内燃机HCCI技术

内燃机HCCI技术

摘要：随着经济的发展，具有全球性影响的环境问题日益突出。内燃机的经济性和排放也成为首要问题。均质压燃(HCCI)是一种全新的燃烧方式，它能够有效地提高发动机的燃烧热效率，降低NOx和碳烟的排放。本文阐述了HCCI燃烧的特点、HCCI燃烧技术的优点、需要解决的技术问题，最后对HCCI燃烧技术的应用前景进行了展望。

关键词：HCCI 发展燃烧方式技术问题

0前言

随着世界范围内石油资源的日趋紧张，并伴随着我国对于空气质量的更高要求，提高内燃机的燃油经济性，降低有害排放，实现节能减排显得尤为重要。其中HCCI（Homogeneous Charge Compression Ignition）“均质充量压燃”技术成为了全球内燃机领域的研究热点。HCCI是一种以Otto往复式汽油机为基础的一种新型燃烧模式，简单来说就是汽油机的一种压燃方式，它结合了压燃式发动机和点燃发动机优点，成为一种全新的燃烧模式。

1. HCCI燃烧技术的发展历程

均质充量压缩着火(HCCI)是一种全新的内燃机燃烧方式。国外对HCCI技术的研究开展较早，1979年Onishi等人发现汽油机在部分工况下通过缸内大量的残余废气，不用点燃也可以平稳运转，并称为活化热氛围燃烧过程。这被普遍认为是最早提出的具有均质压燃特征的燃烧概念[1]。（尧命发．均质压燃与低温燃烧的燃烧技术研究进展与展望[J]．汽车工程学报，2012，(2)）而这项技术在90年代初已经被提出并开始实验，但是当时电子控制技术没有现在成熟，随着电子控制技术的发展,均质压燃技术以其在内燃机节能减排方面的巨大潜力而备受关注。迄今为止,虽已有少量生产但离广泛的商业化还仍有许多技术难题需要解决。在2008年的法兰克福车展上，戴姆勒公司正是采用可变压缩比技术实现了HCCI燃烧，在中小负荷采用高压缩比实现HCCI燃烧，改善燃油经济性，在大负荷降低压缩比，回归到传统的火花点火式燃烧。[2]（汽油机HCCI燃烧技术存在的问题与对策[J] 叶坦中国高新技术产业，2014,32）

目前H CCI技术专利申请的目标国家/地区分布情况为美国分布最多，达到2069件，占32.25%，且大多为价值很高的发明专利申请；中国的申请量分布仅次于美国，占16.55%；德国的申请量分布位于全球第三，占11.16%；通过PCT途径提交的相关专利申请量占11.07%，列居第四；其余国家包括韩国、英国、澳大利亚、加拿大、瑞典等的相关专利申请量分布总共占比不足10%。总之，美国是专利布局最多的国家，这与美国当地的经济和技术发展总体水平相适应。[3]（HCCI技术全球专利申请状况分析[J] 谢文静张栋栋数字化用户2014 13）

2.HCCI燃烧方式

2.1HCCI燃烧特点

目前内燃机有：传统汽油机，直喷式汽油机，传统柴油机。其中传统汽油机为均质混合气，电火花点火；直喷式汽油机为电火花点火，非均质混合气；传统柴油机为非均质混合气，压缩自燃。而HCCI燃烧则是均质混合气，压缩自燃。HCCI燃烧在进气过程中将燃料和空气预先混合形成稀薄的均质混合气，当活塞处于压缩终点附近时，混合气达到自燃条件而着火，

推动发动机做功。HCCI燃烧利用的是均匀的混合气，在缸内形成多点火核，燃烧在多点同时发生，可减少火焰传播距离，缩短燃烧持续期，燃烧反应迅速，缸内循环定容度高，燃烧温度低，且过程稳定。

2.2HCCI燃烧优点

HCCI燃烧过程中均质的混合气被压缩自燃，燃烧在多点同步发生并且无明显的火焰前锋，燃烧的温度比较均匀，因而可以提高压缩比，进而有效提高发动机的热效率，同时因为不存在高温的火焰前锋，NOx，碳粒的排放也会随之降低； HCCI燃烧燃料的适应性也比较好，这样也可以缓解石油资源紧张的局势，对节能减排有着重大的意义。Hcci还可以简化结构、降低成本，HCCI发动机不需节气门, 可以用较低压力的燃油喷射系统, 其燃烧系统和喷油系统的设计也比较简单,从而也降低了维护费用。[4]（内燃机HCCI技术的发展_郑茂桃科技资讯 2010 32）

3．HCCI技术应用中面临的问题

3.1燃烧时刻的控制

传统汽油机混合气的着火是通过点火时刻进行控制的，火焰传播过程受空燃比分布，温度压力条件和湍流强度影响。传统柴油机属于扩散燃烧，其着火时刻受到喷油时刻控制，具有非常好的可控性，而HCCI发动机靠汽缸的压力和温度自燃，油气混合气的密度，气缸的温度和压力都需要进行精确的检测和控制，对此可以通过EGR，能够提高进气温度，影响着火时刻，且能稀释混合气，减缓燃烧速度，有利于HCCI燃烧在大负荷工况的应用。改变压缩比可以改变混合气的密度和压力，从而对其自燃温度产生影响，改变压缩比的主要方法是调整燃烧室容积、工作容积和改变配气相位H1。[5]鹿盈盈．重型柴油机低温燃烧及燃烧控制路径的研究 D1．天津：天津大学，2012）。国外针对燃烧时刻的控制进行了研究，也取得了不少成果比如如2006年德国Bosch公司在缸内直喷汽油机上通过控制喷油时刻来控制缸内温度和HCCI燃烧相位。[6]（Adre Kulzer,Ansgar Christ,.Martin Rauscher．Thermodynamic Analysis and Bechanmark of Various Combustion Concepts[C].SAE Paper 2006,01,0231.Brunel）大学利用平面激光诱导受激态荧光(PLIEF)可视化方法解析缸内直喷喷油时刻对HCCI燃烧过程的影响[7]（LI Yu feng,ZHAO Hua,Nikolos Brouzos．Effect of Injection Timing on Mixture and CAI Combustion in

a GDI Engine with an Air-Assisted Injector[C].SAE Paper 2006,01,0206.）

3.2 冷启动时着火困难

HCCI燃烧的启燃温度大致在1 000 K左右，在冷启动过程中，不存在残余废气的加热作用，同时缸内壁面温度较低，因此混合气在压缩末期无法达到汽油机自燃的温度，这样造成发动机冷启动困难，不容易实现自燃，若无温度补偿，低温压缩气体的温度很快被燃烧室壁面冷却，使HCCI发动机无法着火。其中较好的解决方法是在冷启动时采用火花点燃的方式，在发动机正常运转以后再转化为HCCI燃烧模式。从火花点火燃烧到HCCI燃烧的切换过程中，两种燃烧方式的放热规律是完全不同的，会造成发动机扭矩的波动，这些问题的解决需要对HCCI燃烧的机理和控制进行更为深入的研究。[8]（汽油机HCCI燃烧技术存在的问题与对策[J] 叶坦中国高新技术产业，2014,32）其中美国Oak Ridge国家实验室利用火花点火辅助实现SI/HCCI燃烧模式切换,切换过程中爆震和失火交替发生[9]（Robert M Wagner, Dean Edwards K,Stuart Assisted HCCI Combustion[C].SAE Paper 2006,01,0418.）获得了不错的效果。

