原創  汽車發動機技術的現狀與未來發展(二)

　　發動機燃料正向多樣化過渡 　　車用發動機的燃料最初采用的是煤氣。隨著石油的發現和應用，才使汽車發動機真正成為人類的得力工具。目前主要的汽車發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？這是人們普遍關心的大問題。應該說，這種擔心是合理的。 　　但根據目前的資料顯示，全球的石油資源至少在未來的40～50年內還不會出現完全枯竭的情況。隨著人類對全球資源的進一步調查，還會發現一些過去沒有勘探到的資源。另外，采油技術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，因此人們已經在探索石油后的發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，如糧食、木材等，這是最理想的燃料，因為乙醇可以實現二氧化碳的全球循環平衡，只要有太陽照射，植物就可以實行光合作用，便可實現可持續發展。 　　一些國家如巴西便把其蔗渣經發酵后生產乙醇，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。乙醇作燃料在現有汽油機上應用是完全可以的，幾乎可以不要改動發動機。今后的問題是如何擴大產量。 　　甲醇是可以由煤和天然氣生產的產品。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，甲醇是最有發展前景的發動機燃料。目前在點燃式發動機上燃用甲醇是完全可以的，除燃油系統的個別密封件需要更換外，基本不需對原發動機進行改裝。但壓燃式發動機應用仍然需要采用一些特殊技術。無論怎樣甲醇作為燃料已經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品，與甲醇一樣也可以由煤或天然氣生產，其資源與甲醇一樣。上世紀由丹麥人首先在大型壓燃式發動機上試驗。二甲基醚的特點是其性質非常接近于柴油，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，所以用到發動機上時，燃料系統必須特別處理。國內有關單位對其進行了大量研究，并裝車做了試驗，發現運轉是很平穩的。 　　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。這也是生物質燃料，在一些有條件的國家和地區已經作為燃料。如比利時等國采用菜子油在壓燃式發動機上作燃料。 　　人造汽油和柴油 由煤轉化為汽油和柴油，在二次世界大戰期間，德國人便開始這項研究。目前在南非已經取得成功并商業化。我國也一直十分關心這方面的進展。國家已經投資啟動這一項目并使之工業化。 　　未來發動機在理論上的發展 　　汽車內燃機是通過燃料的燃燒，把燃料的化學能轉化為熱能，再將熱能轉化為機械功的熱動力機械。熱力學、燃燒學和機械學的理論分析表明，內燃機是熱效率最高的熱力機械，但仍存在著巨大的節能及降低尾氣污染的潛力。 　　對于量調節式的汽油機而言，在部分負荷時，供求矛盾因節氣門開度小而造成發動機的泵氣損失大，從而降低發動機的機械效率，影響到經濟性。取消節氣門就是提高汽油楓經濟性的最根本措施。但由于目前的汽油機是用節氣門來調節混合氣量的，取消節氣門，發動機的動力輸出無法控制，因此必須探索新的途徑。汽油直接噴射技術就是基于這一思路。 　　將汽油機的節氣門調節動力輸出，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動機相比，燃油消耗量可以減少15%左右。現有的三效催化系統難以發揮作用，使發動機的廢氣排放品質下降，因此還需要探索新的途徑。目前的混合氣均質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氣門，用噴油量調節輸出，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氣門下的動力輸出與同時采用三效催化轉化器的矛盾。同樣這一理論也可以應用到柴油機上，使柴油機在均質混合氣時壓燃著火，而不是現在的邊噴油、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用，可以預見，今后的發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保。(姚春德)