机械工程导论论文

机械工程导论论文——浅谈对内燃机及其节能技术方面的认识学院：求是学部班级：机械一班姓名：林继超学号：3011201230 关键词：内燃机；新能源；新技术首先，我很荣幸能成为天津大学求是学部机械工程方向的一名学子，并在第一学期里学习了机械工程导论这门课程。

在课程中，众多的教授、学者和老师用他们精湛的专业知识为刚进入大学的我们初次打开了通往机械世界的大门，让我们对自己未来的专业有了更为直接的了解。

下面，我将就内燃机及其节能技术的方面浅谈我的认识毫无疑问，机械工业是整个工业的基础，而内燃机又是机械工业的基础。

内燃机是现代工业文明的产物，是目前热效率最高、比重量最小的动力装置。

其以简单性替代了庞大的锅炉，以良好的经济性替代了蒸汽机，以良好的适应性成为各种交通运输工具的动力。

在汽车和飞机工业的推动下，内燃机成为现代社会不可缺少的动力源。

时至今日，内燃机的应用已渗透到社会生活的方方面面，小到个人、家庭，大到企业、国家，无不依赖以内燃机为基础的动力机械以维持正常的运转。

[1]但任何事物都有正负两方面影响，内燃机也不例外。

内燃机发展面临节能减排的巨大挑战。

能源消耗方面，2009年，我国石油进口依存度达51%，而内燃机石油消耗量约占全国总消耗量的2/3，是名副其实的用油大户。

排放方面，内燃机废气污染占我国绝大多数城市非供暖季大气污染的50%以上，是城市最主要的大气污染源。

[2]内燃机消耗大量宝贵的石油资源，向大气中排出废气，造成严重环境污染。

在石油资源逐渐枯竭，环保意识日益增强的情况下，人们迫切要求提高内燃机的动力性，经济性和排放性能，并尝试在内燃机中使用代用燃料，如天然气，液化石油气，植物油及醇类燃料等，以节约能源，降低排放。

内燃机也面临其他动力源的挑战，如燃料电池，太阳能电池等。

所以，内燃机节能工作十分重要。

内燃机从发明至今，历过3次技术革命：20世纪20年代，机械泵的出现改进了内燃机的燃烧过程；上世纪50年代，废气涡轮增压器使内燃机动力性、经济性显著提高；20世纪70年代，两次石油危机先后爆发，就在这时，内燃机迎来智能化革命，燃烧技术再次发生质的飞跃。

2007年，美国燃烧协会预测，内燃机的热效率可提高25%～50%，国外有专家认为，内燃机的热效率提高60%～70%也有可能。

应该说，内燃机技术发展前景非常广阔，节能减排提升空间很大。

我认为，目前的内燃机节能技术的发展主要分为两大路线：其一，是通过运用例如乙醇等新能源来替代以往的汽油或柴油来达到降低排放的目的；其二，是通过研发内燃机新型燃烧技术或改进燃烧系统来提升燃油的燃烧效率，从而实现节能减排的目标。

在新能源方面，目前已经应用和发展了多元化的燃料，包括天然气，甲醇，乙醇，氢，二甲醚及生物柴油等，其中天然气，氢和甲醇等已经在汽车上得到了广泛的应用。

天然气汽车，按照所使用天然气燃料状态不同，可分为压缩天然气（CNG）汽车，液化天然气（LNG）汽车和液化石油气（LPG）汽车。

其中，压缩天然气（CNG）是指压缩到20.7—24.8 MPa的天然气，储存在车载高压气瓶中，它是一种无色透明、无味、高热量、比空气轻的气体，主要成分是甲烷，由于组分简单，易于完全燃烧，加上燃料含碳少，抗爆性好，不稀释润滑油，能够延长发动机使用寿命。

液化天然气（LNG）是指常压下、温度为-162度的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中，其燃点高、安全性能强，适于长途运输和储存。

液化石油气（LPG）是一种在常温常压下为气态的烃类混合物，比空气重，有较高的辛烷值，具有混合均匀、燃烧充分、不积碳、不稀释润滑油等优点，能够延长发动机使用寿命，而且一次载气量大、行驶里程长。

[3]总体来说，在天然气汽车方面，目前世界上使用较多的是压缩天然气汽车。

但其优势与缺点亦十分明显：首先天然气汽车的排放污染大大低于以汽油为燃料的汽车,尾气中不含硫化物和铅,一氧化碳降低80%,碳氢化合物降低60%,氮氧化合物降低70%。

