本文作者:kanqiu

内燃机技术的最终发展方向

kanqiu 2023-10-19 174
内燃机技术的最终发展方向摘要: 车用内燃机技术起源于荷兰人的火药爆炸动力研究,传承自1833年英国人赖特的活塞做功设计,奠基自19世纪中期对...

汽车内燃机技术起源于荷兰人对火药爆炸威力的研究。 它继承了1833年英国莱特的活塞动力设计,为19世纪中叶燃气、汽油和柴油化学燃烧能的理论突破奠定了基础。 它得到了不断的完善和发展。 终于在1876年,德国人奥托制造出了第一台往复活塞单缸卧式4马力内燃机。 这就是现在众所周知的四冲程(进气、压缩、做功、排气)内燃机的发展过程。 这种已经发展了一百多年的循环动力模型也被称为奥托循环。 随后迪塞尔受到压缩点火研究的启发,于1897年研制出了第一台柴油内燃机。诞生于19世纪的内燃机技术帮助人类加速了进化,延长了生存空间超过10年。 100年。 毫不夸张地说,内燃机是 19 世纪最伟大的发明之一。

内燃机的工作原理简述_内燃机工作原理动画视频_内燃机工作原理

那么在这个时代,全世界都开始关注化石能源枯竭、石油政治、二氧化碳排放的问题。 各种新能源替代技术层出不穷,比如已经到了普及临界点的电动汽车,比如欧洲汽车厂商培育了十几年的氢燃料技术,还有日本的插电式双燃料汽车。擅长的发动机混合动力和燃料电池技术。 越来越多的人将目光聚焦到所谓的未来科技上。 看来车辆使用的内燃机在过去10年里只进行了小规模的维修和升级。 近10年来,清洁柴油技术、高压共轨缸内直喷技术、低惯量小涡轮技术、VVT-i等可变正时技术得到普及。 即使在过去的五年里,也没有出现重大的技术创新。 相反,由于严格的排放法规,大排量、多缸发动机逐渐淡出市场,甚至还衍生出了停缸技术。 在此期间,双注射系统被开发出来,作为补偿技术进步风险的最后手段。 也有少数传统大厂在内燃机研发中干脆学会了排放作弊。 内燃机最基本的技术核心无非就是汽油机的空燃比为14.7,柴油机的空燃比为14.3。 所有的技术创新都必须围绕燃料供应、燃气分配、定时、废能再利用以及发动机维持经济运行的方式。 至少在以下几个方面,车用内燃机技术还有很大的发展空间。 这些发展方向基本上是内燃机最后能突破的技术壁垒:

一、增力技术突破

衡量当代发动机的设计制造水平和性能效率的不是廉价的扭矩,而是通过积极研发材料工程实现从量变到质变的每马力价值——升功率。 ,广泛的离线调试,以及持续的耐力压力测试。 。 其中,业界尤为关注的是每升排量是否达到100马力,这是一台优秀发动机的硬性指标。 突破100马力的里程碑式里程碑是本田的B18C发动机,其排量为1.8L,高速时可达到200马力。 随后,技术偏执的本田在其著名的红头发动机K20A2发动机上实现了8500转时的220马力,连续数年牢牢占据发电头把交椅,直到廉价涡轮时代的到来。

内燃机的工作原理简述_内燃机工作原理_内燃机工作原理动画视频

图:著名的本田K20A红头发动机

当今的发动机由更高速的 ECU 控制、缸内高压共轨直喷和先进的涡轮技术提供支持。 威力一路缓慢增加。 梅赛德斯-奔驰 A45 AMG 著名的四缸 2.0L 发动机的最新版本的功率已增加至 385 马力。 相信在不久的将来,动力增幅将超过200马力!

内燃机的工作原理简述_内燃机工作原理动画视频_内燃机工作原理

内燃机的工作原理简述_内燃机工作原理_内燃机工作原理动画视频

图:参数令人惊讶的奔驰M133发动机

技术进步不仅仅是高端汽车的军备竞赛。 随着成本逐渐降低,这些技术必将普及到大众市场,在普通内燃机技术的功率提升方面取得长足进步。

二、电动增压一定会普及

超级充电技术并不是什么新鲜事。 它最早的开发目的是为了解决高空氧气稀薄时活塞星形飞机发动机的泵送问题。 后来被宝马、萨博引入民用车内燃机领域,从此势不可挡。 增压泵气技术主要可分为机械增压(Super)和废气涡轮增压(Turbo)。 前者的泵动力来自发动机曲轴,由皮带轮驱动。 优点是可以实现全速增压,无延迟,缺点是结构过于复杂,发动机动力损失在车轮上。 目前,除了高端车型之外,几乎找不到任何踪迹。 增压器在主要发动机制造商的研发路线图上一直被边缘化。 不过,后者废气涡轮增压近年来在业内开始流行。 涡轮的原理是利用高温高压喷射废气吹动增压器叶轮,带动同轴压气机叶轮实现泵气的高效压缩。

内燃机工作原理动画视频_内燃机工作原理_内燃机的工作原理简述

图:传统涡轮增压原理图

不用说,涡轮增压有其优势。 除了响应延迟之外,最重要的缺点是,涡轮机使用废气作为动力时,无法避免在高温高压的废气环境下,涡轮机内部抽气入口的温度升高。内燃机增加而密度降低。 这会影响燃烧效率。 解决这一问题的唯一办法就是采用笨重的中冷器进行泵气冷却,这无疑增加了涡轮发动机的整备重量并影响可靠性。

