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