发动机冷却系统的技术动向

摩托车用的小排量发动机因要求采用轻量且结构简单的冷却装置,一般采用的是风冷系统,而轻型汽车及配装大排量发动机的摩托车则要求具备优异的环保性能、动力性能及静音性,所以普遍采用水冷系统。这2种冷却系统都是常用的发动机冷却方式。回顾了日本本田技研工业公司在开发轻型汽车发动机的过程中由风冷方式向水冷方式转变的过程,同时,介绍了目前发动机冷却系统的新技术和新动向。     

面向未来的双燃料发动机技术进展

当前双燃料发动机正在大缸径发动机市场逐步觉醒。长期以来双燃料技术仅应用于电站发电领域,然而近十年来,由于纯天然气发动机性能的大幅度提高,以及采用大型中速发动机实现功率等级的延伸,电站市场显著萎缩。除了先前大量的陆用外,移动式应用也为大缸径双燃料发动机提供了更广阔的市场。上述应用包括船用主推进（例如液化天然气运输船,豪华游轮）和辅机应用（例如集装箱船）以及铁路牵引（例如,长途机车）。促使业界关注双燃料发动机的主要动力是,与使用昂贵的重油或柴油相比较低的燃料成本,以及降低以NOx为主的排放污染物进而满足未来的排放法规。另外,对于大量的移动式发动机的应用,天然气将很快成为一种潜在的低硫燃料。除天然气之外的典型液态替代燃料通常不利于在电站双燃料发动机的应用,然而对于移动式应用却是一种可靠的备用燃料。对于船舶应用可以在ECA（排放控制区）区域内外通过天然气和柴油模式切换,从而使双燃料发动机更容易满足IMO（国际海事组织）的排放法规。移动式应用的难点在于,频繁的转速工况变化、快速的负荷响应要求、天然气品质变化和复杂工况下,对发动机运转可靠性的考验。由于双燃料发动机具有两种典型运转模式（天然气工况和柴油工况）,在发动机设计时必须进行折中考虑（例如压缩比、活塞碗形状、气门正时等）,这就导致了目前效率和功率密度方面的缺陷。关于上述问题,奥地利AVL公司通过单缸中速发动机测试研究了双燃料发动机相关技术问题。对大量参数进行了评估并对工况边界条件进行了研究。基于获得的数据,将给出当前双燃料发动机技术的短期预测。AVL公司关于双燃料发动机技术的展望也将促进中期开发需求。     

科洛姆纳工厂2003年发动机技术进展

在2002年,俄罗斯发动机制造商——科洛姆纳工厂在其发动机性能改进和发动机应用范围拓宽方面均取得了进展。     

先进的重载高速柴油机的设计和开发

本文介绍最高转速为1800r/min、涵盖从直列式6缸到V型12缸的全新重载柴油机和双燃料发动机系列在研制过程中所采用的技术和方法。文中讨论了为使发动机燃油消耗率降低到同类产品的最低值而采用的电子控制高压共轨喷射系统、高效涡轮增压器、带有独立气口的横流式气缸盖和其他发动机的设计策略。发动机性能模型的开发展示了设计组和分析组在组件设计几何和模拟模型创建中的协调配合,实现了性能和可制造性之间最佳的折衷。工程师之间的交流是理解整个发动机性能、提高现有技术、超越以往发动机设计的关键因素。文中还介绍了就该机与用户达成一致的设计方针,包括可靠性、成本、重量、尺寸、可再利用性和性能。文中将以实际的低成本设计方案为例,说明这些方针对诸如曲轴箱和梯形机架等部件的影响。设计发动机采用的方法也在文中加以介绍,特别是同步工程的采用,可以集聚公司所有发动机运行技术,并在初期阶段就应用到设计中,在尽可能短的工期内确保设计一次成功。文中还概述了同步工程法等对项目的影响和在设计改进过程中所起的作用。工程所取得的成果是开发了一种完整系列的高速重载发动机,其拥有同类产品中最佳的燃油消耗率、良好的比功率水平,显示了Technomots公司与发动机制造商密切合作推出新产品的能力。     