3.3排放CO和HC的处理

由于HCCI的同时压燃和放热，瞬时间汽缸和活塞会受到强大的压力，有可能会产生爆震的现象，所以必须提高混合气的空燃比（高于传统的14.7：1），这就需要HCCI在稀燃状态下工作，排气的温度也比较低，低排气温度对催化转化器来说也是一个问题，因为需要相当高的温度才能起动氧化/还原反应。HCCI的燃烧可以降低N O x化合物和微粒的排放（PM），但HCCI燃烧是低温燃烧的过程，燃烧温度的降低会破坏CO氧化的化学平衡，减少CO到CO2的化学反应速率，特别是在低负荷，过低的燃烧温度可能会低于CO的氧化温度，导致氧化反应冻结，从而造成很高的CO排放。低的燃烧温度也会造成更高的壁面淬熄效应，造成HC 排放的增加。[10]（谢辉，陈韬，张岩，赵华．外部EGR和内部残余废气对汽油HCCI燃烧的耦合控制[A]．中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集[C]．2007．）4 结语

HCCI的燃烧技术相对于传统的点燃方式具有较高的热效率和低排放，是一项具有很大潜力的燃烧新技术，且有极广阔的发展前景，但是还有很多的技术问题需要解决，除上述几项外，还有发动机高负荷下功率输出不足、燃料的使用、多缸发动机各缸均匀性的保证等很多的问题。但是相信随着技术难关的不断攻克，HCCI技术将会快速普及到大众当中，作为一种新的节能增效技术，为地球的蓝天作一份贡献。

内燃机简介

内燃机 内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。 广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。 活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。 内燃机的发展历史 活塞式内燃机自19世纪60年代问世以来，经过不断改进和发展，已是比较完善的机械。它热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好，所以获得了广泛的应用。全世界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、工程机械、小型移动电站和战车等都以内燃机为动力。海上商船、内河船舶和常规舰艇，以及某些小型飞机也都由内燃机来推进。世界上内燃机的保有量在动力机械中居首位，它在人类活动中占有非常重要的地位。 活塞式内燃机起源于用火药爆炸获取动力，但因火药燃烧难以控制而未获成功。1794年，英国人斯特里特提出从燃料的燃烧中获取动力，并且第一次提出了燃料与空气混合的概念。1833年，英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动活塞作功的设计。 之后人们又提出过各种各样的内燃机方案，但在十九世纪中叶以前均未付诸实用。直到1860年，法国的勒努瓦模仿蒸汽机的结构，设计制造出第一台实用的煤气机。这是一种无压缩、电点火、使用照明煤气的内燃机。勒努瓦首先在内燃机中采用了弹力活塞环。这台煤气机的热效率为4%左右。 英国的巴尼特曾提倡将可燃混合气在点火之前进行压缩，随后又有人著文论述对可燃混合气进行压缩的重要作用，并且指出压缩可以大大提高勒努瓦内燃机的效率。1862年，法国科学家罗沙对内燃机热力过程进行理论分析之后，提出提高内燃机效率的要求，这就是最早的四冲程工作循环。

汽车发动机的发展史

汽车发动机的发展史发动机，汽车中最重要的部分，可以说没有发动机的存在，就不存在汽车。发动机的发展即是汽车的发展。 发动机作为汽车的心脏，为汽车的行走提供动力和汽车的动力性、经济性、环保性。简单讲发动机就是一个能量转换机构，即将汽油(柴油)的热能，通过在密封气缸内燃烧气体膨胀时，推动活塞做功，转变为机械能，这是发动机最基本原理。发动机所有结构都是为能量转换服务的，虽然发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，无论是在设计上、制造上、工艺上还是在性能上、控制上都有很大的提高，其基本原理仍然未变，这是一个富于创造的时代，那些发动机设计者们，不断地将最新科技与发动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完善的程度，各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点。 所以可以说发动机的发展史即是汽车的发展史。 而发动机的发展也经历了无数人的努力，无数人的智慧与汗水。 发动机是汽车的动力源。汽车发动机大多是热能动力装置，简称热力机。热力机是借助工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能。 往复活塞式四冲程汽油机是德国人奥托在大气压力式发动机基础上，于1876 年发明并投入使用的。由于采用了进气、压缩、做功和排气四个冲程，发动机的热效率从大气压力式发动机的11%提高到14%，而发动机的质量却降低了70%。 1892 年德国工程师狄塞尔发明了压燃式发动机(即柴油机)，实现了内燃机历史上的第二次重大突破。由于采用高压缩比和膨胀比，热效率比当时其他发动机又提高了1 倍。1956年，德国人汪克尔发明了转子式发动机，使发动机转速有较大幅度的提高。1964年，德国NSU公司首次将转子式发动机安装在轿车上。 1926 年，瑞士人布希提出了废气涡轮增压理论，利用发动机排出的废气能量来驱动压气机，给发动机增压。50 年代后，废气涡轮增压技术开始在车用内燃机上逐渐得到应用，使发动机性能有很大提高，成为内燃机发展史上的第三次重大突破。 1967 年德国博世公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统，开创了电控技术在汽车发动机上应用的历史。经过30年的发展，以电子计算机为核心的发动机管理系统(Engine Management System，EMS)已逐渐成为汽车、特别是轿车发动机上的标准配置。由于电控技术的应用，发动机的污染物排放、噪声和燃油消耗大幅度地降低，改善了动力性能，成为内燃机发展史上第四次重大突破。 1971年，第一台热气发动机——斯特林机的公共汽车已开始运行。1972年，日本本田技研工业在市场售出装有复合涡流控制燃烧的发动机的西维克牌轿车，打响了稀薄气体燃烧发动机的第一炮。这种发动机是在普通发动机燃烧室的顶部加上一个槌状体的副燃烧室，先将这处副燃烧室中较浓

