내연 기관의 에너지 절약 방법

물론 내연 기관에도 많은 단점이 있는데, 주로 연료에 대한 요구가 높아서 열등한 연료와 고체 연료를 직접 태울 수 없다는 것이다. 간헐적인 환기와 제조난으로 인해 독립 실행형 전력 상승이 제한되어 있다. 현대 내연기관의 최대 전력은 일반적으로 4 만 킬로와트 미만이며, 증기기관의 단독전력은 수십만 킬로와트에 달할 수 있다. 내연 기관은 뒤집을 수 없습니다. 내연 기관의 소음과 배기가스 중의 유해 성분은 특히 환경을 오염시킨다. 내연 기관의 최근 100 년 동안의 발전사는 끊임없는 혁신과 도전으로 이러한 단점을 극복한 역사라고 할 수 있다.

내연기관의 발전은 약 1 세기 반세기의 역사를 가지고 있다. 다른 과학과 마찬가지로 내연 기관의 모든 발전은 인간 생산 실무 경험의 총결산과 개괄이다. 내연 기관의 발명은 피스톤 증기기관의 연구와 개선으로 시작되었다. 발전사에서 독일의 오토와 디젤을 특별히 언급해야 한다. 바로 그들이 선배들의 무수한 실천 경험을 총결하는 기초 위에서 내연 기관의 작업순환에 완벽한 오토 순환과 디셀 순환을 제시하여 수십 년 동안 수많은 사람들의 실천과 창조활동을 과학적으로 총결하여 질적인 도약을 하게 하였다. (윌리엄 셰익스피어, 템플린, 과학명언) (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 과학명언) 그들은 전인의 피상적이고 순수한 경험과 무질서한 경험을 계승, 발전, 총결 및 향상시켰다.

왕복동 피스톤 내연 기관

왕복피스톤 내연 기관의 종류는 다양하며, 주요 분류 방법은 휘발유 엔진, 디젤 엔진, 등유 엔진, 가스 엔진 (각종 가스 내연 기관 포함) 등으로 나뉜다. 각 작업 주기의 스트로크 수에 따라 4 스트로크와 2 스트로크로 나뉩니다. 점화 방식에 따라 점화식과 압연식으로 나눌 수 있습니다. 냉각 방법에 따라 수냉식 및 풍냉으로 구분됩니다. 실린더 배열 형식에 따라 직열, V 형, 반대 및 별 모양으로 나뉩니다. 항아리 수에 따라 단일 실린더 내연 기관과 다중 실린더 내연 기관으로 나눌 수 있습니다. 내연 기관의 용도에 따라 자동차, 농용, 기관차용, 선박용, 고정용 등으로 나뉜다. 이 글은 주로 가스 엔진, 휘발유 엔진, 디젤기관의 발전을 소개합니다.

최초의 내연 기관-가스 엔진

최초의 내연기관은 가스를 연료로 하는 가스 엔진이다. 1860 년 프랑스 발명가 레오넬은 최초의 실용적인 내연 기관 (단일 실린더, 2 행정, 비압축, 전기 점화 가스 엔진, 출력 전력 0.74- 1.47 kW, 회전 속도/KLOC 프랑스 엔지니어인 드로차는 내연 기관의 열효율을 극대화하기 위해서는 항아리당 부피의 냉각 면적을 최소화하고 피스톤을 최대한 빨리 팽창하고 범위 (스트로크) 를 최대한 길게 확장해야 한다는 것을 깨달았다. 이를 바탕으로 그는 1862 에서 유명한 정용연소 4 행정 사이클 (흡기, 압축, 연소 팽창, 배기) 을 제안했다.