配备无级变速器的新一代V6发动机

随着人们对全球变暖与二氧化碳问题日渐关注,即使从保护全球环境及市场需求角度考虑,制造商也应采取改善车用发动机燃油经济性和排放的措施。另一方面,现在的用户也崇尚“驾驶乐趣”。这些都对发动机性能及动力总成提出了更高要求。制造商们提出了采用混合动力系统等建议。配置大容量无级变速器（CVT）的方案可被采纳,且价格合理。介绍了采用高精度大容量CVT之后的发动机性能,以及为应用CVT实现“驾驶乐趣”所采取的措施。     

发动机机体用蠕虫状石墨铸铁的生产工艺

时下，在环保及综合性能方面，对车用发动机提出了极为严格的要求。机体作为发动机的基本零部件，要求以提高其强度来实现轻量化目标，同时要提高冷却性能。能满足上述要求的蠕虫状（CV）石墨铸铁受到了广泛的关注。该铸件有待解决的问题是材质和铸造品质的稳定性差，以及切削性较差等，日本丰田自动织机有限公司通过基于合金控制及铸造条件管理的生产工艺开发，解决了上述问题，实现了发动机机体用CV石墨铸铁的量产。     

曲轴制造工艺的革新——新一代曲轴淬火工艺

曲轴制造是发动机零部件制造商公认的难题。一方面,轿车、卡车和船用发动机制造商持续要求降低成本;另一方面,对性能的要求越来越高。现今的曲轴必须具有足够的强度和刚度,以承受由现代发动机产生的极端负荷,同时,还必须减少自重、外形尺寸和振动。所有这些必须以不牺牲曲轴的抗磨损性和抗疲劳性能为前提。因此,零部件制造商正在竭力研发曲轴制造工艺,以满足更低成本和更高性能的双重要求。     

极限值中速试验机的设计与应用

本文介绍的极限值发动机(EVE)是一种独特的缸径为200mm、专门用于试验研究的中速试验机,其基本结构设计成可满足高负荷和易于接近燃烧室的需要。电空系统的采用扩展了发动机的能力,使之可以实时修改若干参数,能够快速改变气门定时、增压空气参数、排气背压以及燃油喷射参数。在2001年CIMAC会议上首次介绍了该单缸试验机,在2004年CIMAC会议上介绍了其首次运行试验情况。其后,在赫尔辛基理工大学的内燃机实验室完成了几种不同的发动机试验。这些试验导致了发动机和辅助系统的某些修改,使其实用性、运行可靠性和安全性得到提高。在首台样机试验和经验基础上推出了一种全新的第二代气门系统。该系统是与坦佩雷理工大学液力与自动化研究所合作研制的。新的气门装置有两个致动器(原先的系统采用4个),而且发动机机油用作液压流体。高速控制系统重新编程,以充分发挥气门系统可控性的优势。为了产生与产品发动机相似的燃烧室条件,更换了气缸盖和喷射系统。在本文中将介绍该发动机目前的运行状态,其中着重介绍试验发动机的试验结果和运行结果。特别令人感兴趣的是电子-液压气门系统、发动机控制系统和辅助系统。文中将对气门运行数据(诸如开/关点和速度、气门升程、可调气门重叠角和各种运行模式)、增压空气压力和温度限值、燃料喷射系统性能、冷却系统参数以及测量系统与测试仪器逐一进行介绍。另外,还将介绍一维模型的结构,该模型用于许多方面,本文介绍其在支持实验室试验或在设计、评估未来发动机研究工作中具备的优势。     

与曼恩动力设备公司执行总裁面对面

曼恩动力设备公司近期研发成功了两款新型发动机,一款新型双燃料发动机和一款输出功率可以达到5Mw的新型高速发动机。这款双燃料发动机具有燃料适应性好、输出功率大、排放标准高等优点,因此双燃料发动机将是未来的一个发展趋势;而另外一款新型高速发动机D7,由于其输出功率高,可以被广泛的应用在多个领域。     

Mahle公司作为技术示范的小型化发动机——方案、设计和结构

发动机小型化是指减小排量和增压相结合。它使得汽油机完全有可能在获得良好行驶动力性能的同时降低燃油耗和CO2排放量。为了展示创新发动机小型化方案的可能性及其核心技术,Mahle公司开发出一台独具特色的发动机。该发动机排量1．2L,其全负荷性能指标使小型化效果达50％,同时具有将新欧洲行驶循环燃油耗和CO2排放量降低30％的潜力。     

