕熱指數(shù)大，柴油機(jī)熱效率高。 (2) 汽油機(jī)在部分負(fù)荷時(shí)因節(jié)氣門(mén)的作用使進(jìn)氣管內(nèi)的壓力下降，而排氣壓力較高，引起泵氣損失的增大，使熱效率下降。 (3) 由于柴油機(jī)負(fù)荷減小時(shí)空燃比增大，使整個(gè)循環(huán)的溫 度有所降低，因此傳給汽缸壁和燃燒室的熱量相應(yīng)減少。汽油機(jī)中因其空燃比變化不大，所以其熱損失不會(huì)像在柴油機(jī)中那樣隨著負(fù)荷的減小而有所減少。 以上是從熱力學(xué)角度來(lái)分析的。由此知，在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的兩種發(fā)動(dòng)機(jī)，在部分負(fù)荷工況時(shí)柴油機(jī)的熱效率要高些。 由于部分負(fù)荷時(shí)燃燒過(guò)程的差異，也會(huì)使兩種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗有所不同。例如： (1) 汽油機(jī)排氣中可測(cè)到的一氧化碳含量濃度比柴油機(jī)的高，也就是汽油機(jī)燃油化學(xué)能的損失大。 (2) 汽油機(jī)在部分負(fù)荷時(shí)受到缸內(nèi)殘余廢氣的影響，其燃燒過(guò)程進(jìn)行的不夠完善。柴油機(jī)因空燃比增大，部分負(fù) 荷時(shí)的燃燒反而更為有利。 (3) 汽油機(jī)在冷啟動(dòng)和暖機(jī)時(shí)需要使用阻風(fēng)門(mén)，以便得到較濃的混合氣。柴油機(jī)不要求這樣加濃，在這些工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就比汽油機(jī)省油。 由此也可看出柴油機(jī)燃油消耗率隨負(fù)荷不同的變化比較平緩，這對(duì)于作為汽車(chē)使用的動(dòng)力裝置是很合適的。因?yàn)槠?chē)行駛中，部分負(fù)荷工況占了大部分使用時(shí)間，只有短時(shí)間需要全負(fù)荷工作，所以，柴油機(jī)汽車(chē)有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。 柴油機(jī)的有效熱效率高達(dá) 30%～ 40%，而汽油機(jī)的有效熱效率僅為 20%～ 30%。柴油機(jī)的使用壽命較長(zhǎng)，車(chē)用柴油機(jī)的大修里程一般約為 30～ 50 萬(wàn)公里，而車(chē)用汽油機(jī)的大修里程一般為 20～ 30 萬(wàn)公里。 柴油機(jī)的排氣污染較小，它排放產(chǎn)生的溫室效應(yīng)比汽油低 45%，排氣成分中一氧化碳含量較低，因此柴油機(jī)一般不需要在機(jī)外安裝凈化處理裝置。 柴油機(jī)的主要缺點(diǎn)是：制造維修成本較高，鋼材等原材料消耗大，冷啟動(dòng)比較困難，工作起來(lái)噪聲和振動(dòng)較大，在全負(fù)荷工作時(shí)有冒黑煙現(xiàn)象等。 新型發(fā)動(dòng)機(jī) 目前汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用往復(fù)式活塞內(nèi)燃 機(jī)。人們?cè)诓粩嗤晟片F(xiàn)有各種內(nèi)燃機(jī)的同時(shí)，還在探索新的機(jī)型，研究改善燃料和潤(rùn)滑濟(jì)的使用經(jīng)濟(jì)性，擴(kuò)大燃料平衡，降低排氣污染、噪音和振動(dòng)，提高壽命和可靠性。現(xiàn)在從節(jié)約能源、提高燃油經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)介紹下列新型發(fā)動(dòng)機(jī)。 絕熱發(fā)動(dòng)機(jī) 絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)是將活塞、汽缸蓋、氣門(mén)、汽缸套和排氣道等零件用耐高溫的陶瓷材料制成，用以控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室里的熱量不和外界交換，減少熱量損失，達(dá)到節(jié)油的目的。 絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸沒(méi)有傳給冷卻水的散熱損失，汽缸里溫度很高，汽缸壁的平均溫度要超過(guò) 1100℃，排氣的溫度也極高。因此，排氣能量更 需要充分回收。一般絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)都是排氣渦輪增壓的，如果不采用增壓，節(jié)油的效果就不明顯。絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)為了回收大量的排氣熱量，除了采用渦輪復(fù)合裝置外，還可采用蘭肯循環(huán)的方案，通過(guò)排氣余熱鍋爐再次利用。 絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)由于把原來(lái)散失在排氣和冷卻水中的熱能大部分變成了有效功，因此熱效率高，能夠節(jié)油。 