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内燃机的过去,现在和将来

已有 3990 次阅读 2012-12-2 23:06 |系统分类:科研笔记| office, style, 内燃机

内燃机的过去

1876年,奥托发明第一辆火花点火汽油机。

1892年,卡尔.奔驰发明了压燃式发动机,既柴油机。

早期的汽油机存在着诸多的问题,比如说爆燃,所以压缩比不能超过4;可靠性低非常低,每辆车上都有一个大的工具箱;冷启动困难,需要用很大的力气去摇发动机,所以20世纪初的时候很少有女性单独开车的。内燃机在当时并不被看好,但在今后的一百多年时间里,它克服了一系列的困难和挑战。

1923年,通用汽车在汽油中加入四已铅来限制爆燃,汽油机的压缩比大大提高,经济性有了很大的改善。

二战期间,为了增加坦克的动力性,涡轮增压技术被用于柴油机上,促使了柴油机的发展。

1940左右,洛杉矶出现“光化学烟雾”事件,原因被归结于汽车排出的大量的一氧化碳等污染物。内燃机的发展开始受到质疑。

1950年左右,燃气轮机得到有力的发展,燃气轮机体积小,功率大,所以人们开始考虑用燃气轮机替代内燃机作为汽车的动力,但限制于燃气轮机的可靠性等因素而未成功,内燃机逃过一劫。

1960年左右,核能的利用得到快速的发展,出现核动力的航母和潜艇,核能的能量密度大,使用寿命长,所以人们再次考虑用核动力装置替代内燃机,但限制于核动力装置安全性的问题而未得到应用,内燃机再次逃过一劫。

1950-1970年,两次危机也促进了内燃机的自身的改进,气缸强度,曲轴扭振等问题基本上得到解决,内燃机的机械的可靠性得到很大的提高。

1970年左右,出现了第一次石油危机,美国等国家再次质疑内燃机作为汽车动力的问题。内燃机又一次面临危机。

1980-1990年,期间由于电子技术的快速发展,电控技术被用于内燃机上,这使得内燃机的控制得到了质的飞跃,内燃机的经济性和排放明显的提高。

1990-2000年,内燃机的污染物问题再次被提及,欧洲和美国等发达国家政府出台一系列的法规来限制内燃机的排放,这些法规促使汽车厂家开发出三元催化转换器,微粒捕捉器等后处理装置。

2000年后,内燃机的排放法规进一步严格,同时电动汽车再次被人提及,内燃机又一次面临考验。电动汽车由于诸多问题未能有效解决而作罢。同时内燃机通过结合汽油机和柴油机的特点,重新组织燃烧等方法,又进一步提高了自身的经济性和排放性。

内燃机的现在

汽油机

1)       可靠性。现在汽油机的可靠性是没什么问题的,市场上的车跑10万或20万公里基本上不用大修,这个标准基本上超过了我们日常使用的任何复杂机械的可靠性。

2)排放性。现在汽油机的排放的问题基本不大,特别在平稳工作的时候,不是太大的问题。主要的问题是瞬时工作时,既启动、怠速、加速等工况,因为瞬时工作时,很多特性不好控制。

3)经济性。这应该是汽油机最主要的问题,因为汽油机要避免爆震,必须降低压缩比。现在的措施是采用缸内直喷技术,这样可以使得汽油机的效率达到柴油机的水平,现在已经广泛使用了,但有些控制问题还需进一步改进。

柴油机

1)  可靠性。可靠性和汽油机一样也非常好,现在柴油机的噪声和振动也得到控制,这方面技术应该说已经很成熟了。

2)  排放行。这应该是柴油机现在最主要的问题。柴油机的碳烟和NOx一直很难同时限制。现在的技术手段是使用高压共轨技术,优化喷雾控制,使用废气再循环,选择性催化氧化等技术。但这些在瞬态条件下很难控制。

3)  经济性。柴油机的经济性一直不错。通常使用涡轮增压进一步提高。

内燃机的未来

1)  燃料

燃料来源一直是最难的问题,因为现在很难找到一个储量巨大,能够广泛应用于现存内燃机上的替代燃料。目前主要的技术手段是增加石油来源。提高石油的开采率,将之前未能开采的石油开采出来,例如油砂,油页岩等。

另外使用多种燃料,将生物质气,生物质油等作为代用燃料。这存在着成本控制的问题,另一方面如何有效地让多种不同物性燃料在同一台内燃机上有效地燃烧。

2)新型燃烧方式

   现在很多学者提出各种不同的新型燃烧方式,但主要还是提留在设想或实验室里。因为燃烧是个非常非常复杂的问题,并且内燃机里的燃烧是极强的多变的湍流燃烧,目前是还是个无解的问题。在地球有生命之前,就存在水,就存在流体的湍流,但现在对湍流还没有一个统一的说法,人类在几万年前就认识了火,学会钻木取火,但现在还没认识到燃烧的本质。现在的研究都是将实际的燃烧简化成各种简单的模型,很多研究都带有假说和猜测。

3)内燃机的前途

戴姆勒汽车在1995年说:2010年我们将使用燃料电池汽车。

宝马汽车在2001年说:我们的7系列的汽车将是氢能汽车。

戴姆勒汽车在2010年说:我们的电动汽车将量产。

但只能说理想很丰满,现实很骨感

事实上,2012年世界上在跑的汽车绝大多数绝大多数还是用的是传统的燃油汽车。

毕竟内燃机已经走过了100多年的历程,它已经是非常成熟的一个机器了。电动车,作为一个新的产物,它在电池上,控制上,以及在舒适、灵活、开销上还有很长很长的路要走。同时,内燃机也依然在面对能源短缺,减少排放等问题。

如果一辆车只能再四环内开的话,你愿意购买吗?

如果一辆车夏天开没空调、冬天开没暖气,你愿意买吗?

如果你在买相同车时,车商非要加价20%,你愿意买吗?

如果你回答的都是愿意,那内燃机就将被淘汰了,

否则在相当长的一点时间内,你的车子还将是烧油的那玩意儿。



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