内燃机代用燃料的应用研究与发展趋势

燃机代用燃料的应用研究与发展趋势 前言 近年来, 随着我国经济的快速发展, 石油的需求量持续增长。1993年起我国己成为石油纯进口国,2009年我国原油进口比例已超过52% 。另外, 我国的汽车尾气排放已成为城市大气环境的一个主要污染源。因此, 针对我国自然条件和能源资源特色, 逐步改变汽车能源结构, 发展汽车清洁代用燃料, 在发动机上实现高效、低污染的燃烧, 控制汽车发动机有害排放对我国城市大气质量带来的日趋严重的影响, 已成为我国能源与环境研究中的一个十分重大和紧迫的课题。 据统计, 从现在起全球的石油资源还可以用67年, 天然气的储量也最多可以使用123 年, 所以寻找一种新型替代燃料成为当今社会的一个研究重点。 任何国家的经济发展都与能源问题密切相关，而燃机对燃料的需求，在能源总消耗中占很大比例。当前燃机主要用石油作为燃料，一般工业发达国家消耗在燃机上的燃料约占整个石油消耗量的60%左右。未来石油燃料的产量终将日趋减少，许多世界能源机构及权威人士认为：现已查明易开采的石油可维持50 年左右，1990 年左右世界石油产量达到过一个高峰，而后逐步下降，本世纪将出现石油短缺的现象。到2030 年液体燃料中的40%左右要由煤的合成燃料来满足。因此，为保证未来交通运输以及国民经济的持续发展，研究与开发代用燃 料是势在必行。 1 代用燃料的定义 代用燃料指的是传统发动机燃料(如汽油和柴油)的替代品。《美国能源政策法规》将代用燃料定义为甲醇、非自然乙醇、其它酒精燃料或至少85%的这些燃料与汽油或柴油的混合燃料、CNG、LNG、LPG、氢气、煤炭衍生物的液体燃料以及生物质能源等。 2 代用燃料的分类 燃机燃料是经过一系列演变发展过程的。早在1892 年狄赛尔就曾试图以煤粉作为柴油机的燃料，但未成功。长期以来，燃机是以液体的碳氢化合物系燃料为主的。当燃料中C含量减少，H 含量增加时，燃料为轻质的，并演变为气体燃料。反之，当C含量增加，H 含量减少，就成为重质燃料。 未来燃机燃料将向两极演变，即氢气和煤炭以及由煤炭派生出来的燃料，后者将主要是醇类燃料及人工合成的汽油等。在这种演变过程中，各种混合、乳化燃料，生物能类燃料及宽馏分燃料将在燃机中得到不同程度的应用。由于代用燃料刚处于研究发展阶段，还难以提出完善的分类。从代用燃料的广泛含义来说，应包括： (1) 品质更低劣的传统石油燃料，如过去一般不使用的劣质重油、残渣油； (2) 使用形式变化了的燃料，如各种掺水的乳化燃料、固体粉末和液体混合的燃料； (3) 人工模拟燃料，如将石油气和空气混合模拟成天然气使用； (4) 人工合成燃料，将两种以上元素或生产企业的副产品人工合成可燃的燃料。 3 代用燃料使用的标准 良好的代用燃料应能满足下列要求： (1) 资源丰富，价格适宜； (2) 燃料的热值，尤其是混合气热值能满足燃机动力性能的要求； (3) 能满足车辆起动性能、行驶性能以及加速性能等方面的要求； (4) 能量密度较高、储存运输方便； (5) 发动机的结构变动较小，技术上可行； (6) 现有的燃料储运分配系统能用得上； (7) 对人类健康、环境保护以及安全防火等无有害的影响； (8) 对发动机的寿命以及可靠性没有不良影响。 一种代用燃料要全面良好地满足上述要困难的，但应满足主要要求，并在采取技术措施的情况下，能满足各方面的要求。

全新的内燃机燃烧概念

全新的内燃机燃烧概念--HCCI 人们长期以来试图突破采用压缩点燃和火花点燃这两种传统燃烧概 念的局限性，于是提出了一种全新的内燃机燃烧概念：HCCI。 两种传统燃烧概念局限性分析 压缩点燃式燃烧概念（用于柴油机）与火花点燃式燃烧概念（用于汽油机）相比，最大的特点在于所使用的燃油特性不同。由此造成两者在以下各方面都有差别，如：燃油引燃方法、燃烧方式、混合气空气/燃油比、扭矩调节方式、泵气损失、压缩比、燃烧剧烈程度、燃油经济性、有害物质排放和振动、噪声不同等等。 出于对汽车排放的有害物质的毒害作用、二氧化碳的温室效应和氮氧化物形成酸雨的关注，人们对高效能、低污染的动力源的需求与日俱增。空气/燃油比精确控制、带三效催化转化器的汽油机（火花点燃式发动机）正在成为非常清洁的动力源。但是，由于节气损失、爆震和稀燃极限的缘故，这类发动机在热效率方面有很大的局限性。近年来许多研究者正在努力研究和开发没有节气损失的汽油机，试图大幅度提高汽油机的热效率，并且已经取得了一些可喜的成果，非常可能在这方面出现重大的突破。但是目前推广这些成果至少还涉及成本等一系列问题。另一种常见的动力源是直喷式柴油机（压缩点燃式发动机），这是一种效率很高的发动机，其温室气体CO2和有害气体HC、

CO的排放都比汽油机低。但由于它的扩散燃烧和燃烧产生的局部高温这样一些燃烧特点，很难遏制氮氧化物和炭烟（包括微粒物）的生成，并且还存在氮氧化物和微粒物排放控制目标之间相互冲突的问题。为了避免扩散燃烧和降低局部的燃烧温度，必须促进燃油和空气的混合。从这个观点出发，许多研究者研究了预混合的压缩点燃燃烧，即HCCI。 HCCI及其重要意义 HCCI是英文“Homogeneous Charge Compression Ignition”的缩写，中文意思是“均质充量压缩点燃”。单从名称来看，似乎只是一种点燃方式。实际上，这是一种全新的内燃机燃烧概念，既不同于柴油机（非均质充量压缩点燃），又不同于汽油机（均质充量火花点燃），是一种火花点燃式发动机和压缩点燃式发动机概念的混合体。其特点是： 1．采用均质混合气。空气和燃油在HCCI发动机的进气系统中预混合，形成均质的空气/燃油混合气，然后吸入气缸进行压缩。也有燃油直接喷入气缸、在气缸内与空气进行预混合的。 2．采用压缩点燃。在压缩冲程中，混合气温度升高，达到自燃温度而自燃；也就是说，不需要任何点火系统。 3．采用比火花点燃式发动机高得多的压缩比，且允许压缩比在一个广阔的范围内变动。

内燃机发展简史

·1· 第1章 绪论 教学提示：绪论主要使学生概括地认识内燃机。 教学要求：本章主要了解常见的动力装置种类、内燃机的发展简史和应用领域。 1.1 热机 当今，机械设备运行的动力绝大多数来源于热机，热机全称热力发动机，是将热源的部分热能转化为机械能的机器。热源可以是烧煤的蒸汽炉，汽车发动机的燃烧室，也可以是太阳能的蒸汽炉，地热和核反应堆。 根据燃烧器位置的不同，热机分为内燃机和外燃机两类： （1）外燃机是燃料在发动机外部燃烧产生热，热能通过工质带入机内，再转变为机械能，如蒸汽机和汽轮机等，蒸汽机已淘汰，汽轮机用于火电厂与核电站驱动发电机； （2）内燃机是燃料在发动机内部燃烧，工质被加热并膨胀作功，热能转变为机械能，它是移动机械和小型电站的最主要动力。广义上的内燃机包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机、自由活塞式发动机和旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指往复活塞式内燃机，又以其中的汽油机、柴油机应用最为广泛，其保有量大大超过了任何其它种类热机，本书主要介绍汽油机、柴油机的构造。 与其它热机相比，内燃机有如下优点：内燃机的工质在循环中的平均吸热温度高，热效率一般达到30-46%，是热机中效率最高的一种；功率覆盖0.59kW ～4×104kW ，转速范围90r/min ～10000r/min ，故适用范围宽广；结构紧凑，比重量（内燃机重量与其标定功率的 （a ）蒸汽机 (b)蒸汽轮机 锅炉（外热源） 飞轮 滑动阀 汽缸 活塞 水 蒸汽 A B 图1.1 外燃机

