内燃机工程学习综合报告_集成学习实验报告
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内燃机工程学习综合报告
——能源、环境与汽车发动机
随着世界能源危机和环保问题日益突出，汽车工业面临着严峻的挑战。一方面，石油资源短缺，汽车是油耗大户，且目前内燃机的热效率较低，燃料燃烧产生的热能大约只有35%—40%用于实际汽车行驶，节节攀升的汽车保有量加剧了这一矛盾；另一方面，汽车的大量使用加剧了环境污染，城市大气中CO的82%、NOx的48%、HC的58%和微粒的8%来自汽车尾气。于是，探寻新能源与开发先进汽车发动机成为必由之路。
目前广泛使用的汽车发动机主要是柴油机和汽油机，他们具有其他发动机所不能比拟的优点。其中，柴油机能量密度高（大型低速增压柴油机的有效热效率已超过50%），燃油消耗率低，燃油经济性好，温室效应气体排放少，功率和转速范围很大（功率1—65580KW，转速54—5000r/min）；汽油机转速高，结构简单，质量轻，造价低廉，运转平稳，使用维修方便，因此，汽油机在汽车上，特别是小型汽车上大量使用，至今不衰。
但是，它们对环境的影响也不容小觑。自从1886年第一辆汽车诞生以来，它给人们的生活和工作带来了极大的便利，也已经发展成为近现代物质文明的支柱之一。但是，我们也应该看到，在汽车产业高速发展、汽车产量和保有量不断增加的同时，汽车也带来了大气污染，即汽车尾气污染。汽油主要由碳和氢组成，汽油正常燃烧时生成二氧化碳、水蒸气和过量的氧等物质。但由于燃料中含有其他杂质和添加剂，且燃料常常不能完全燃烧，常排出一些有害物质。研究表明，汽车尾气成分非常复杂，有100种以上，其主要污染物包括一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物。
为了解决汽车行业发展与能源、环境之间的矛盾，大体上有两个思路：一是开发新能源汽车，二是发动机技术进步。
一、开发新能源汽车
20世纪90年代以来,随着技术的进步,以混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为代表的新能源汽车涌现出来。近年来,随着国际能源供应的持续紧张、原油价格的持续上涨以及全球环境保护呼声的日益高涨,新能源汽车的技术研发和产业化发展受到了越来越多的重视,以美国、欧洲和日本为代表的发达国家和以巴西为代表的发展中国家都积极展开了新能源汽车产业发展的实践。新能源汽车虽然可以有效减少市区有害气体的排放和烟雾浓度,同时也减少CO2的排放，许多国家和厂商都积极开发纯电动汽车(PEV)、混合动力电动汽车(HEV)(包括插电式混合动力电动汽车PHEV)和燃料电池汽车(FCV)，但是诸多障碍和困
难限制了新能源汽车的发展和普及,包括充电基础设施、氢燃料补给基础设施、氢燃料的生产、续驶里程的限制、成本高等等问题，这些不仅需要技术的进步，也需要政府的主导。
过去，我总认为新能源是无法用于高档汽车中的，因为新能源无法提供它需要的足够的动力，但是，通过与徐斌教授的交流，我发现新能源也是可以应用于高档汽车的，例如雷克萨斯LS600是一款混合动力汽车，也是一款名副其实的高档车，它在中国大陆的售价在200万元左右。只是现在的技术还不完全成熟，以至于可以大规模用于高档车。然而，新能源是必然的趋势，好比跷跷板的两端，会渐渐从侧重传统动力向新能源动力倾斜，只是需要一段时间，50年甚至更长。
二、发动机技术进步
汽车发动机的工作主要是四个冲程——吸气冲程、压缩冲程、做功冲程以及排气冲程。我们可以针对这四个冲程来提高技术。例如：
4气门(4V)技术：4气门与2气门相比有许多优点，主要有：减少换气损失；垂直中心布置喷油器使燃烧室内的喷油束均匀分布；中心布置燃烧室能减少活塞热负荷；充气效率提高；能根据转速和负荷电子控制进气涡流比；4VHSDI柴油机在较宽广的转速范围内都有比2VHSDI柴油机高的扭矩，一般来说4气门能使轿车HSDI柴油机扭矩提高15％，平均有效压力可达到1.8MPa，升功率可达到50kW/L；使轿车 HSDI柴油机油耗降低4％；减少轿车HSDI柴油机的有害污染物排放量，采用4气门后，即使用分配泵，PM减少30％、NOx减少25%、HC减少20%。
废气再循环(EGR)技术：对于现代轿车HSDI柴油机来说，EGR是降低NOx的最有效的措施，特别是对于采用机械式喷油正时器的HSDI柴油机，用EGR降低NOx排放更有利，主要体现在EGR供给率的精度高，发动机各缸的EGR供给均匀、快捷。
可变进气管技术：利用进排气管动态效应是提高发动机性能的有效措施之一。可变结构参数（长度、稳压腔容积）的进排气管系统使发动机很好地利用气体波动效应提高充气效率及动力性，降低排放指标。可变进排气系统能改善固定参数的进气系统存在的高低速的矛盾:即进气管过长则影响高速时功率的获得；过短则低速时的性能未得到改善。
总结
纵观世界汽车产品技术的发展态势，汽车发动机技术正以优异的性能，更好的经济性和动力性为方向得到日益广泛的重视和发展。进一步提高发动机的环保与节能将成为发动机发展的方向。
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