1876 년 독일인 오토는 최초의 4 행정 왕복동 피스톤 내연 기관 (단일 실린더, 수평, 가스를 연료로, 약 2.2 1KW,180R/MW 이 엔진에서, 오토는 비륜을 증가시켜 원활한 작동을 하고, 공기 흡입구를 늘리고, 실린더 헤드를 개선하여 혼합가스를 충분히 성형시켰다. 이것은 매우 성공적인 엔진이며, 열효율은 당시 증기기관의 두 배였다. 오토는 내연, 압축 가스, 4 행정 3 대 핵심 기술 사상을 통합하여 이 내연 기관이 고효율, 소형, 경량, 전력 등 다양한 장점을 갖추게 했다. 1878 파리 엑스포에서' 와트 이후 동력기의 가장 위대한 업적' 으로 꼽힌다. 정용연소의 4 행정 주기는 오토순환에 의해 실현되는데, 오토순환이라고도 한다.

가스 엔진이 증기기관보다 큰 장점이 있지만 사회화 대생산의 경우 고속과 경량의 요구를 충족시킬 수 없다. 가스를 연료로 사용하기 때문에 거대한 가스 발생기와 배관 시스템이 필요합니다. 그리고 가스 발열량이 낮기 때문에 (약1.75 ×107 ~ 2.09 ×107j/M3) 가스 기계 속도가 느리고 전력보다 작다. 19 세기 후반까지 석유공업이 부상하면서 천연가스를 연료로 대체하는 것이 필연적인 추세다.

휘발유 엔진의 출현

1883 년에 다임러와 마이바흐는 최초의 4 행정 왕복동 휘발유 엔진을 만들었다. 이 엔진에는 마이바흐가 설계한 기화기가 설치되어 백열등관으로 점화 문제를 해결했다. 이전에 내연기관의 회전 속도는 200 회전/분을 넘지 않았지만 다임러의 휘발유 엔진 회전 속도는 800- 1000 회전/점으로 뛰어올랐다. 전력이 크고, 무게가 가벼우며, 부피가 작고, 회전 속도가 빠르며, 효율이 뛰어나 운송에 특히 적합하다. 동시에, 벤츠는 점화 장치와 수냉식 냉각기를 성공적으로 개발하여 여전히 사용하고 있다.

19 세기 말까지 주요 중앙 피스톤 내연기관은 보편적으로 실용단계에 들어가 곧 강한 생명력을 보였다. 내연기관은 광범위한 응용에서 끊임없이 개선되고 혁신하여, 지금까지 이미 비교적 높은 기술 수준에 이르렀다. 이렇게 긴 발전사에서 획기적인 의미를 지닌 두 가지 중요한 발전 단계가 있다. 하나는 엔진에 증압 기술을 광범위하게 적용하는 것이다. 그런 다음 1970 년대 이후 엔진 개발에 전자 기술과 컴퓨터를 적용했는데, 이 두 가지 발전 추세는 여전히 우세하다.

우선, 이번 세기 휘발유 엔진의 발전을 살펴봅시다. 자동차와 항공기 공업의 추진으로 휘발유 엔진이 크게 발전하였다. 휘발유 엔진의 전력, 열효율, 동력비, 기름 소비를 줄이는 과정에 따라 휘발유 엔진의 발전은 4 단계로 나눌 수 있다.

첫 번째 단계는 금세기 20 년 전, 운송 요구를 충족시키기 위해 주로 전력과 비동력을 올리는 것이다. 취해진 주요 기술 조치는 회전 속도를 높이고, 항아리 수를 늘리고, 그에 상응하는 보조 장치를 개선하는 것이다. 이 기간 동안 회전 속도는 지난 세기의 500-800 회전/분점에서 1000- 1500 회전/분점으로, 비전력은 3.68W/Kg 에서 44/Kloc 로 높아졌다.