·2· ·2· 比值）较小，便于移动；起动迅速，操作简便，机动性强；运行维护比较简便。 但也存在缺点：对燃料要求高，主要燃用汽油或轻柴油，且品质要求高，不能直接燃用劣质燃料和固体燃料；由于间歇换气以及制造上的困难，单机功率的提高受到限制；低速运转时输出转矩较小，往往不能适应被带负荷的转矩特性；不能反转，故在许多场合下需设置离合器和变速机构；一般热力发动机都存在 “公害”，而内燃机的噪声和排气中的有害成分对环境污染尤其突出。 另外，相对于热机中燃料的燃烧，燃料还可直接转换为电能，即燃料电池，再用电动机驱动机械运转，这种方式高效、无污染，但成本很高。 1.2 内燃机发展简史 人类先是利用人力、蓄力、风车、水车等自然力，18世纪后热力发动机才逐步得到大规模工业应用。 1673年，荷兰的惠更斯设计出如图1.3所示的内燃机草图，少量的火药在气缸里燃烧，图1.2 内燃机 (b)三角转子发动机 （a ）柴油机 (c)燃气轮机 燃烧室 (d) 喷气式发动机

2020年中国内燃机行业市场现状及发展趋势分析

2020年中国内燃机行业市场现状及发展趋势中国内燃机行业面临着较大压力 内燃机发展至今，已经有一百多年的历史了。内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。近年来，新能源汽车的发展给传统内燃机技术带来了巨大挑战，在节能减排政策力度不断加大的背景下，内燃机行业面临着较大的压力。 1、2019年中国内燃机销量首次跌下5000万台 我国是内燃机大国，产销量持续排名全球第一。近年来，随着国家工业现代化进程的深入推进，我国在能源和环境保护等重大战略需求方面也面临着严峻的挑战。而在环保政策趋紧的背景下，我国内燃机市场整体呈下滑趋势。2014-2019年，我国内燃机销量从6038.34万台下降到4712.3万台，2019年首次跌下5000万台。2020年前10个月我国内燃机累计销量达到3696.06万台，同比下降2.66%;同期，内燃机行业累计功率完成204688.28万千瓦，同比增长5.61%。

2、汽油机持续占领市场 分燃料类型来看，长久以来，一直是汽油机占领市场。2019年，在我内燃机销量中，汽油机销量为4173万台，与上年相比有所下滑，占总销量的比重为88.56%;柴油机销量约为536万台，与上年基本持平，占总销量的比重为11.44%。2020年前8个月，汽油机

和柴油机的销量分别为2387万台和400万台，占比分别为85.58%、14.42%。 3、乘用车及摩托车占据过半应用市场 内燃机作为制造业链条上重要的一环，是乘用车、商用车、工程机械、农业机械、发电设备、铁路、船舶等工业领域最为核心的组成部分，其中，乘用车和摩托车是最大的应用领域。2020年前8个月，乘用车用内燃机和摩托车用内燃机销量分别为1046.47万台、941.03万台，分别占总销量的37.5%、33.7%。 内燃机是汽车的核心，19世纪80年代，第一辆内燃机汽车被发明出来，传统意义上的汽车才正式诞生。在随后的百余年里，尽管汽车的样式已经发生了翻天覆地的变化，但汽车的“心脏”依旧是内燃机。

内燃机的历史与前景及其创新

内燃机的历史与前景及其创新 姓名：荣岑班级：08机自一班学号24081900304 序号：05 提要：现代内燃机是一个技术密集型的产业，在我国现代化建设中发挥了重要的支撑作用。我们必须沿着“自主创新”这条路坚持不懈地走下去。学习和了解内燃机最新的创新技术，提高我国科学技术和工业制造水平，加速造机工业的发展，缩小与国外的差距，应该认真作好国外引进产品的先进技术的消化、吸收、移植和创新的科技研究工作，尽快的赶上国外先进水平。 关键词：发动机动力装置电磁压力调节阀电控技术废气再循环技术科学技术创新改革 内燃机是指燃料直接在机器内部燃烧的发动机，包括复活塞式柴油机、汽油机、燃气轮机和喷气式发动机等。燃料在机器外部燃烧的发动机称为外燃机，包括蒸汽机、蒸汽轮机以及核动力装置等。 19世纪中期，科学家完善了通过燃烧煤气，汽油和柴油等产生的热转化机械动力的理论。这为内燃机的发明奠定了基础。1883年，法国人达木烈尔制成了热管点火的立式汽油机，在当时内燃机的最高转速也不过是200r/min,而他制作的汽油机转速时1000r/min,1887年该机装在汽车上使用。与此同时，法国人奔驰也开始研究高速内燃机。1890年左右，他应用了电火花点火法，使汽油机达到了与今天车用汽油机几乎相同的形式，高速机获得迅速的发展。现在汽油机的转速为4000~5000r/min是很平常的，最高已经达到12000r/min。 在1897年，法国人鲁道夫.狄赛尔最早制成了柴油机。该机在转速为172r/min时，发出了14.7kw，热效率达到26.2%，这是当时最高的热效率了。从此以后，柴油机获得迅猛的发展，1903年首先装在船上，1907年，用于潜艇的正反转的柴油机试验成功。1912年装在远洋货轮上的柴油机首次远航实验成功。该船载重7000吨，航速11kn,柴油机缸径D=530mm,活塞行程S=780mm,在140r/min时，输出功率Ne=1471kw。 在1926年就有人设计出利用排气能量将进气压缩的废气涡轮增压器。但是由于当时制造工艺不足以制造性能良好增压器而使增压技术多年得不到普及和推广。第二次世界大战后，随着人们对废气涡轮的研究，在耐热材料和压气机方面取得了显著地进展。另一方面，由于生产技术的发展，于是从1950年左右起，才开始在柴油机上采用增压方式。如今的船用柴油机已经达到“无机不增压”的程度，因为增压后，柴油机的功率能提高1~3倍。废气涡轮增压对提高柴油机的性能做出了重大贡献。 其中活塞式内燃机自19世纪60年代问世以来，经过不断改进和发展，已是比较完善的机械。它热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好，所以获得了广泛的应用。全世界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、工程机械、小型移动电站和战车等都以内燃机为动力。海上商船、内河船舶和常规舰艇，以及某些小型飞机也都由内燃机来推进。世界上内燃机的保有量在动力机械中居首位，它在人类活动中占有非常重要的地位。在航空动力方面，燃气轮机和喷气式发动机几乎是唯一的动力装置。但是燃气轮机在水陆方面的应用尚未达到大量的推广。汽油机由于具有升功率高、噪音低、振

