商用和工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

商用和工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

廢氣排放法規(guī)包括對(duì)溫室氣體排放的限制，以驅(qū)動(dòng)商業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步變革。降低廢氣排放和改善能源消耗始終是未來(lái)各種發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行更為復(fù)雜的設(shè)計(jì)，如發(fā)動(dòng)機(jī)上將安裝更多、更先進(jìn)的諸如余熱回收系統(tǒng)、氣體燃料供給系統(tǒng)、尾氣后處理系統(tǒng)和整車(chē)控制系統(tǒng)等。另外，由于較高的熱效率、較低的寄生損耗以及低NOx和PM排放使重型發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸峰值壓力達(dá)到25MPa，因此需求對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計(jì),使其強(qiáng)度達(dá)到要求。分析了利用先進(jìn)技術(shù)和新材料等措施來(lái)降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放、提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能的可行性。目前，輕型汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上采用了如下先進(jìn)技術(shù)。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)小型化技術(shù)。該技術(shù)不僅是減小發(fā)動(dòng)機(jī)的體積，而且包括在發(fā)動(dòng)機(jī)提供相同功率的同時(shí)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排量、減輕質(zhì)量和減少氣缸數(shù)目等。

（2）可變壓縮比技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)降低高負(fù)荷時(shí)的氣缸壓力，使氣缸的峰值壓力不超過(guò)現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)制造水平。

（3）氣缸套和曲軸箱技術(shù)。利用熱噴涂技術(shù)對(duì)氣缸套進(jìn)行處理，減少摩擦，降低發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失。在額定轉(zhuǎn)速下，平均摩擦有效壓力比普通的鑄鐵襯套降低了12%，在額定負(fù)荷下，該值的減少量高達(dá)20%。將氣缸套集成在曲軸箱上，可顯著降低發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成本。目前，該集成技術(shù)僅應(yīng)用在輕型和中型發(fā)動(dòng)機(jī)上，若將其應(yīng)用在重型發(fā)動(dòng)機(jī)上，則發(fā)動(dòng)機(jī)需要使用濕式氣缸套。

（4）曲軸。曲軸主軸和連桿大頭軸承是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失的主要來(lái)源（約占14%）。在額定轉(zhuǎn)速或額定負(fù)荷情況下，該值可達(dá)到25%。通過(guò)優(yōu)化，曲軸主軸和連桿大頭軸承造成的機(jī)械損失可減少50%。

（5）氣缸蓋設(shè)計(jì)。通過(guò)氣缸蓋的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可使氣缸蓋高頻負(fù)荷峰值壓力超過(guò)20MPa。

（6）高壓燃油噴射。燃油噴射壓力的提高有利于減少燃油注入時(shí)間，且高噴射壓力要求較小的注射孔，有利于燃油的霧化，使燃油充分燃燒，減少燃油消耗和PM排放。目前，噴射壓力設(shè)定為300MPa。

MichaelFrankeetal.SAE 2014-01-2325.

編譯：王祥