内燃机工作原理_内燃机工作原理动画视频_内燃机的工作原理简述

图:中冷器系统进气冷却示意图

然而,随着汽车电子和电器变得更加可靠和完善,近年来在利用电力驱动涡轮泵气体同时解决响应滞后和冷却系统负担方面取得了重大突破。 2014年,奥迪宣布在一款Q7柴油车型上安装了电动涡轮辅助废气涡轮,可以保证低速抽气效率,减少涡轮迟滞。 别看它只是一个辅助实验产品,电动增压技术的广阔前景不容小觑。

内燃机的工作原理简述_内燃机工作原理动画视频_内燃机工作原理

图为:奥迪电动涡轮技术

三、突破凸轮轴的约束

传统内燃机燃烧室为了实现精确的空燃比,气门分配系统需要根据空燃比实时完成进排气以及进排气重叠角的控制过程。四冲程的当前状态。 这个控制过程称为()。 100多年来,工程师们不断调整凸轮轴的上下位置,调整气门挺杆的位置,甚至开发出所谓的进气侧和排气侧可调的VVT气门正时系统。 但为什么没有人想到可以完全消除笨重的凸轮轴和正时皮带/链条等部件呢?

内燃机工作原理动画视频_内燃机工作原理_内燃机的工作原理简述

图为:复杂的凸轮轴和正时皮带

2016年上半年,超级跑车公司公布了电控正时系统的研发进展(少)。 通过电控气门挺杆完全放弃凸轮轴和正时皮带/链条,发动机重量减轻20%,功率提高15%。

内燃机的工作原理简述_内燃机工作原理动画视频_内燃机工作原理

图:不带凸轮轴的正时系统

内燃机产生动力的灵魂是油和氧的爆炸功。 我们在石油供应体系的完善上投入了太多的精力。 从化油器到电喷,从电喷到缸内直喷,从缸内直喷到分层燃烧。 当我们回顾更少的技术对燃气分配系统所做出的革命性改进时,我们不禁感叹,有时技术研究需要从不同的角度出发!

内燃机工作原理动画视频_内燃机工作原理_内燃机的工作原理简述

图:简单轻便的电控正式系统

四、小排量技术的飞跃

随着内燃机技术的不断提高,每升功率逐渐增大,排放法规也日益严格。 在相同功率水平下,各大主机厂不断推出更小的发动机型号,甚至减少气缸数。 例如福特、大众、宝马、标致都推出了三缸1.0T紧凑型发动机。 功率接近传统1.8四缸自然吸气发动机,但具有更好的功率重量比和排放性能。 绝对会成为家庭用车的首选。 交通首选。

内燃机的工作原理简述_内燃机工作原理动画视频_内燃机工作原理

图:福特1.0T三缸发动机(连续荣获全球最佳发动机奖)

这期间还有一个极端的例子。 意大利民族品牌菲亚特在中国或许并没有受到太多关注,但在欧洲市场,这家公司却推出了一款采用0.9T涡轮增压双缸发动机的车型。

内燃机工作原理动画视频_内燃机的工作原理简述_内燃机工作原理

图:菲亚特熊猫采用0.9T双缸发动机

尽管它只有两个气缸,但其技术含量却相当高。 FPT菲亚特动力总成工程师重新调整匹配了整个系统和控制策略。 优化的流体动力学和精确调节的进气量最大限度地提高了燃烧效率。 此外,由于气缸数量的减少,发动机的质量和体积也会相应减少(比同等性能的四缸发动机短23%、轻10%)。 105马力的最大功率对于两缸超小排量发动机来说绝对是一个技术奇迹。

内燃机的工作原理简述_内燃机工作原理动画视频_内燃机工作原理

图为:菲亚特双缸发动机

五、转子发动机的复兴

转子发动机在2012年马自达宣布停产时就已经退出历史舞台,但在2015年10月28日通过概念车RX-重新开始研发,从而继续成为马自达的重要发展分支。不容忽视的内燃机。

内燃机工作原理动画视频_内燃机的工作原理简述_内燃机工作原理

图片:马自达RX-

转子发动机又称汪克尔发动机,最初设计是利用三角形偏心转子来实现滚动过程中的进气、压缩、做功、排气四个“冲程”。 它首先由德国工程师汪克尔()解决了技术问题并发布了原型机。

内燃机的工作原理简述_内燃机工作原理动画视频_内燃机工作原理

图:转子发动机剖面图

这种天才的转子设计完全抛弃了传统内燃机活塞通过曲柄将垂直往复运动转化为旋转运动的固有模式,直接通过三角形转子的旋转产生旋转运动。 转子发动机在相同功率下可使内燃机的体积减小20%,重量减轻35%,同时还降低了机械部件的复杂程度。 马自达深耕这项技术30多年,但始终没有解决三角油封的耐用问题。 不过,随着材料科学的不断发展,马自达高调复活转子技术,表明动态油封技术有了新的技术突破。

内燃机的工作原理简述_内燃机工作原理动画视频_内燃机工作原理

图:转子发动机组成图

综上所述,内燃机正在向效率、减重、电气化和创新设计方面取得长足进步。 或许电动汽车会在未来五年内开始形成拐点,加速普及,但我想百年来充满活力的内燃,会在这些最终的发展路径上不断创新,永不止步!

文章版权及转载声明

作者:kanqiu本文地址:https://www.henqushuyuan.com/b/42982.html发布于 2023-10-19
文章转载或复制请以超链接形式并注明出处很趣书院

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

微信扫一扫打赏

阅读
分享