汽车发动机发展史

汽车发动机发展史 汽车整体技术日新月异，而作为汽车的心脏——发动机技术的进步显得更受关注。如今介绍一辆汽车的发动机时：可变气门正时技术，双顶置凸轮轴技术，缸内直喷技术，VCM汽缸管理技术，涡轮增压技术，等等都已经运用的相当广泛；在用料上也是往轻量化的方向发展：全铝发动机目前的应用已经非常广泛；汽车的污染也是不可避免，于是新能源技术，包括柴油机的高压共轨，燃料电池，混合动力，纯电动，生物燃料技术也已经有普及的趋向，但回顾一下发动机的历史或许更能理解这一百多年来汽车技术所发生的巨大变革。 十佳发动机VQ35 汽车技术的迅猛发展从我国的汽车教材也能看出端倪：新技术的发展已经让汽车教材难以跟上步伐！如今大部分汽车教材还是以东风汽车的发动机来作为范例，而东风发动机还是带化油器的老式发动机，与如今全电子化的发动机简直就隔了几个世纪。 回到汽车的起步阶段，那时的汽车被马车嘲笑，污染严重，但起步的意义却非同寻常。 汽油机之前的摸索阶段

18世纪中叶，瓦特发明了蒸气机，此后人们开始设想把蒸汽机装到车子上载人。法国的居纽（N.J.Cugnot）是第一个将蒸汽机装到车子上的人。1770年，居纽制作了一辆三轮蒸汽机车。这辆车全长7.23米，时速为3.5公里,是世界上第一辆蒸汽机车。1771年古诺改进了蒸汽汽车，时速可达9.5千米，牵引4-5吨的货物。 蒸汽机汽车 1858年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机，并于1860年申请了专利。发动机用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽，使用电池和感应线圈产生电火花，用电火花将混合气点燃爆发。这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等。煤气机是内燃机的初级产品，因为煤气发动机的压缩比为零。 N.J.Cugnot 1867年，德国人奥托（Nicolaus August Otto）受里诺研制煤气发动机的启发，对煤气发动机进行了大量的研究，制作了一台卧式气压煤气发动机，后经过改进，于1878年在法国举办的国际展览会上展出了他制作的样品。由于该发动机工作效率高，引起了参观者极大的兴趣。在长期的研究过程中，奥托提出了内燃机的四冲程理论，为内燃机的发明奠定了理论基础。德国人奥姆勒和卡尔·本茨根据奥托发动机的原理，各自研制出具有现代意义的汽油发动机，为汽车的发展铺平了道路。 1892年，德国工程师狄塞尔根据定压热功循环原理，研制出压燃式柴油机，并取得了制造这种发动机的专利权。

内燃机的发展与前景

内燃机的发展与前景 内燃机的发明，至今已有100多年的历史。如果把蒸汽机的发明认为是第一次动力革命,那么内燃机的问世当之无愧是第二次动力革命。因为它不仅是动力史上的一次大飞跃，而且其应用范围之广、数量之多也是当今任何一种别的动力机械无与伦比的。随着科技的发展,内燃机在经济性、动力性、可靠性等诸多方面取得了惊人的进步，为人类做出了巨大贡献。蒸汽机从初创到完成花去了一个世纪的时间，从完成到极盛又走了一个世纪，从极盛到衰落大约也是一个世纪。内燃机的发明也经历了一个世纪的历程，从那时起，人类又前进了一个世纪，可以说如今内燃机已进入了极盛时期。它的进步和成熟为宇神引擎的发展和广泛使用提供了可靠的物质和技术保障。宇神动力引擎伴同新型内燃机一起在新的世纪一定会再创新的辉煌。内燃机增压技术。从内燃机重要参数(压力、温度、转速)的发展规律来看，可以发现这三个参数在1900年以前随着年代的推移提高得很快。而在1900年以后，尤其是1950年以后，温度、转速提高变慢，而平均有效压力随着年代的增加仍直线上升。实践证明：提高平均有效压力可以大幅度地提高效率，减轻质量。而提高平均有效压力的技术就是提高增压度。如柴油机增压可大幅度地缩小柴油机进气管尺寸，并使气缸有足够大的充气效率用于提高柴油机的功率，使之能在一个宽广的转速范围内既提高功率又有大的扭矩。一台增压中冷柴油机可以使功率成倍提高，而造价仅提高15%~30%，即每马力造价可平均降低40%。所以增压、高增压、超高增压是当前内燃机重要的发展方向之一。但是这只是问题的一个方面，另一个方面发动机强化和超强化会给零部件带来过大的机械负荷和热负荷，特别是热负荷问题已成为发动机进一步强化的限制；再就是单级高效率、高压比压气机也限制了增压技术的进一步发展，因此，不是增压度越高越好的。内燃机电子控制技术内燃机电子控制技术产生于20世纪60年代后期,通过70年代的发展,80年代趋于成熟。随着电子技术的进一步发展,内燃机电子控制技术将会承担更加重要的任务,其控制面会更宽,控制精度会更高,智能化水平也会更高。诸如燃烧室容积和形状变化的控制、压缩比变化控制、工作状态的机械磨损检测控制等较大难度的内燃机控制将成为现实并得到广泛应用。内燃机电子控制是由单独控制向综合、集中控制方向发展,是由控制的低效率及低精度向控制的高效率及高精度发展的。随着人类进入电子时代,21世纪的内燃机也将步入"内燃机电子时代",其发展情况将与高速发展的电子技术相适应。内燃机电子控制技术是内燃机适应社会发展需求的主要技术依托,也是内燃机保持21世纪辉煌的重要影响因素。内燃机材料技术。内燃机使用的传统材料是钢、铸

工程机械中内燃机维修中的技术误区参考文本

工程机械中内燃机维修中的技术误区参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月

工程机械中内燃机维修中的技术误区参 考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 （1）对内燃机加机油时宁多勿少 误认为：加少了容易燃轴承，加多点关系不太大。其 实，机油加多了对内燃机照样会造成危害，尤其是对斜置 式和V型内燃机。主要是：增加曲轴、连杆的转动阻力， 同时使飞溅到缸壁上的机油憎多，导致燃烧室积炭增加。 因此，机油加多了，会降低内燃机功率，增加磨损，还会 引起排放超标。 （2）内燃机气门间隙调大，可防止烧蚀，其动力性能 好 误认为：内燃机气门间隙大，则进、排气充分，还可 以防止气门烧蚀。实际上恰好相反，

气门间隙调大，工作时气门行程减小、开度不够，使进气量不足或排气不畅，这样反而降低了内燃机的功率，同时使磨损加剧。 （3）内燃机滑动轴承的轴瓦必须刮削 误认为：内燃机的曲轴主轴承、连杆轴承换新时轴瓦必须刮削，只有刮削才能保证有理想的接触面积。实际上，现代内燃机曲轴主轴承和连杆轴承上轴瓦的耐磨合金涂层均很薄，决不允许刮削，只能按相应的尺寸选配；如果没有合适尺寸的曲轴轴承，必要是可采用基孔制的方法磨削曲轴，以求得合适的配合间隙。 （4）内燃机轴瓦磨损后，可在瓦背上加垫 实际上，在瓦背上加垫后将破坏其与曲轴的原有间隙，使得接触面积和配合紧密度没有保障，当内燃机工作时就会导致轴瓦松动、破坏轴与瓦之间的油膜，使其导热和润滑的性能下降，并且会产生边界摩擦，甚至造成因轴

