内燃机发展史及未来趋势

摘要：内燃机的出现为汽车的发展提供了基础，汽车行业的繁荣促进了内燃机的改进和提高。文章简单介绍了内燃机的发展历程，并展望了未来内燃机制造技术、代用燃料等方面的发展方向。内燃机是近代工业文明发展的产物，以其简单、经济取代了蒸汽机，通过科学家的不断研究，内燃机已经成为现代交通运输工具的主要动力。

关键词：内燃机；综合燃烧系统；替代燃料

中图分类号：TK401 　　　　文献标识码：A 　　　　文章编号：1009-2374（2012）17-0022-02

1　内燃机发展史

不同的历史时期，人们的期望不同。起初，汽车只是一种代步运输机器，着重于它的可靠性。到了20世纪20年代，汽车工业蓬勃发展，人们对汽车的要求已不简单的局限于可靠性，更多的要求汽车的经济型、舒适性、美观性。而近年来内燃机的研究发展仍然是沿着这一主线在进行，研究的目标是充分利用以电控喷射燃油技术、共轨喷射燃油技术为核心的新技术，通过控制燃油喷射量、喷射间隔时间，以及改变气门开度等方法，最大限度优化内燃机的性能。发达国家投入了相当大的财力、人力、物力在内燃机的新技术研发方面，各种新机型尤其是轿车用的发动机不断更新换代。

按照提高汽油机的功率和降低油耗的历程，可以把汽油机的发展分成以下四个阶段：

第一阶段，是20世纪初期，出于考虑交通运输这个目的，主要研究的方向是提高功率和比功率。这一阶段产生的技术措施主要是：提高内燃机的转速，增加气缸数，使内燃机的比功率有了很大程度的提高；第二阶段，是20世纪20年代后，主要课题是解决汽油机的爆震问题。通过向汽油中加入一定量的四乙基铅，干扰氧和汽油烃分子的化合过程来减小爆震的倾向，压缩比的增加，提高了汽油机的功率和燃烧热效率；第三阶段，是20世纪30年代到40年代，利用排气压力压缩进气的涡轮增压器的问世，很大程度地提高了汽油机功率和燃烧热效率；第四阶段，是20世纪中期至今，由于耐压材料和生产技术的发展能够使内燃机的结构更加紧凑，移动方便，转速范围大。

在汽车工业空前繁荣的20世纪60年代、70年代，市场开始追求更高的速度、更高的舒适程度，进一层奢望豪华。在这样的背景下，发动机的功率和转速得到很大程度的增加，产品也逐渐发展为多样性。在高速和高功率要求下，世界各大汽车企业持续加大技术研发投资力度，对汽车理论进行了全面研究，并通过大量的试验分析，进一步改善了汽车的高速行驶性和结构可靠性。与此同时，这些研究结果也为内燃机的发展提出了一些待解决的难点，而且这些难点成为同时期内燃机技术发展的重要特征。

石油危机的出现使人们突然意识到地球自然资源的有限，并逐渐开始重视节约、高效地利用自然资源。为实现社会可持续的发展，科学家们开始积极开发和利用代用燃料，同时，提高机械效率，降低内燃机燃油消耗，减少损失，推出一系列的节能措施：例如通过降低车速，发展小功率汽车，从而减小汽车的体积和质量，采用稀薄燃烧及高能点火等手段改善燃烧工况。到目前为止，虽然汽车数量持续增加，但各国不断推行新的排放标准，使汽车排放得以控制，使资源得以有效利用。

现代内燃机是一个技术密集型的产业，21世纪初期，电子化、信息化、新型材料等高新技术正逐步广泛地使用于汽车上，这些持续进步的技术，决定了汽车未来的发展走向，汽车工业必定朝着高效环保、节能降耗的方向发展。

自1978年以来，我国积极从德国、法国、日本等国家引进了多种系列的内燃机产品、生产专利、生产设备，很大程度上提高了我国工业制造水平，加速了内燃机产品水平的进步，但我们清醒的认识到，我们未能引进发达国家的核心技术，我们与发达国家仍存在较大差距。我国内燃机产品自主研发能力还有待提高，电控技术、涡轮增压技术等应得到更广泛的应用。我国内燃机的可靠性比较差，平均寿命不及进口机型的一半。

2　内燃机的未来发展趋势

未来十年是汽车、船舶、工程机械、铁道机车等行业重要的发展阶段，内燃机仍是各种交通机械的主要动力，这也必然是内燃机行业的转型期，随着燃油质量越来越高和内燃机技术的逐步成熟，提高了能源有效利用率，与此同时，替代燃料也得到了迅速发展，中小型涡轮增压内燃机的开发必定在节能环保方面带来深远影响。

2.1　提高内燃机制造技术

我国内燃机核心技术远落后于国外的先进水平。因此，需要加大科技投入量，坚持走自主创新的道路，重点扶持例如电控、增压器等一些关键零部件的产业；改进燃烧系统；解决整机匹配问题，尤其是柴油机；改善内燃机制造工艺，开发应用新型材料，降低燃料消耗率。

2.2　开发综合燃烧系统

由于扩大燃料资源及节能降耗要求，未来的内燃机需要将汽油机及柴油机的优点集于一身，今后的工作重点将集中在开发综合燃烧系统上。

2.3　积极开发代用燃料

我国石油资源逐渐枯竭，不断加大对进口石油的依赖度，我们必须考虑可代用燃料。氢气是最理想的清洁燃料，也是技术人员追求的方向。但现阶段，制取氢气存在效率低、成本高的难题，以及氢气的储存也存在技术难题。国外自20世纪后期就开始研究生物质制氢技术，但至今仍没有完成产业化，国内也有一些高校和科研单位进行相关研究，积极开发并应用生物质能源和燃料，这是可持续发展的必经之路。

2.4　发展中小型内燃机的涡轮增压技术

涡轮增压技术在20世纪中期才开始得到迅速发展和广泛地推广使用。通过采用增压技术，柴油机的功率可提高1～3倍，但目前涡轮增压技术主要应用在大型内燃机上，而在中小型内燃机的应用相对较少。因此涡轮增压技术应该向中小型功率的内燃机发展。

2.5　内燃机的柴油机化

当前，我国的内燃机产品中，柴油机占到了60%。柴油机热效率高，一般情况下能比汽油机节油25%以上，这也是世界各国众所周知的。随着制造工艺水平与新型材料质量的提升，柴油机终将替代绝大部分的汽油机产品。尤其是 “石油危机”成为全球问题后，各国的柴油机使用率都在提高，不仅农用车发动机使用柴油机，一些轿车也开始采用柴油机。

3　结语

随着内燃机技术的改进和发展，进一步研究可代用燃料，开发并研究应用新型节能技术，制定较为科学、合理、符合可持续发展的战略，以及亟待解决的问题，而节能及环保要求也会进一步促进内燃机技术的发展。

参考文献

[1]　孙天松．能源危机与内燃机发展前景[J]．山东内燃机，2001，（3）．

[2]　詹樟松．燃机技术的发展过程和趋势[J]．内燃机，1999，5（3）．

[3]　翁祖亮．国内燃机产品与技术发展预测[J]．内燃机工程，1999，3（1）．

（责任编辑：王书柏）

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