其次，天然气汽车有显著的经济效益，可降低汽车营运成本，节省维修费用。

同时，其比汽油汽车更安全燃点高，密度低，爆炸极限窄。

但另一方面，压缩天然气（CNG）汽车的动力性略有降低.燃用天然气时,动力性略下降5~15%，并且，将汽车改装的一次性投入大，推广难。

甲醇汽车，即用甲醇燃料替代传统的石油燃料使车辆运行的汽车，目前世界上已有70多个国家，不同程度应用甲醇汽车，有的已达到较大规模的推广，甲醇汽车的地位日益提升。

甲醇的资源丰富，可以再生，属于生物质的能源。

在汽车上使用甲醇，可以提高燃料的辛烷值，增加氧含量，使汽车缸内燃烧更完全，可以降低尾气的害物的排放。

甲醇汽车的动力不比汽油汽车差，世界上最昂贵、速度最快、科技含量最高的F1赛车动力很强劲，还有航模，都是甲醇动力。

但由于甲醇的腐蚀性，会加速发动机原有零部件的磨损，导致必须重新研发适用于甲醇的发动机零部件。

氢燃料汽车即燃料电池汽车，是电动汽车的一种。

其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能或的。

燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。

[4]近几年来，燃料电池技术已经取得了重大的进展。

各大汽车厂商也纷纷推出旗下的新型燃料电池汽车。

与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点：1、零排放或近似零排放。

2、减少了机油泄漏带来的水污染。

3、降低了温室气体的排放。

4、提高了燃油经济性。

5、提高了发动机燃烧效率。

6、运行平稳、无噪声。

但在动力性方面，氢燃料汽车还无法达到汽油机车的水平，这也是其未来发展所面的重大挑战。

在提高燃油燃烧效率方面，主要有可变气门正时系统（VVT），缸内直喷技术和均质混合气压燃技术（HCCI），而且前两者已在民用车领域广泛推广，备受好评。

可变气门正时系统（VVT），是通过配备的控制及执行系统，对发动机凸轮的相位进行调节，从而使得气门开启、关闭的时间随发动机转速的变化而变化，以提高充气效率，增加发动机功率。

该系统由传感器、ECU和凸轮轴液压控制阀、控制器等部分组成。

其优点是省油，功升比大，而缺点是中段转速扭矩不足。

该技术至今已有30余年的历史，如今不论宝马，本田，丰田等进口车，还是起亚，长城等国产车，都已配备此技术。

缸内直喷技术，算是近来各厂采用的发动机科技中最炙手可热的技术。

这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已经大量使用在包含大众（含奥迪）、宝马、梅赛德斯-奔驰、通用以及丰田车系上。

先进的直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个活塞泵提供所需的100bar以上的压力，将汽油提供给位于汽缸内的电磁喷射器。

然后通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室，其控制的精确度接近毫秒。

供油系统采用缸内直喷设计的最大优势，就在于燃油是以极高压力直接注入于燃烧室中，因此除了喷油嘴的构造和位置都异于传统供油系统，在油气的雾化和混合效率上也更为优异。

加上近来车上各项电子系统的控制技术大幅进步，计算机对于进气量与喷油时机的判读与控制也愈加精准，因此在搭配上缸内直喷技术以使得发动机的燃烧效率大幅提升下，除了发动机得以产生更大动力，对于环保和节能也都有正面的帮助。

[5]但是缸内直喷科技也并非无敌，因为从经济层面来看，采用缸内直喷的供油系统除了在研发过程必须花费更大成本，在部品构成复杂且精密的情况下，零组件的价格也比起传统供油系统来得昂贵，因此这些也都是未来缸内直喷发动机的普及尚待克服的要素。

均质混合气压燃技术（HCCI）。

HCCI发动机利用的是均质混合气，但它不同于常规汽油机的单点点火方式。

它通过提高压缩比，采用废气再循环、进气加温和增压等手段提高缸内混合气的温度和压力，促使混合气进行压缩自然，在气缸内形成多点火核，有效维持了着火燃烧的稳定性，并缩短了火焰传播距离和燃烧持续期。

它与柴油机燃烧方式的不同在于：柴油机在着火时刻燃油还没有完全蒸发混合，进行的是扩散燃烧方式，燃烧速率主要受燃油蒸发以及空气混合速率的影响；而进行HCCI燃烧的混合气在着火以前已经均匀混合，进行的是预混燃烧模式。

因此，HCCI发动机兼有汽油机和柴油机的优点，即有较高的动力性和燃油经济性，有利于降低氮氧化物和碳烟排放，而且可以使用燃料混合燃烧。

但与此同时，HCCI燃烧技术亦有尚未解决的技术难题，比如着火时刻的控制，高负荷运行时燃烧率的控制，发动机冷启动，发动机控制策略和系统的发展以及相应传感器的研制，多缸机各缸均匀性的保证等等。

[6]因此，HCCI发动机的广泛应用，还有待于科研工作者和工程师们的进一步创新与突破。

综上，我们可以看出，无论是在新能源还是新型燃烧系统方面，内燃机的节能技术都有了长足的进步，而且其中的一些早已在汽车等动力机械方面广泛普及，也逐步渗透到人们的日常生活中，比如一些装配VVT或缸内直喷发动机的汽车。

虽然这些新技术在某种程度上都存在一些不足，尚无法完全替代传统的汽油机或柴油机，但面对着石油资源的逐渐枯竭和人类环保意识的不断增强，我想对于未来的内燃机发展来说，节能减排技术的研发仍是重点。

因此我认为，我国内燃机行业应当把主要精力放在内燃机节能减排技术的研发上，采取以优化现有的车用能源动力系统为主，以开发替代能源动力系统为辅的汽车能源动力双重战略。

内燃机未来的发展道路虽然不平坦，但我仍对它的前景十分看好。

因为对于整个工业行业，内燃机自始至终都是不可取代的主要动力机械。

而且我坚信，在国家大力推动内燃机行业发展的大环境下，通过我们一代又一代机械人的努力，拼搏和创新，内燃机的节能难题终会被攻克，即节油又动力强劲的内燃机的出现，指日可待。

如今，作为天大的新一代机械人，我也愿意刻苦学习科学文化知识，培养自己的实践与创新能力，为祖国内燃机的发展贡献自己的一份力量。

参考文献：[1]孙天松.能源危机与内燃机发簪前景[J].《山东内燃机》.2001年03期[2]内燃机与新能源汽车发展相辅相成[EB]. 2010年10月15日[3]天燃气汽车[EB]. /view/774571.htm[4]氢燃料汽车[EB]. /view/2867187.htm[5]缸内直喷技术[EB]. /view/2054934.htm[6]唐娟，任东军，张成涛.内燃机燃烧技术的现状及发展[J].《内燃机与动力装置》2009年02期。