发动机燃烧新技术

发动机燃烧新技术——Hcci 发动机均质充量压缩着火HCCI（homogeneous charge compression ignition）燃烧是一种全新的燃烧方式。是将燃料、空气及再循环燃烧产物所形成的预混合气被活塞压缩，自燃、着火、做功的过程。 一、HCCI燃烧方式概述 HCCI是均匀的可燃混合气在气缸内被压缩直至自行着火燃烧的方式。随着压缩过程的进行，气缸内的温度和压力不断升高，已混合均匀或基本混合均匀的可燃混合气多点同时达到自燃条件，使燃烧在多点同时发生，而且没有明显的火焰前锋，燃烧反应迅速，燃烧温度低且分布较均匀，因而，只生成极少的NOx和微粒（PM），在低负荷时具有很高的热效率。HCCI发动机主要具有以下几个特点： 1．超低的NOx和PM排放。 2．燃烧热效率高。HCCI发动机的热效率甚至超过了直喷式柴油机。 3．HCCI燃烧过程主要受燃烧化学动力学控制。 4．HCCI发动机运行范围较窄，HCCI发动机燃烧受到失火（混合气过稀）和爆燃（混合气过浓）的限制，使发动机运行范围变窄。对于高十六烷值燃料，由于HCCI发动机燃烧非常迅速，在高负荷工况下（混合气浓度大）易发生爆

震；对于高辛烷值的燃料，由于HCCI燃烧为稀薄燃烧，发动机在小负荷工况下容易失火。 5．HCCI发动机HC、CO排放偏高。这主要是由于HCCI 燃烧通常采用较稀的混合气和较强的EGR，因缸内温度较低造成的。 二、柴油机HCCI燃烧的特点 实现柴油机HCCI燃烧要面临两方面的困难：一是柴油粘度大，挥发性差，难以形成均质混合气；二是柴油作为高十六烷值燃料，容易发生低温自燃反应，均质混合气的燃烧速度控制困难，易造成粗暴燃烧。 柴油HCCI的燃烧放热表现出特别的两个阶段。第一阶段（放热曲线上较小的峰值）与低温化学动力学有关（冷焰或蓝焰）；第二阶段（放热曲线上较大的峰值）是主燃烧期；第一阶段是第二阶段的焰前反应，焰前反应放出的热量加热了余下的充量，同时余下的充量继续被压缩，经历短时间的延迟后，余下的充量达到着火条件，几乎同时着火，使放热率迅速升高，表现在放热曲线上出现大的峰值。 因此，HCCI燃烧速度较快，燃烧始点和放热率对压缩过程中充量的温度、压力等很敏感，控制起来很困难。如果HCCI燃烧控制得较好，则可在拓宽的大空燃比范围内进行高效稳定的燃烧，循环波动压力小，工作柔和。

富氧燃烧技术在内燃机中的应用

能源研究与信息 第16卷第2期 Energy Research and Information Vol. 16 No. 2 2000 收稿日期

能源研究与信息 2000年 第16卷 ５４ 了以聚丙烯腈膜氦的专利申请 膜法分离气体的基本原理 通过半透膜的相对传递速率不同而得以分离的气体分离膜一般分为多孔膜 下面就这三种膜的典型分离机制做一简单介绍同时其空隙率要大多孔膜分离气体的原理主要以Knudsen 理论为基础 其动能为 2222112 121v m v m = 式中m 2为分子的质量v 2为分子的平均速度 其平均速度也不同 1.2 均质膜（非多孔膜） 与多孔膜相比均质膜不论是无机材料还是高分子材料都具有渗透性 耐压及抗化学侵蚀的扩散机理进行的 气体向膜的表面溶解（溶解过程） 因气体溶解产生的浓度梯度使气体在膜中向前扩散（扩散过程 气体由膜另一面脱附出去分压不同 从而达到分离气体的目的均质膜的高分离系数可以制备较高浓度的所需气体 多孔膜虽然具 有很高的渗透能力如果需要较高浓度的气体非对称膜是一种性能介于上述两种膜之间的气体分离膜气体分离过程就是在这一致密膜层中发生的即　溶解的气体通过聚合物表层的扩散 　通过表层下部微孔过渡区的Knudsen 流动　通过多孔底层的Poisenille 流动从中可以看出而且非对称膜中均质层的厚度越薄

第2期 朱序和 气体系统的特性常数 压力 由以上 可见就必须减小 膜的厚度分离系数λ是表示气体分离膜分离混合气中各组分能力的重要指标假设膜供给侧混合气的组分 A W B B 的摩尔浓度分别为Y A 则该膜的分离系数定义为 B B A A B A B A Y W W Y W W Y Y A B ??==λ 表1 醋酸纤维非对称膜与均质膜渗透系数的比较（22 ） 均质醋酸纤维膜的渗透系数 910?×P 非对称醋酸纤维膜的渗透速率 J 0.19 0.71 Ar 0.032 0.11 0.37 CH 4 0.014 0.07 0.34 N 2 0.014 0.06 0.31 C 3H 8 <0.0001 0.03 0.19 *均质层0.5 μm; **均质层0.13 μm ?à2éó? ??óD?ú1è??íé±í2 A