2 단계, 1920 년대에는 휘발유 엔진의 폭진 연소 문제를 주로 해결했다. 당시 휘발유 엔진 압축비가 4 에 이르렀을 때 휘발유 엔진이 폭발했다. 미국 제너럴모터스 연구실의 미구엘 (Miguel) 과 보이드 (Boyd) 는 휘발유에 소량의 테트라 에틸 알루미늄을 첨가하여 산소와 휘발유를 방해하는 분자가 정상 과정을 결합해 압축비를 4 에서 8 로 높여 휘발유 엔진의 전력과 열효율을 크게 높였다. 당시 휘발유 엔진 전력과 열효율에 심각한 영향을 준 또 다른 요인은 연소실의 모양과 구조였다. 영국의 리카투와 그의 협력자들은 각종 연소실과 연소 원리를 연구하여 연소실을 개선하여 휘발유 엔진의 전력을 20% 높였다.

세 번째 단계는 1920 년대 말부터 1940 년대 초까지 주로 휘발유 엔진에 과급기를 장착한 것이다. 배기가스 터빈 증압은 공기압력을 1.4- 1.6 개의 기압으로 높일 수 있으며, 이는 휘발유 엔진의 전력과 열효율을 높이기 위한 새로운 방법을 열어줍니다. 그러나, 그것의 진정한 광범위하게 응용된 것은 1950 년대 후반에 보급된 것이다.

4 단계, 1950 년대부터 현재까지 휘발유 엔진 기술이 극치로 발전한 후에야 원리상의 중대한 변화가 나타났다. 그것의 구조는 점점 더 치밀해지고, 회전 속도는 갈수록 높아진다. 그 기술적 상태는 실린더 내 분사입니다. 다중 밸브 기술 흡기 롤러 흐름, 얇은 층 연소; 전자제어 점화 타이밍, 휘발유 분사, 작업 조건에 따른 공연비 정밀 제어 등 포괄적인 전자엔진 관리 재활용, 삼원 촉매 및 기타 배기 가스 정화 기술. 최근 몇 년 동안 연구 개발에 성공하여 생산한 항아리 내 직사층 흡기 희박 휘발유 엔진 (GDI) 에 구체적으로 반영되었다.

그러나 1970 년대 이후 엔진에 전자 기술이 적용됨에 따라 내연 기관 기술 향상을 위한 조건을 제공하고 배출, 에너지 절약, 신뢰성, 편안함 등에 대한 세계 각국의 요구를 거의 충족시켰다. 내연 기관의 전자 제어에는 이제 전자 연료 분사, 전자 점화, 유휴 속도 제어, 배출 제어, 흡기 제어, 증압 제어, 경보 힌트, 자체 진단, 고장 보호 등의 여러 측면이 포함됩니다.

마찬가지로 내연 기관 전자 제어 기술의 발전은 크게 네 단계로 나눌 수 있다.

1. 독립적으로 제어되는 내연 기관 부품 또는 부분 시스템 (예: 전자 오일 펌프 및 전자 점화 장치).

2. 단일 내연 기관 시스템 또는 여러 관련 시스템 (예: 연료 공급 시스템 제어 및 최적의 공연비 제어) 에 대한 독립적 제어

3. 내연 기관 전체의 통합 지능 제어 (예: 내연 기관의 전자 제어 시스템)

4. 장치 및 내연 기관 동력의 중앙 집중식 전자 제어 (예: 자동차, 선박, 발전기 세트의 중앙 집중식 전자 제어 시스템).

전자 제어 시스템은 일반적으로 센서, 실행기 및 컨트롤러의 세 부분으로 구성됩니다. 이렇게 하면 다양한 기능과 용도를 가진 다양한 제어 시스템이 형성됩니다. 。 주요 목표는 엔진 작동 매개변수의 최적 값을 유지하여 엔진 전력, 연료 소비 및 배출 성능의 최적 균형을 찾고 작동 조건을 모니터링하는 것입니다. 예를 들어 카터빌러의 3406PEPC 시스템은 3406 디젤 엔진에 가변 프로그램을 도입한 엔진 제어 시스템으로, 전자 속도 조절 기능, 공연비 전자제어로 연료 분사 진각을 항상 최적의 값으로 유지한다. 미국 Stanaclyne 은 DB 분배 펌프를 PFP 시스템이라고 하는 전자 연료 분사 펌프로 변경했으며, 스테퍼 모터를 실행 기관으로 사용하여 연료 분사량과 연료 분사 타이밍을 제어합니다.

