0.4 内燃机的发展趋势

内燃机的发明，至今已有100多年的历史。如果把蒸汽机的发明认为是第一次动力革命，那么内燃机的问世当之无愧是第二次动力革命。因为它不仅是动力史上的一次大飞跃，而且其应用范围之广、数量之多也是当今任何一种别的动力机械无与伦比的。随着科技的发展，内燃机在经济性、动力性、可靠性等诸多方面取得了惊人的进步，为人类做出了巨大贡献。蒸汽机从初创到完成花去了一个世纪的时间，从完成到极盛又走了一个世纪，从极盛到衰落大约也是一个世纪。内燃机的发明同样也经历了一个世纪的历程，如今的内燃机已进入极盛时期，新时期内燃机的发展呈现如下几个趋势。

1．内燃机增压技术

从内燃机重要参数（压力、温度、转速）的发展规律来看，可以发现这三个参数在1900年以前随着年代的推移提高得很快。而在1900年以后，尤其是1950年以后，温度、转速提高变慢，而平均有效压力随着年代的增加仍直线上升。实践证明：提高平均有效压力可以大幅度地提高效率，减轻质量。而提高平均有效压力的技术就是提高增压度。如柴油机增压可大幅度地缩小柴油机进气管尺寸，并使汽缸有足够大的充气效率用于提高柴油机的功率，使之能在一个宽广的转速范围内既提高功率又有大的扭矩。一台增压中冷柴油机可以使功率成倍提高，而造价仅提高15%～30%，即每马力造价可平均降低40%。所以增压、高增压、超高增压是当前内燃机重要的发展方向之一。但是这只是问题的一个方面，另一个方面发动机强化和超强化会给零部件带来过大的机械负荷和热负荷，特别是热负荷问题已成为发动机进一步强化的限制；再就是单级高效率、高压比压气机也限制了增压技术的进一步发展，因此，并非增压度越高越好。

2．内燃机电子控制技术

内燃机电子控制技术产生于20世纪60年代后期，通过70年代的发展，到80年代已趋于成熟。随着电子技术的进一步发展，内燃机电子控制技术将会承担更加重要的任务，其控制面会更宽，控制精度会更高，智能化水平也会更高。诸如燃烧室容积和形状变化的控制、压缩比变化控制、工作状态的机械磨损检测控制等较大难度的内燃机控制将成为现实并得到广泛应用。内燃机电子控制是由单独控制向综合、集中控制方向发展，是由控制的低效率及低精度向控制的高效率及高精度发展的。随着人类进入电子时代，21世纪的内燃机也将步入“内燃机电子时代”，其发展情况将与高速发展的电子技术相适应。内燃机电子控制技术是内燃机适应社会发展需求的主要技术依托，也是内燃机保持21 世纪辉煌的重要影响因素。

3．内燃机材料技术

内燃机使用的传统材料是钢、铸铁和有色金属及其合金。在内燃机发展过程中，人们不断对其经济性、动力性、排放等提出了更高的要求，从而对内燃机材料的要求相应提高。根据内燃机今后的发展目标，对内燃机材料的要求主要集中在绝热性、耐热性、耐磨性、减摩性、耐腐蚀性及热膨胀小、质量轻等方面。要促进内燃机材料的发展，除采用改变材料化学成分与含量来达到零部件所要求的物理、机械性能这一常规方法外，也可采用表面强化工艺来使材料达到所需的要求，但内燃机材料的发展更需要人们去开发适应不同工作状态的新材料。与内燃机传统材料相比，陶瓷材料具有无可比拟的绝热性和耐热性，陶瓷材料和工程塑料（如纤维增强塑料）具有比传统材料优越的减摩性、耐磨性和耐腐蚀性，其比重与铝合金不相上下而又比钢和铸铁轻得多。因此，陶瓷材料（高性能陶瓷）凭借其优良的综合性能，可用在许多内燃机零件上，如喷油点火零件、燃烧室、活塞顶等，若能克服脆性、成本等方面的弱点，在21世纪里将会得到广泛应用。工程塑料也可用于许多内燃机零件，如内燃机上的各种罩盖、活塞裙部、正时齿轮、推杆等，随着工艺水平的提高及价格的降低，未来工程塑料在内燃机上的应用将会与日俱增。综合内燃机的各种材料，为扬长避短，在新材料的基础上又开发出了以金属、塑料或陶瓷为基材的各种复合材料，并开始在内燃机上逐渐推广使用。

在21世纪的一段时期内，钢、铸铁和有色金属及其合金，仍将是内燃机的主要材料。各种表面强化工艺将更加先进，并得到广泛应用。以金属、塑料、陶瓷为基材的各种复合材料将在10年之后进入惊人的高速推广时期，新材料在内燃机上的使用也将同时加速。

4．内燃机制造技术

内燃机的发展水平取决于其零部件的发展水平，而内燃机零部件的发展水平是由生产制造技术等因素来决定的。也就是说，内燃机零部件的制造技术水平，对主机的性能、寿命及可靠性有决定性的影响。同样制造技术与设备的关系也是密不可分的，每当新一代设备或工艺材料研制成功，都会给制造技术的革新带来突破性的进展。进入21世纪后，科学技术的发展会异常迅猛，新设备的研制周期将越来越短，因此新世纪内燃机制造技术必将形成迅速发展的局面。

由于铸造技术水平的提高，气冲造型、静压造型、树脂自硬砂造型制芯、消失模铸造，使内燃机铸造的主要零件如机体、缸盖可以制成形状复杂曲面及箱型结构的薄壁铸件。这不仅在很大程度上提高了机体刚度，降低了噪声辐射，而且使内燃机达到轻量化。由于喷涂、重熔、烧结、堆焊、电化学加工、激光加工等局部表面强化技术的进步，使材料性能得到完善发挥；由于设备水平提高，加工制造技术向高精度、高效率、自动化方向发展，带动了内燃机零部件生产向高集中化程度发展。另一方面，柔性制造技术的推广，使内燃机产品更新换代具有更大的灵活性和适应性。多品种小批量生产的柔性制造系统引起了内燃机制造商们的广泛认同，也顺应了生产技术发展及市场形势的变化。电子技术及计算机在设计、制造、试验、检测、工艺过程控制上的应用，推动了行业的技术进步，提高了内燃机的产品质量。新材料的发展也推动了内燃机零部件生产工艺的变革，特别是工程塑料、陶瓷材料及复合材料在内燃机上的运用，有力地促进了内燃机制造技术的发展。随着内燃机电控技术的发展，电控系统三大组成部分（传感器、执行器、控制单元）将成为内燃机零部件行业的重要分支，同时向传统的内燃机制造业提出了新的课题。

由此可以推断，21世纪内燃机制造技术将向高精度、多元化方面飞速发展。它的发展速度和方向不仅关系到内燃机的质量，还直接对内燃机的未来产生重大影响。就其产品技术进步快慢而言，汽车内燃机发展最快，其次是机车、船舶、发电机组、工程机械、农业机械等。

5．内燃机代用燃料

由于世界石油危机和发动机尾气对环境的污染日益严重，内燃机技术的研究转向高效节能及开发利用洁净的代用燃料。以汽油机和柴油机为基础进行改造或重新设计，开发以天然气、液化石油气和氢气等为燃料的气体发动机为目前和今后一段时间内内燃机技术的重点之一。其中气体发动机的功率恢复技术和氢气发动机的燃烧控制等是其中的重中之重。