内燃机的热效率和发展方向

内燃机的热效率和发展方向 发表时间：2014-09-04T16:21:11.903Z 来源：《科学与技术》2014年第7期下供稿作者：李培石[导读] 高压共轨，提供一致的油压，精确供油，使油量进气量和转速匹配，达到节油提高热效率的目的。 李培石 内燃机的可变气门和升程控制技术是根据内燃机转速和供油量，优化进气量，组织气流，调整点火时间，使燃烧充分，使热能充分利用提供热效率。 涡轮增压，提供了平均压力，变相提高压缩比，提高热效率。增压在单位时间，温差，散热面积一定，就是增加排量，散热不变就是增加绝热指数，提高热效率。 喷油调整角，是随转速调整喷油提前角，调整点火时间，使燃烧充分进行，提高热效率。 直喷，提供良好的雾化，缩短燃烧时间，提高热效率。 高压共轨，提供一致的油压，精确供油，使油量进气量和转速匹配，达到节油提高热效率的目的。上述各项措施都为了降低油耗，提高热效率减少大气污染。然而热效率的提高有个门槛不可逾越，那就是由最高燃烧温度和排气温度决定的理想状态下的热效率。此排气温度指排气阀打开时的气体温度。汽油机最高燃烧温度1600K，排气温度1000K，由卡诺循环公式可知，η=﹙T1-T2﹚／T1。代入得出热效率等于0.375，汽油机的排气温度可能还高于1000K，就是现在的汽油机很难以降低排气温度，那么汽油机的热效率只能止步于0.375，现在的汽油机热效率已达0.3，已没有多少提高余地。柴油机的最高燃烧温度2200K，排气温度1000K，代入卡诺循环公式可知，η=﹙T1-T2﹚／T1。柴油机最高热效率0.545，现在柴油机的平均热效率是0.42，最高热效率有报道是0.49，在现在曲轴活塞内燃机的燃烧膨胀工作方式的基础上，热效率已没有多少提高的空间。 上述数据是大众数据作为参考。这两种状态都是在理想绝热，没摩擦的情况下的热效率，考虑现实的摩擦散热，热效率达不到这两个热效率数值。 要降低油耗减少大气污染就要提高热效率，现在的技术结构已到达完美的高度，要大幅提高热效率就要采用新的技术方案。内燃机的理想状态下的热效率是多少，我们要清楚这个目标，明白有多少路可以走，还可以提高多少热效率，方能有的放矢。根据门捷列夫—克拉铂龙绝热曲线方程，T2／T1＝( 1 / 2) 1 V V r ? 以柴油机为例，T1 燃烧温度2200K，压缩比20，空气以氮气为主r 取为1.4，把指标参数代入，计算得出膨胀结束排气温度是663.8K，就是在理想绝热状态下应该是663.8K，由最高温度和最低温度决定的理想状态下的内燃机热效率是多少，根据卡诺循环热效率η=﹙T1－T2﹚／T1，可以得出最高热效率是0.698，再跟据等容加热循环热效率公式η＝1－﹙1／ ?k ?1﹚还以压缩比20 的柴油机为例，绝热指数分别取1.35 和1.4，得出热效率分别是0.65 和0.699，在绝热指数1.4 时，其热效率与卡诺的理想状态非常近似。现在柴油机的混合循环理论最高热效率0.545（指最高燃烧温度2200K，排气温度1000K），据报极限热效率是0.49，就是说摩擦散热最少降低0.055 个热效率，那么等容循环内燃机的现实最高热效率可达0.643。现实与理论为什么有如此大的距离，根源在于排气温度的差异，主要由现在内燃机的曲轴活塞系统结构，燃烧特性，材料性能决定。 材料的性能已没有大的挖掘余地，燃料的燃烧特性很难改变。 如果材料可以承受，有理论的爆燃内燃机，就是近似的等容循环内燃机，可以极大的提高热效率。在现有的技术，活塞在不停运动，不同的燃料有特定的燃烧速度，转速越高，相对燃烧时间越长，等容度降低，燃烧和膨胀同时进行，甚至到做功结束，排气温度升高，热效率大为降低。再根据黄金分割，内燃机的最佳热效率应是0.617，就是最佳的经济制造成本。燃料不能在瞬间释放热量，燃烧伴随膨胀作功同时进行，提高了排气温度，后燃期的时间和油量直接决定排气温度。主燃期应在上止点后35 度结束，后燃期应在上止点后90 度结束，燃烧延迟甚至到作功结束，更是提高了排气温度，当前的内燃机结构不能解决上述问题。 如何降低排气温度，提高热效率，只有让它基本遵循等容循环作功。既然不能瞬间燃烧释放热量，那么燃烧和膨胀就要分离，就是把燃烧独立出来，在循环中作为单独的一段。就是在燃烧阶段实现等容，活塞到达上止点时，静止不动，燃烧室容积不变，活塞做间歇性往复运动，实现等容燃烧加热，燃烧结束膨胀作功，燃烧和膨胀作功分离，由于燃烧有一定的过程时间，只能近似的遵循等容加热循环，但它的排气温度将遵循温度和体积之间相互变化关系。现在的材料，加工技术，结构理论已经能够实现等容燃烧循环。这种结构理论采用非传统的曲轴连杆结构，而是把曲轴连杆的摆线往复运动分解为摆线运动和直线往复运动两个独立运动，不再同时进行。部件主要采用非圆齿轮，行星齿轮和辅助闭环控制件。非圆齿轮包含两端的两个半圆齿轮和中间两段平行的直线齿段，作为行星齿轮的运动轨迹，通过他们之间的相互作用，活塞实现闭环间歇往复直线运动。行星齿轮和非圆齿轮啮合在直线齿段，行星齿轮停止公转，非圆齿轮完成往复直线运动。行星齿轮和非圆齿轮啮合在半圆齿段，行星齿轮公转加自转，非圆齿轮不动，实现摆线运动的换向和活塞的间歇静止。实现等容加热循环的内燃机，将使内燃机的热效率跃上一个新的台阶，降低油耗减少大气污染，同时更经济。固在现有的各项技术的基础上，等容燃烧循环内燃机是未来发展的方向。

现代内燃机的先进技术

*CBR技术（Controlled Burn Rate可控燃烧速率） 可以使发动机在怠速和低负荷工况下, 增强涡流强度, 燃料混合更均匀, 动力经济性更好, 排放更加清洁。 *GDI（Gasoline Direct Injection汽油高压缸直喷） 它将喷油嘴安装在燃烧室喷注高压燃油，与通过进气门进入燃烧室的洁净空气混合，点燃做功。它具有高充气效率、电子控制精确配油、提高发动机的压缩比和热效率等优点，以获得更高的功率、更经济的油耗、更清洁的排放。 *TCI （Turbo Charger with Inter-cooler废气涡轮增压中冷） 用发动机排放的高速废气推动涡轮增压机带VNT的主动叶轮转动，主叶轮带动从动叶轮转动，从动叶轮在转动中增加来自空滤的空气的动能和压力，并通过中冷器冷却增压后的洁净空气，提高气缸的进气量，进一步提高了发动机的有效功率。 *VVT (Variable Value Time可变气门正时) 在发动机高速运转的时候，需要较大的气门叠开角来达到充气充分的目的。而在发动机怠速的时候，气门叠开角应该相应变小，达到降低排放的目的。传统的固定相位角的凸轮轴由于相位角已经固定所以不能满足这种要求。而VVT技术可以通过螺旋槽式VVT －i控制器调节凸轮轴调节气门开闭，满足不同工况需求，达到增加功率、减少油耗，改善排放的目的。*EGR（Exhaust Gas Recirculation废气再循环） 由于废气的存在，混合气的含氧量比空气的含氧量要少，燃烧时，由于含氧量的降低，缸最高燃烧温度也随之降低，于是NOx 的生成受到抑制。同时改善了燃烧过程，使燃烧以一种更平稳的方式进行，促使CO、PM有更多机会被充分氧化，从而降低了CO、PM等的生成，抑制碳烟的产生。 *CR（Common Rail高压共轨） 共轨式喷油系统主要由高压供油系统、高压油轨、每缸一个的喷油器、高压油泵和电控单元（ECU）组成，高压油泵和输油泵集成为一个整体，以节省空间。高压油泵可提供高达1600bar以上压力的燃油，高压燃油先进入油轨中，实际上油轨是一个蓄压器，它有一定容积，并能承受高压。来自高压油泵的燃油压力是脉动的，经过油轨的缓冲作用，油轨的压力可保持在1600bar，然后经高压油管分配到四个喷油器中。为了使发动机工作更加平稳，整个喷油系统采取了预喷、主喷和后喷的工作方式，实现了燃烧过程中燃油再喷射，降低缸燃烧气体的温度，从而有效降低了NOx 的生成，同时发动机的工作变得更平稳，噪音也得到有效的控制。 *DMF（Dual-mass Fly wheel双质量飞轮） 双质量飞轮可以在动力从曲轴传到变速箱的过程中，将振动和噪声隔离；提高换档和驾驶的舒适性；减小曲轴的扭转和弯曲载荷；由于较多使用发动机经济区域而使油耗降低,同时能在发动机过载时保护传动链零件； *TVD (Torsional Vibration Damper扭振减震器) 水泵、空调压缩机等由发动机曲轴驱动，汽油机的TCI技术获得了很高的升功率和升扭矩，同时也对曲轴提出了苛刻的要求，TVD技术将曲轴结构分为、中间、外三层。、外两层均为金属结构，中间层是有一定弹性胶圈，经过特殊工艺使三者结合成一个整体，调整胶的成分就能改变其固有频率，减轻附件系统对曲轴带来的扭振影响，保证曲轴的寿命。 *HCCI（汽油机） （Homogeneous Charge Compression Ignition）均质混合气压燃烧技术 HCCI发动机和传统的汽油发动机一样，都是向汽缸里面注入比例非常均匀的空气和燃料混合气。传统的汽油发动机通过火花塞打火，点燃空气和燃料混合气产生能量。但HCCI发动机则不同，它的点火过程同柴油发动机相类似，通过活塞压缩混合气使之温度升高至一定程