디젤 엔진-내연 기관 가족의 또 다른 스타

디젤 엔진과 휘발유 엔진은 거의 동시에 발전하는데, 그것들은 많은 유사점이 있다. 그래서 디젤기관의 발전과 휘발유 엔진은 많은 유사점이 있다. 내연 기관의 전체 발전사에서 그것들은 서로 촉진된다고 할 수 있다.

독일의 Diesel 박사는 1892 년 압축 압축기의 기술 특허를 획득하여 1897 년에 최초의 압축 디젤 엔진을 제조했다.

디젤 엔진의 높은 압축비는 많은 이점을 제공합니다.

1, 기화기와 점화 장치를 없애고 열효율을 높일 뿐만 아니라 휘발유보다 훨씬 싼 디젤을 연료로 사용할 수 있다.

2. 디젤 엔진은 압축비가 높기 때문에 최대 전력점과 단위 전력에서 연료 소비가 적다. 현대의 우수한 엔진 중 디젤 엔진의 기름 소비는 휘발유 엔진의 70% 정도이다. 특히 승용차처럼, 일반적으로 부분 부하로 운행하고, 기름 소비는 휘발유 엔진의 약 60% 정도이다. 디젤 엔진은 현재 열효율이 가장 높은 내연 기관이다.

3. 디젤 엔진은 압축비가 높고 엔진이 강하기 때문에 내구성이 뛰어납니다.

동시에, 높은 압축비도 단점을 야기합니다.

1, 디젤 엔진 구조 중량. 일반적으로 디젤의 단위 전력 품질은 휘발유 엔진의 약 1.5 ~ 3 배입니다. 디젤 엔진 압축비가 높고 폭발 압력도 높아 휘발유 엔진 (증압 없음) 의 1.5 배에 달할 수 있다. 고온 고압을 견디기 위해서는 견고한 구조가 필요하다. 따라서 디젤 엔진은 처음에 고정식 엔진으로 사용되었다.

2. 같은 변위로 디젤 엔진 출력력은 휘발유 엔진의 1/3 정도입니다. 디젤기관은 연료를 실린더에 직접 분사하기 때문에 공기를 충분히 이용할 수 없어 그에 상응하는 동력 출력이 낮다. 휘발유 엔진의 공기 이용률이 100% 라면 디젤기관은 80 ~ 90% 에 불과하다. 디젤기관의 전력 출력이 낮은 또 다른 이유는 압축비가 높고 엔진의 마찰 손실이 휘발유 엔진보다 크기 때문이다. 이런 마찰 손실은 회전 속도에 정비례하며 회전 속도를 높여 동력을 늘릴 것을 기대하지 않는다. 최고 속도의 휘발유 엔진은 분당 10000 회 이상 작동할 수 있지만 (예: 레이싱 엔진), 최고 속도의 디젤 엔진은 5000r/min 에 불과하다.

최근 100 년 동안 디젤기관의 열효율은 거의 80%, 전력보다 몇 배, 공기이용률은 90% 에 달했다. 오늘날 디젤 엔진의 기술 수준은 다음과 같습니다: 우수한 연소 시스템; 4 밸브 기술 사용 초고압 주사 과급기 및 가압 인터쿨러; 제어 가능한 배기 가스 재순환 및 산화 촉매; 소음을 줄이는 이중 스프링 인젝터: 전자엔진 관리 등. 차세대 디젤 엔진에 반영된 특징은 전기제어공궤 연료 분사 시스템을 채택한 것이다. 현재 일본의 Nippondeno (ECDU2), 독일의 Bosch (ZECCEL), 미국의 Caterpilla (HELII) 는 * * * 궤도 전기 연료 분사 시스템을 연구하고 생산하는 주요 회사입니다.