五十鈴汽車(chē)公司制成的陶瓷柴油機(jī)（絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)），發(fā)動(dòng)機(jī)上的排氣門(mén)、進(jìn)氣門(mén)、活塞頂部、汽缸套、渦輪增壓器、進(jìn)排氣管都是用陶瓷制作，可節(jié)約燃料 50%，而功率比常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)高 30%。這種絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)比一般發(fā)動(dòng)機(jī)輕 30%，可耐 1500℃高溫 ，不需要用水泵、水箱、風(fēng)扇之類(lèi)的冷卻裝置，可以把 48%的能源作為動(dòng)力輸出。 熱氣發(fā)動(dòng)機(jī) 熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)是一種帶回?zé)崞鞯耐馊紮C(jī)，采用閉式循環(huán)，里面的工作氣體不更換，只能隨著加熱與放熱而改變?nèi)莘e。圖 是一種菱形傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖。 圖 熱氣發(fā)動(dòng)機(jī) 這種發(fā)動(dòng)機(jī)是由汽缸、動(dòng)力活塞、排氣活塞、加熱器、回?zé)崞饕约袄鋮s器等部件組成。動(dòng)力活塞頂和排氣活塞底構(gòu)成低溫空間，排氣活塞頂部的空間，兩個(gè)空間容積由管道連通，由動(dòng)力活塞輸出功率。為了使熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功以及使活塞運(yùn)動(dòng)同步，排氣活塞 與動(dòng)力活塞的運(yùn)動(dòng)相位相差 90176。，采用菱形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。 熱氣機(jī)還有一種斜盤(pán)式的結(jié)構(gòu)。斜盤(pán)的作用是使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)斜盤(pán)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有曲軸，活塞與汽缸直列于斜盤(pán)上方，均勻布置在斜盤(pán)投影圓周上，由活塞桿直接推動(dòng)斜盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。 熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：熱效率高，而且負(fù)荷變化時(shí)對(duì)熱效率的影響小，因此省油。由于是外燃機(jī)，可采用液體、氣體、固體等多種燃料，排氣污染少，潤(rùn)滑油消耗量少，大修期內(nèi)不需要更換潤(rùn)滑油，振動(dòng)和噪音小。缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加熱管要用貴重的耐熱合金，汽缸體和曲軸箱之間密封技術(shù)比較復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)的總 質(zhì)量和尺寸較大。 但是，隨著石油資源減少，以及對(duì)排氣污染和噪音要求的日益嚴(yán)格，熱氣機(jī)是一種有前途的發(fā)動(dòng)機(jī)。 汽車(chē)輕量化 汽車(chē)輕量化關(guān)系到我國(guó)能源規(guī)劃和戰(zhàn)略，關(guān)系到我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的自主創(chuàng)新，關(guān)系到我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。汽車(chē)輕量化對(duì)汽車(chē)節(jié)油，降低排放和性能改善，能源戰(zhàn)略規(guī)劃以及汽車(chē)工業(yè)健康發(fā)展都具有重要意義，汽車(chē)輕量化是現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展方向。 汽車(chē)輕量化技術(shù) 汽車(chē)輕量化可采用比鐵更輕的金屬材料、復(fù)合材料、可重復(fù)使用的塑料、車(chē)體和部件的結(jié)構(gòu)更趨合理化的中空型結(jié)構(gòu)、緊湊型結(jié)構(gòu)等對(duì)策。近年來(lái) ，把鐵制部件改用鋁件和塑料材料也逐漸增多。此外，還有把發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸的曲軸等旋轉(zhuǎn)部件制造成中空化結(jié)構(gòu)，以減輕質(zhì)量?，F(xiàn)今汽車(chē)引擎的汽缸頂，已大量采用鋁合金制造。汽車(chē)制造商樂(lè)意使用鋁合金的原因，首先是這種材料能降低引擎重量，其次是鋁合金有較佳的散熱特性，尤其適合多氣門(mén)引擎。保時(shí)捷不少車(chē)型裝備陶瓷制動(dòng)盤(pán)，被命名為 (PCCB Porsche ceramic posite brakes)，制動(dòng)盤(pán)以陶瓷制造的鑄模將碳纖維連接在一起。新材料對(duì)鹽水具有極高的抗蝕能力，硬度極高的表層擁有高強(qiáng)的抗磨特性，其摩擦系數(shù)又不受 溫度變化的影響，反復(fù)多次全力制動(dòng)也沒(méi)有任何熱衰減。