发动机前沿技术简介

发动机前沿技术 简介
2012-5-8 吴自林

TCI （Turbo Charging with Inter-cooling） ） 废气涡轮增压中冷技术利用发动机排气推动涡轮，增 废气涡轮增压中冷技术 加发动机进气压力，从而提高进入气缸的气体密度，减少 气体的体积，这样在单位体积里气体的质量就大大增加， 提高发动机体积比功率和重量比功率，提高进气效率，减 少CO和HC有害气体的排放。中冷是将增压后比较高的进气 温度降下来，从而更好地提高发动机的进气密度，保证发 动机的性能。
2012-5-8

S （Supercharge） ） 机械增压利用皮带连接曲轴皮带轮，以曲轴运 转的扭力带动增压器，然后通过增压器压缩进气， 达到增压目的，输出功率和扭矩可提高40%以上， 并且没有涡轮迟滞现象，可以在任何时候输出源 源不断的动力，但是要消耗部分引擎动力。[NA： Naturally Aspirated 自然吸气式]
2012-5-8

CBR (Controlled burning rate)可控燃烧速率
该技术是AVL的得利武器之一。CBR得到如此重视，和排放法规，油价有 关。采用CBR技术能降低油耗达7%左右，如果再与VVT(可变气门正时)相结合， 油耗还能进一步降低。 简单介绍一下CBR的原理。CBR机构简单，它有非对称进气道，一个切向 气道，一个中向气道。切向气道引导气流沿轴向旋转形成涡流，中向气道引 导气流沿汽缸轴线前进。中向气道里面也有个类似节气门的蝴蝶阀，低转速 (小于 1000rpm)或中低负荷(1000～4000rpm，负荷小于70%)，蝴蝶阀关闭或 部分关闭。即使蝴蝶阀关闭，该阀门还留有专门通道供油束通过。关闭中向 气道会使通过中性气道进入汽缸的混合气变浓，切向气道可以进入更多的新 鲜燃气，形成稀混合气。与不带CBR的发动机相比，相同工况下，CBR发动机 节气门开度大，因此可以减小泵气损失功。 广义地说，利用CBR技术也实现了分层燃烧，中部浓混合气靠近火花塞， 点火性能好，外围稀混合气可以提高过量空气系数，有利于降低油耗。另外， 关闭一个进气道，可以增强缸内涡流比，提高燃烧稳定性，使缸内EGR率的上 限提高，采用合适的EGR率不仅降低排放，而且还能提高燃油经济性。
2012-5-8

当前汽车内燃机发展现状以及趋势

热动导论及内燃机概况 热能与动力工程主要学习动力工程及工程热物理的基础理论，学习各种能量转换及有效利用的理论和技术，受到现代动力工程师的基本训练；具有进行动力机械与热工设备设计、运行、实验研究的基本能力。 而且主要分为暖通和内燃机两个方向。对于内燃机，以其热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便的优点著称于世。一百多年以来，内燃机的巨大生命力经久不衰。目前世界上内燃机的拥有量大大超过了任何其它的热力发动机，在国民经济中占有相当重要的地位。现代内燃机更是成为了当今用量最大、用途最广、无一与之匹敌的的最重要的热能机械。 当然内燃机同样也存在着不少的缺点，主要是：对燃料的要求高，不能直接燃用劣质燃料和固体燃料；由于间歇换气以及制造的困难，单机功率的提高受到限制，现代内燃机的最大功率一般小于4万千瓦，而蒸汽机的单机功率可以高达数十万千瓦；内燃机不能反转；内燃机的噪声和废气中有害成分对环境的污染尤其突出。可以说这一百多年来的内燃机的发展史就是人类不断革新，不断挑战克服这些缺点的历史。 内燃机发展至今，约有一个半世纪的历史了。同其他科学一样，内燃机的每一个进步都是人类生产实践经验的概括和总结。内燃机的发明始于对活塞式蒸汽机的研究和改进。在它的发展史中应当特别提到的是德国人奥托和狄塞尔，正是他们在总结了前人无数实践经验的基础上，对内燃机的工作循环提出了较为完善的奥托循环和狄塞尔循环，才使得到他们为止几十年间无数人的实践和创造活动得到了一个科学地总结，并有了质的飞跃，他们将前任粗浅的、纯经验的、零乱无序的的经验，加以继承、发展、总结、提高，找出了规律性，为现代汽油机和柴油机热力循环奠定了热力学基础，为内燃机的发展做出了伟大的贡献。 我们通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲轴连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。常见的有柴油机和汽油机，通过将内能转化为机械能，是通过做功改变内能。 往复活塞式内燃机的种类很多，主要的分类方法有这样一些：按所用的燃料的不同，分为汽油机，柴油机、煤油机、煤气机（包括各种气体燃料内燃机）等；按每个工作循环的行程数不同，分为四冲程和二冲程；按着火方式不同，分为点燃式和压燃式；按冷却方式不同，分为水冷式和风冷式；按气缸排列形式不同，分为直列式、V型、对置式、星型等；按气缸数不同，分为单缸内燃机和多缸内燃机等；按内燃机的用途不同，分为汽车用、农用、机车用、船用以及固定用等等。 首先我们来看一下汽油机在本世纪的发展历程。在汽车和飞机工业的推动下汽油机取得了长足的发展。按提高汽油机的功率、热效率、比功率和降低油耗等主要性能指标的过程，可以把汽油机的发展分为四个阶段。 第一阶段是本世纪最初二十年，为适应交通运输的要求，以提高功率和比功率为主。采取的主要技术措施是提高转速、增加缸数和改进相应辅助装置。这个时期内，转速从上世纪的500—800r/min提高到1000—1500r/min，比功率从3.68W/Kg提高到441.3—735.5W/Kg，对提高飞机的飞行性能和汽车的负载能力具有重大的意义。 第二阶段时间在20年代，主要解决汽油机的爆震燃烧问题。当时汽油机的压缩比达到4时，汽油机就发生爆震。美国通用汽车公司研究室的米格雷和鲍义德通过在汽油中加入少量的四乙基铝，干扰氧和汽油分子化合的正常过程，解决了爆震的问题，使压缩比从4提高到了8，大大提高了汽油机的功率和热效率。当时另一严重影响汽油机功率和热效率的因素是燃烧室的形状和结构，英国的里卡多及其合作者通过对多种燃烧室及燃烧原理的研究，改进了燃烧