活塞环摩擦学特性在下一代弹性燃料发动机上面临的挑战

目前,随着可再生生物燃料的使用,考虑到从种植、燃料生产到汽车使用的整个生命周期,乙醇在弹性燃料汽车上的应用被认为是低二氧化碳排放的代用方案。在巴西,80％以上的量产汽车都使用弹性燃料。由于乙醇热值较低,为了获得相同的发动机功率,与汽油相比,乙醇的燃烧标定更为激进。这种燃用乙醇时不断增加发动机比功率的需求所产生的机械热负荷对活塞环摩擦学特性是一种挑战。乙醇的使用也带来一些特定的未被明确的摩擦学差异,如燃料稀释润滑油（尤其是在冷起动时）,以及具有腐蚀性的工作环境等。在特定的驾驶条件下,曾观察到氮化钢的第1道活塞环表面剥落等早期失效情况。当采用乙醇运行时,弹性燃料发动机呈现更高的最高燃烧压力,并且该峰值出现在曲轴转角上止点附近。这种状况增加了活塞环的磨损、擦伤的风险及摩擦学上的困难,这些都可能导致氮化层的裂纹及剥落。从摩擦学角度探讨弹性燃料发动机的第1道活塞环性能。讨论了弹性燃料发动机使用乙醇后对第1道活塞环的磨损、擦伤、氮化层剥落及摩擦等特性的影响。用发动机试验来评定耐磨损性和耐剥落性。有关擦伤,进行了环块法摩擦磨损试验,并给出了活塞环的涂层分级。还讨论了第1道活塞环的摩擦特性及对燃油耗的影响。给出了发动机浮动气缸套的试验结果。最后,讨论了克服这些挑战的活塞环技术方案。其中,有改进氮化处理以增加韧性的钢制活塞环,以及应用一种物理汽相沉积涂层,以提高耐磨损性和摩擦特性。介绍了一些摩擦试验台和发动机试验,以支持所讨论的技术方案。发动机试验基于严酷程序,目的是证明或预测弹性燃料发动机燃用乙醇时对性能的影响。     

1996年发动机技术综述

综述了１９９６年世界上若干主要的发动机生产厂家的产品和技术进展。介绍的发动机产品包括柴油机、双燃料和气体燃料发动机，其中柴油机有的可燃用重油，发动机应用领域包括船舶推进、船用辅机、机车牵引以及陆用发电等。在发动机技术方面，介绍了发动机的控制管理系统、燃烧系统以及排放系统的改进和可靠性、耐久性方面的改进情况等。     

燃气发动机的发展现状和未来战略

文章描述了大型高速(额定转速为1200~1800 r/min)、中速(额定转速达1000 r/min)燃气发动机的发展现状及中、短期的发展战略。最近几十年来,用于发电和气体压缩机等固定用途的天然气发动机的数量显著增长。对CO2减排的持续关注以及未来更加严格的NOx排放标准使得燃气发动机在船舶和机车领域同样具有吸引力。为促进燃气发动机的长期发展,需要对功率密度和热效率进一步改进。目前,燃气发动机的平均有效压力(BMEP)已达到具有竞争力的水平,其热效率水平甚至比柴油机更高。燃气发动机能够取得上述改进效果得益于稀薄燃烧原理、米勒气门正时、燃烧系统的逐步开发(如燃烧室几何形状的优化)、压缩比提高等。燃气发动机的性能发展一直面临解决爆震燃烧的难题。为进一步提高平均有效压力和/或热效率,抗爆震性能仍有待改善。米勒循环以及增压空气冷却能够通过降低燃烧温度来抑制爆震的发生。然而这样则需要进气管内有更高的压力。由于单级涡轮增压器的压气机压比受到限制,因此需要应用两级增压以获得较目前更强的米勒定时。另一个重要的方面是发动机耐受峰值燃烧压力的能力。目前,市场上许多燃气发动机的平均有效压力已由10~12 bar提高到20~22 bar,因此它们或许已经接近其峰值燃烧压力的极限。要进一步提高平均有效压力,需要进行大量的设计改进,甚至开发全新的发动机。文章基于AVL公司专有的单缸发动机及仿真方法等燃气发动机的开发经验,阐述了燃气发动机的关键技术和发展现状,分析了其局限性、发展潜力以及对未来燃气发动机的要求。使燃气发动机能够进一步发展的最关键技术是,采用更强的米勒定时并结合两级涡轮增压,同时将峰值燃烧压力提高到250 bar以上。     

