未来汽车发动机技术的发展方向

未来汽车发动机技术的发展方向李光耀由于石油是化工燃料，总有被采尽的一天，那么未来的发动机供求矛盾会随着石油燃料的枯竭而退出历史舞台吗?这是人们普遍关心的大问题。应该说，这种担心是合理的。但根据目前的资料显示，全球的石油资源至少在未来的40〜50年内还不会出现完全枯竭的情况。但是50年后，情况就不好说了。当然，随着人类对全球资源的进一步调查，还会发现一些过去没有勘探到的资源。不过目前仍以石油作为汽车发动机主要燃料。由于汽车内燃机是通过燃料的燃烧，把燃料的化学能转化为热能，再将热能转化为机械功的热动力机械。热力学、燃烧学和机械学的理论分析表明，内燃机是热效率最高的热力机械，但仍存在着巨大的节能及降低尾气污染的潜力。对于量调节式的汽油机而言，在部分负荷时，供求矛盾因节气门开度小而造成发动机的泵气损失大，从而降低发动机的机械效率，影响到经济性。取消节气门就是提高汽油经济性的最根本措施。但由于目前的汽油机是用节气门来调节混合气量的，取消节气门，发动机的动输出无法控制，因此必须探索新的途径。目前的混合气均质压燃理论为解决这一问题提供了很好的思路。该理论是在汽油机上取消节气门，用喷油量调节输出，采用大量的高温气混合到适当比例的燃料和空气混合气中，用发动机的压缩行程用活塞压缩使混合气自己着火，从而解决汽油机无节气门下的动力输出与同时采用三元催化转化器的矛盾。汽油直接喷射技术就是基于这一思路。将汽油机的节气门调节动力输出，改为用喷油量控制动力输出。这样一来，采用汽油直接喷射的汽油机与目前的电控喷射发动机相比，燃油消耗量可以减少15%左右。采用同样理论也可以应用到柴油机上，使柴油机在均质混合气时压燃着火，而不是现在的边喷油、边着火的扩散燃烧模式，从而使柴油机的废气排放达到最低，特别是烟度排放和氮氧化合物的排放。目前均质混合气压燃着火的理论正在付诸实施之中。一旦这一新理论在实践得到应用，可以预见，今后的发动机供求矛盾更加高效、更加清洁，汽车的使用将更加安全、更加环保。未来的发动机除继续需要燃料燃烧，还需要曲柄连杆机构输出动力之外，其余的部件均可以由电子、液压来控制，成为真正的机、电、液一体化的产品。因此，今后汽车发动机的发展方向主要表现在以下几个方面：改进结构，进一步提高发动机的机内净化技术优化发动机的结构设计，采用多种技术组合，如：电控喷射技术、废气循环技术、多气门技术、废气旁通技术和高效增压中冷技术等等，可以通过对喷射时间、喷射位置、喷射区域、喷射方式的智能控制，使燃油达到理想的雾化状态，进一步提高燃油的热效率，改善汽车的动力性并降低有害气体、有害微粒的排放。发展发动机的后处理技术随着对发动机排放要求的日趋严格，改善发动机工作过程的机内净化技术其实施难度也越来越大。能统筹兼顾动力性、经济性和排放性能的发动机将越来越复杂，成本也急剧上升。因此，而治标不治本的外科手术式的废气后处理净化技术在一定时期内（如三元催化转化器、微粒捕集器、氧化催化转化器等）还能得到了相应的发展，即在不影响或少影响发动机其他技术的同时，在排气系统中安装各种净化装置，采用物理和化学的方法降低废气中的污染物。复合动力技术的应用随着汽车保有量的增大，降低燃油消耗和排放污染具有重大意义。一些国家相继制定了未来汽车燃油消耗指标和新型汽车发展计划。如欧美等国正在新型汽车的开发，所要开发的新型汽车与现在的汽车相比，在燃油消耗相同的条件下，至少要提高行使里程50%，或减少燃油消耗35%〜40%。最有可能实现这一目标的方案是采用柴油机和电动机作为动力的复合技术。所以，复合动力技术也是汽车发动机研究的一个重点。燃料电池技术的推广要达到理想的零排放的发展目标，比较理想可行的技术方案就是采用燃料电池作为动力源驱动电动机，因此发展燃料电池技术也是今后的一个发展方向。传统的润滑理论的改变以燃油替代机油润滑，改变传统的润滑方式，可进一步提高燃油的经济性，并减少污染物的排放。新材料、新技术的应用通过对发动机机体及部件材料和制造方法的改进，可以进一步降低发动机的自重并提高其自身的强度。这也是提高汽车发动机燃油经济性的