原創(chuàng)  汽車發(fā)動機技術(shù)的現(xiàn)狀與未來發(fā)展(二)

　　發(fā)動機燃料正向多樣化過渡 　　車用發(fā)動機的燃料最初采用的是煤氣。隨著石油的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，才使汽車發(fā)動機真正成為人類的得力工具。目前主要的汽車發(fā)動機燃料仍然是汽油和柴油。由于石油是化工燃料，總有被采盡的一天，那么未來的發(fā)動機供求矛盾隨著石油燃料的枯竭而退出歷史舞臺嗎？這是人們普遍關(guān)心的大問題。應(yīng)該說，這種擔心是合理的。 　　但根據(jù)目前的資料顯示，全球的石油資源至少在未來的40～50年內(nèi)還不會出現(xiàn)完全枯竭的情況。隨著人類對全球資源的進一步調(diào)查，還會發(fā)現(xiàn)一些過去沒有勘探到的資源。另外，采油技術(shù)的進步也會提高石油的儲采比，會把一些過去認為不能采或采不到的資源采出來。但是無論怎樣，石油資源會有枯竭的一天，因此人們已經(jīng)在探索石油后的發(fā)動機燃料并已取得很大的進展。 　　醇類燃料 醇類作為燃料主要有乙醇和甲醇。乙醇來自生物質(zhì)，如糧食、木材等，這是最理想的燃料，因為乙醇可以實現(xiàn)二氧化碳的全球循環(huán)平衡，只要有太陽照射，植物就可以實行光合作用，便可實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。 　　一些國家如巴西便把其蔗渣經(jīng)發(fā)酵后生產(chǎn)乙醇，然后大量摻入汽油作燃料，醇汽油是該國的標準汽車燃料。除巴西外，美國也將其汽油摻入部分乙醇燃料使用。我國去年也啟動了燃料乙醇的項目，并在河南、山東、吉林等若干省份作試點。乙醇作燃料在現(xiàn)有汽油機上應(yīng)用是完全可以的，幾乎可以不要改動發(fā)動機。今后的問題是如何擴大產(chǎn)量。 　　甲醇是可以由煤和天然氣生產(chǎn)的產(chǎn)品。其燃燒速度快，燃燒時無煙、無焰，NOx排放低，熱值約為汽油的一半。全球的煤資源與石油相比要大的多，按目前的能源消耗水平，至少還可以用幾百年，因此，甲醇是最有發(fā)展前景的發(fā)動機燃料。目前在點燃式發(fā)動機上燃用甲醇是完全可以的，除燃油系統(tǒng)的個別密封件需要更換外，基本不需對原發(fā)動機進行改裝。但壓燃式發(fā)動機應(yīng)用仍然需要采用一些特殊技術(shù)。無論怎樣甲醇作為燃料已經(jīng)提供人們一個光明的前景。 　　二甲基醚 這是一種由甲醇進一步脫水而成的產(chǎn)品，與甲醇一樣也可以由煤或天然氣生產(chǎn)，其資源與甲醇一樣。上世紀由丹麥人首先在大型壓燃式發(fā)動機上試驗。二甲基醚的特點是其性質(zhì)非常接近于柴油，極易被壓燃。 　　但與柴油不同，它本身非常容易汽化，因此燃燒時無煙，廢氣排放十分清潔。由于 其在常溫下是氣態(tài)，所以用到發(fā)動機上時，燃料系統(tǒng)必須特別處理。國內(nèi)有關(guān)單位對其進行了大量研究，并裝車做了試驗，發(fā)現(xiàn)運轉(zhuǎn)是很平穩(wěn)的。 　　天然氣 天然氣的主要成分是甲烷，作為車用燃料是完全可以的。我國北京的公交車發(fā)動機大部分采用天然氣作燃料。世界上已有近千萬輛車采用天然氣作燃料。 　　植物油 主要是菜子油。這也是生物質(zhì)燃料，在一些有條件的國家和地區(qū)已經(jīng)作為燃料。如比利時等國采用菜子油在壓燃式發(fā)動機上作燃料。 　　人造汽油和柴油 由煤轉(zhuǎn)化為汽油和柴油，在二次世界大戰(zhàn)期間，德國人便開始這項研究。目前在南非已經(jīng)取得成功并商業(yè)化。我國也一直十分關(guān)心這方面的進展。國家已經(jīng)投資啟動這一項目并使之工業(yè)化。 　　未來發(fā)動機在理論上的發(fā)展 　　汽車內(nèi)燃機是通過燃料的燃燒，把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化為機械功的熱動力機械。熱力學(xué)、燃燒學(xué)和機械學(xué)的理論分析表明，內(nèi)燃機是熱效率最高的熱力機械，但仍存在著巨大的節(jié)能及降低尾氣污染的潛力。 　　對于量調(diào)節(jié)式的汽油機而言，在部分負荷時，供求矛盾因節(jié)氣門開度小而造成發(fā)動機的泵氣損失大，從而降低發(fā)動機的機械效率，影響到經(jīng)濟性。取消節(jié)氣門就是提高汽油楓經(jīng)濟性的最根本措施。但由于目前的汽油機是用節(jié)氣門來調(diào)節(jié)混合氣量的，取消節(jié)氣門，發(fā)動機的動力輸出無法控制，因此必須探索新的途徑。汽油直接噴射技術(shù)就是基于這一思路。 　　將汽油機的節(jié)氣門調(diào)節(jié)動力輸出，改為用噴油量控制動力輸出。這樣一來，采用汽油直接噴射的汽油機與目前的電控噴射發(fā)動機相比，燃油消耗量可以減少15%左右。現(xiàn)有的三效催化系統(tǒng)難以發(fā)揮作用，使發(fā)動機的廢氣排放品質(zhì)下降，因此還需要探索新的途徑。目前的混合氣均質(zhì)壓燃理論為解決這一問題提供了很好的思路。 　　該理論是在汽油機上取消節(jié)氣門，用噴油量調(diào)節(jié)輸出，采用大量的高溫廢氣混合到適當比例的燃料和空氣混合氣中，用發(fā)動機的壓縮行程用活塞壓縮使混合氣自己著火，從而解決汽油機無節(jié)氣門下的動力輸出與同時采用三效催化轉(zhuǎn)化器的矛盾。同樣這一理論也可以應(yīng)用到柴油機上，使柴油機在均質(zhì)混合氣時壓燃著火，而不是現(xiàn)在的邊噴油、邊著火的擴散燃燒模式，從而使柴油機的廢氣排放達到最低，特別是煙度排放和NOx排放。 　　目前均質(zhì)混合氣壓燃著火的理論正在付諸實施之中。一旦這一新理論在實踐得到應(yīng)用，可以預(yù)見，今后的發(fā)動機供求矛盾更加高效、更加清潔，汽車的使用將更加安全且有利環(huán)保。(姚春德)