與同尺寸的鋼質(zhì)制動(dòng)盤(pán)相比其重量卻只有鋼質(zhì)制動(dòng)盤(pán)的一半，足以令懸掛的非彈簧負(fù)荷重量降低不少。汽車(chē)輕量化，往往是通過(guò)這些細(xì)小技術(shù)的措施來(lái)使整體輕量化的。 而汽車(chē)的油耗主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的排量和汽車(chē)的總質(zhì)量。采用輕量化材料就能在汽車(chē)載荷不變的條件下，盡可能降低整車(chē)重量，從而顯著降低汽車(chē)燃油油耗。 發(fā)動(dòng)機(jī)小型輕量化 現(xiàn)在石油能源問(wèn)題尤為突出，國(guó)際原油期貨價(jià)格已經(jīng)突破 130 美元每桶，汽車(chē)的小型輕量化倍受人們的關(guān)注。它不僅關(guān)系到汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性，更關(guān)系到地球資源的有效利用。在過(guò)去汽車(chē)大都采用前置式發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)形式。后來(lái)從減輕質(zhì)量與確保車(chē)內(nèi)有效空間的利用方面出發(fā)，迅速向 FF方式發(fā)展（即前置式發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)方式）。發(fā)動(dòng)機(jī)小型輕量化，最重要的是發(fā)動(dòng)機(jī)總長(zhǎng)尺寸改小了，主要是改小各缸間汽缸中心距的尺寸，因它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量、尺寸影響極大。這可在保證各缸冷卻水腔空間、減小各種受力變形，以及在保持缸蓋氣密條件下，應(yīng)力要求減小汽缸中心距。 發(fā) 動(dòng)機(jī)質(zhì)量除取決于基本尺寸這一因素之外，還要受材料的選擇和制造技術(shù)所制約。使用薄壁鑄造技術(shù)，用輕合金和塑料等所制造的汽缸體和汽缸套，鋁合金制的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體和曲軸，回轉(zhuǎn)部分的中空結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸和曲軸以塑代鋼、以陶代鋼，以及用陶瓷活塞銷(xiāo)等，使零部件輕量小型，從而實(shí)現(xiàn)提高功率、節(jié)能和燃料費(fèi)用降低的目標(biāo)。還有現(xiàn)在汽車(chē)也在應(yīng)用一系列的新型發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量和燃油經(jīng)濟(jì)性。 材料輕量化 利用輕量化材料替代汽車(chē)上的高密度材料，從而減少汽車(chē)各部件的質(zhì)量。但是由于各種材料的性能各異，特別是強(qiáng)度和剛性不同，材 料間不可能是對(duì)等互換。這就失去了輕量化材料減輕部件質(zhì)量的效果。在這種情況下，開(kāi)發(fā)采用性能優(yōu)異的新材料、合金材料和合成材料就顯得尤為重要?，F(xiàn)用汽車(chē)輕量化材料具有代表性的有輕金屬、高彈力鋼、塑料、復(fù)合材料等。在汽車(chē)材料構(gòu)成比例中，這些材料所占比重逐漸增加。特別是美國(guó)被日本和歐洲汽車(chē)制造商推出的小型車(chē)占據(jù)了市場(chǎng)后，在汽車(chē)的小型輕量化方面投入了巨大的研究開(kāi)發(fā)費(fèi)用，根據(jù)通用汽車(chē)公司的戰(zhàn)略，今后將轉(zhuǎn)向使用鋁材料和塑料等輕量化材料。在這之前，有很多例追求輕量化極限的樣車(chē)，例如，菲亞特 VSS、福特 PROBE 等，公開(kāi)在試制樣 車(chē)上大膽使用塑料。菲亞特 VSS，在采用了車(chē)體鋼制殼體構(gòu)造和外板的塑料化，質(zhì)量比原車(chē)的 318kg 還要輕 68kg，車(chē)體框架采用鍍鋅處理的沖壓鋼板，前后部分使用高強(qiáng)度的沖壓鋼板。因?yàn)槭强蚣軜?gòu)造，外板不可能很大，所以容易塑料化。前端、后端、側(cè)門(mén)外使用聚碳酸酯，側(cè)門(mén)內(nèi)側(cè)、儀表板等使用變性 PPO，發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋和車(chē)頂蓋分別使用與聚酯和塑料的特性相適應(yīng)的材料。另外，菲亞特 VSS 材料費(fèi)用比菲亞特原車(chē)高越 100 美金，但在骨架（車(chē)身）部分因使機(jī)械零件容易安裝，可在組裝過(guò)程中降低組裝成本，因此應(yīng)用于批量生產(chǎn)的可能性極大。進(jìn)而作為創(chuàng)新 嘗試，以塑料復(fù)合材料為主體的復(fù)合式發(fā)動(dòng)機(jī)在美國(guó)試制成功，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的特性是大量使用玻璃纖維和碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧、