内燃机的先进技术有哪些

5、请论述现代内燃机的先进技术有哪些，并陈述。

答：当今内燃机机技术水平表现为:优良的燃烧系统，多气门技术，电控超声高压喷射、喷油率控制技术，增压和增压中冷，可控废气再循环和氧化催化转化器，低噪声喷油器等。

5.1 进气系统新技术

5.1.1 采用增压+中冷技术

增压中冷柴油机与非增压机比较，由于它能增加进气量，增大过量空气系数，从而降低油耗，增加功率；又由于其进气温度较高，提高了整个循环的平均温度，可使 PM排放降低50%左右，并减少了CO 和HC 的排放；使滞燃期缩短，可减小喷油提前角，从而减少了滞燃期内的喷油量，有效地降低了NOx 的排放。因此增压中冷技术是解决PM 与 NOx 排放矛盾的最佳折衷措施之一。为了进一步改进发动机的性能，有一些大的汽车公司正试验采用变截面涡轮增压器；这种增压器能根据发动机的工况变化，实时地调节导向叶片的角度,改变涡轮喷嘴环的横截面积，从而实现进气量的动态调节。采用可变截面涡轮增压器不仅可以改变发动机的额定工况点附近的效率，而且还可以改进发动机整个特性曲线范围内的增压压力,提高低速区的扭矩,改善启动性和低速区域的加速性能。

5.1.2 采用多气门+可变配气相位(VTEC)

由于发动机的运转速度范围较宽，固定的配气相位只能使一些工作状态处于最佳。同时，两气门的结构流通截面相对较小，进、排气阻力较大，为减少排气阻力和泵气损失，采用多气门结构。在不同的转速下，要想最高效率地利用进、排管内的气体的流动惯性，使尽可能多的新鲜空气充入气缸，尽可能多的废气排出，加强排气作用，就必须在不同的转速下采用不同的配气相位来满足要求。目前，发动机的多气门采用的结构形式有四气门(二进二排)和五气门(三进、二排)。采用多气门的技术能将燃烧室设计成对称布置，把喷油嘴垂直布置在气缸中央，使用多孔油束分布均匀，促进燃油与空气的混合，有助于燃油的充分混合。目前采用的结构仍然是强制开启的凸轮装置。现已有不少大的汽车公司正在实验完全用ECU控制的电磁阀作为进、排气门，使气门开启能随不同工况而改变配气相位和气门升程，就更能使发动机的经济性和排放性得到改善。

5.1.3 采用EGR技术

从汽油机与柴油机的排放特性来看，NOx的排放是相当的，因此要使柴油机的NOx满足不断严格的排放要求，必须采用多种技术，其中采用废气再循环是非常有效的一种方式，但试验证明,当采用EGR时柴油机的HC和PM都有一定程度的增加，为了达到最佳的效果，必须采用一合理的再循环率。废气再循环（EGR）技术已在中、高级汽油轿车上使用，它根据发动机的温度及负荷大小，适量地将一部分废气引入进气管，再送入汽缸，使燃烧反应速度减慢，以降低燃烧的最高温度，从而降低NOx的排放量。尤其是中冷 EGR 技术，不仅能降低 NOx的排放量，还能保持其他污染排放物的低排放水平。

5.2 燃烧室和燃烧方式的新技术

在柴油发动机的燃烧过程中最核心的问题是：进气流动、燃油喷射特性和燃烧室的形状三者有效的匹配。由于对发动机的燃烧过程不十分清楚，目前人们对燃烧室的设计更多的是用经验和采用实验的方法来确认。一般而论，由于统一式的燃烧室有着比分隔式燃烧室更好的燃油经济性,将得到越来越广泛的应用。因此对直喷式柴油机的研究相对较多，新技术有以下几个方面。

5.2.1 采用隔热的燃烧室

在日本就提高热效率和降低油耗，对由活塞、气缸等组成的燃烧室进行了隔热研究。采用导热系数少于铝合金的球墨铸铁活塞具有良好的隔热性。使燃烧室内压缩空气的温度升高，着火延迟期缩短；汽油混合更均匀，燃烧更充分。缩短了燃烧期而提高了燃油经济性。采用球墨铸铁活塞和表面铬酸处理的活塞环，能降低燃烧室的死区容积。因为活塞的高隔热性使传入活塞的热量降低，再加上油道冷却的优化设计，从而控制活塞环槽部分的温度升高。此外球墨铸铁的膨胀率小，能降低发动机冷启动时活塞裙部产生的噪声。当然对活塞的设计必须采用有限元的方法对其刚度、应力及高温进行估算，确定最佳的形状，力求达到最佳的形状，进一步降低油耗和减少排放。

5.2.2 新的燃烧方式

尽管柴油机有良好的高效性，但其NOx和PM对大气污染十分严重。为了降低NOx和PM，有人借鉴汽油机的一些较好的方法，采用以下几种新的燃烧方式：（1）MK燃烧方式(调谐动力)。其主要的工作原理是：采用低温燃烧+预混燃烧。核心思想为：不依赖提前喷油而达到预混合燃烧，通过大量的EGR，采用低温燃烧降低NOx，通过大幅度地推迟喷油定时来延迟滞燃期，扩大预混的比例，降低

PM。此方法在日本的一些柴油机上已经开始使用。

（2）HCCI燃烧方式。也就是增大柴油发动机的预混合的燃烧，减少燃烧室内富氧区的容积，而降低NOx的排放，同时也使高浓度区减少，而使PM的排放降低，从而解决了NOx和PM的矛盾关系。当发动机在小负荷时仍然用普通的燃油喷射系统，此时发动机的负荷低，发动机内的温度也低，喷入发动机内的柴油也少，PM与NOx的形成少，不会对环境有大的影响。发动机在大负荷时工作温度高，油耗也大，因此此时不能不考虑发动机的排放。发动机在大负荷时进行HCCI燃烧方式，使预混合燃烧成为主要的燃烧，达到在整个运行过程发动机的排放减少。此燃烧方式实现的最大困难在于从普通的燃烧方式转为均质的燃烧方式，这有待于进一步的研究。

5.3 燃油供给系统的新技术

对于将来的柴油机而言,对燃油的喷射控制主要有以下几个方面：最佳喷油量的控制、最佳喷油正时的控制、喷油压力的控制、喷油率曲线类型的控制。为了同时达到以上几个方面,柴油机的燃油只能通过电子控制系统才能实现。

共轨燃油喷射系统：该系统目前被认为是最有前途的一种高压喷射方式。因为在燃油喷射过程中燃油的喷射压力不随发动机转速的变化而变化，能保持恒定的压力，改变了以往高压油泵随发动机转速的变化而改变油压的情况。使喷射系统能在简单的条件下最有效地控制喷油规律。

5.4 排放后处理新技术

随着发动机在日常生产中的广泛使用,降低发动机的排放也成了人们日益重视的一个问题。排气后处理新技术分为以下几个方面。

5.4.1 降低微粒的新技术

目前最普遍的方法是在排气管上加装一个微粒捕获器，用来捕获废气中的微粒，并在一定的工况或条件下加以清洁，使微粒捕获器得到再生。就目前而言，再生的方法有很多，但受捕获器材料、工艺等的限制，捕获器再生的可靠性不能很好地保证，还需要广泛地研究。还有其它的技术也在广泛深入地研究，如：静电捕获技术、旋风分离PM技术、燃油添加剂技术。

5.4.2 降低NOx的新技术

就目前的技术水平而言，在降低柴油机的NOx方面,只有采用在排气中加入还原剂与NOx进行还原反应的方法。还原NOx的方法有：选择非催化还原、非选择催化还原和选择催化还原。目前国外进入实用化的技术包括选择催化还原技术