Nissan公司车用汽油机的废气净化技术

为了改善大气环境,从20世纪60年代起,汽车废气排放法规日益严格。目前,废气污染物的浓度被要求降至大气中含量的水平。降低汽车废气排放的要点如下：（1）在冷态下降低发动机机外排放;（2）利用发动机起动阶段的高温排气预热催化器;（3）改进催化器性能;（4）改进发动机控制技术。介绍了上述四个方面的相关技术。     

ECU——电子燃料喷射系统的“大脑”

过去，通过采用电子控制，实现了技术产品功能的显著改善和降低了造价，近年来，在所有的技术领域，都越来越多地采用了电子控制，在发动机领域，对其功率，燃油消耗率，排放值，动力特性和总体性能各个方面的要求不断提高，需要功能更强的喷射系统和范围更广泛的发动机管理系统。只有通过采用先进的电子喷射系统，才能达到这个目的，并且在造价方面比较合理。     

低峰值气缸压力高功率柴油机的研究

对1台采用斜顶燃烧室和直气道的高速高功率柴油机进行了试验研究。目标是要在最高气缸压力增幅最小的情况下提高发动机的升功率。市场和社会都期望改善柴油车的驾驶性能,并期待提高发动机的升功率,以减小排量,进而减少二氧化碳排放。当采用会伴随最高气缸压力大幅增加的传统方法来提高升功率时,发动机的质量会增加,摩擦状况会恶化。因此,对提高升功率的新技术进行了试验研究,通过将转速由基准发动机的4000r／min提高到5000r／min,能使最高气缸压力的增幅最小,同时又能使制动平均有效压力保持基准发动机的原有水平。为了确定发动机额定转速增加1000r／min后的进、排气系统技术参数,首先进行了发动机的循环模拟研究。在模拟研究结果的基础上,制造了1台采用斜顶燃烧室和直气道的单缸发动机。这些参数的更改导致了燃烧恶化,并且,总指示平均有效压力比基准发动机的低。分析了试验中燃烧恶化的原因,确定了斜顶燃烧室的形状和能提供更佳燃烧的喷油系统技术规格。然后,按照这些技术参数制造了1台4缸发动机。在5000r／min的额定转速下,测得的升功率为76kW,比基准发动机的高25％以上,同时实现了最高气缸压力和排气温度增幅最小的目标。结果还发现,除了提高额定转速外,提高进气质量流量也是抑制最高气缸压力和排气温度升高的影响因素之一。     

生物柴油对发动机润滑油性能的影响

从分析市场回收的发动机润滑油特性入手,比较了在发动机润滑油中柴油、废弃食用油甲酯等的残留比例。实施发动机耐久试验,并间隔一定时间,对发动机润滑油采样,分析试样的总酸值、总碱值、动黏度,以及对部件的磨损等参数,调查了生物柴油对柴油机润滑油品质及润滑系统零部件的影响。指出发动机燃用脂肪酸甲酯（FAME）或FAME混合柴油时,会对发动机润滑油及润滑系统零部件产生较大的影响。’     

意大利Isotta Fraschini公司的新型机车发动机

意大利的发动机制造商Isotta Fraschini最近宣布，公司的1300系列发动机已经应用于海运、工业，并将很快应用于铁路牵引机车。该公司的产品过去也在铁路上得到过应用，公司的l700系列发动机功率范围从700～2600kW。而1300系列包括220～880kW的动力拖架，包括6缸和8缸或12缸的VEE规格器件。首先应用的是6缸发动机L1306F60，接着应用了12缸的700kW成熟的型号。这些发动机的进一步开发使得现有的通用铁路燃油发动机，     

燃气涡轮发动机的效率

为保持铁路的高竞争力和投资吸引力,需要对机车的动力装置进行持续的完善,其中首先必须要减少燃油消耗以满足生态安全的远景要求。分析了燃气涡轮发动机在效率和外形尺寸等方面的优劣势,提出采用复合式自由活塞发动机来作为机车远景动力装置。     

发动机行业的全球领导者——珀金斯——访珀金斯发动机公司营销及销售总经理雷岸诺

英国珀金斯（Perkins）发动机公司是一家享誉世界的发动机制造公司。1932年,企业家兼工程师弗兰克·珀金斯推出高速柴油机概念,并在英国彼得伯勒生产了第一台珀金斯柴油发动机,从此,珀金斯柴油发动机创新发展如野火燎原。目前年产发动机近40万台,