디젤 엔진에 가압 기술을 적용하는 것은 휘발유 엔진보다 늦다. 일찍이 1920 년대에 공기를 압축하여 흡기 밀도를 높인다는 견해가 제기되었다. 1926 년까지 스위스인 A.J. 박옥새는 처음으로 배기가스 터빈 증압기가 있는 증압엔진을 설계했다. 당시 기술 수준, 공예, 재료의 제한으로 성능이 좋은 터빈 증압기를 만들기가 어려웠다. 또한 제 2 차 세계대전의 영향으로 증압 기술의 연구와 응용은 전쟁이 끝날 때까지 중시되지 않았다. 1950 증압 기술이 디젤 엔진에 사용되어 시장에 제품으로 공급되기 시작했다.

1950 년대 증압 정도는 50% 안팎이었고, 4 행정 엔진의 평균 유효 압력은 0.7 ~ 0.8mpa 정도로 낮은 기술 수준에 있었다. 앞으로 20 년 동안 증압 기술은 급속히 발전하고 광범위하게 응용되었다.

70 년대 증압도가 200% 이상에 달했고, 공식적으로 상품으로 제공되는 디젤기관의 평균 유효 압력, 4 행정 엔진은 2.0MPa 이상, 2 행정 엔진은 1.3 MPa 에 달하며, 중냉을 광범위하게 채택하여 디젤기관을 더욱 효율적으로 (>: 2.0MPa) 4 행정 기계를 실용화했다 1 단 증압비는 5 에 가까우며 2 단 증압과 초고압 시스템을 개발했다. 50 년대 초 증압 기술을 도입한 엔진의 기술 수준에 비해 최근 30 년 동안 놀라운 발전이 있었다.

1980 년대에 이러한 발전 추세는 여전히 유지되었다. 흡기 및 배기 시스템의 최적 설계는 팽창 효율을 높이고 배기 에너지를 최대한 활용하여 공진 흡기 시스템 및 MPC 증압 시스템을 생성합니다. 가변 터빈 기하학은 단단 터빈 증압비를 5 이상 높인다. 초고압 시스템을 사용하면 압력비가 10 이상에 이를 수 있고 엔진의 압축비는 6 이하로 떨어질 수 있으며 엔진의 동력 출력은 2 ~ 3 배 증가할 수 있습니다. 2 단 터보 증압 시스템 결합 동력 터빈으로 발전하다. 보시다시피, 고, 초고압 효과는 상당히 인상적이어서 엔진의 성능을 완전히 새로운 수준으로 끌어올렸습니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언)

회전식 내연 기관

증기 기관의 발전사에서 왕복피스톤 증기기관에서 증기 터빈으로의 진화를 거쳤다. 이것은 내연 기관의 발전에 매우 영감을 주었다. 왕복동 내연기관의 운동은 크랭크 축 연결기구나 캠 매커니즘, 스윙 매커니즘, 스윙 암 매커니즘을 통해 동력 출력축의 회전으로 전환되어 매커니즘을 복잡하게 할 뿐만 아니라 회전 매커니즘의 마찰 손실로 인해 기계적 효율을 떨어뜨립니다. 또한 크랭크 링크 매커니즘의 왕복 관성력은 피스톤 그룹의 왕복 운동으로 인해 발생하며 회전 속도의 제곱에 비례합니다. 회전 속도가 증가함에 따라 베어링의 관성 하중이 크게 증가하여 관성력의 불균형으로 인해 강한 진동이 발생합니다. 또한 왕복동 내연 기관은 복잡한 밸브 제어 메커니즘을 갖추고 있습니다. 그래서 사람들은 공작 기계의 운동 형태가 대부분 축의 회전이기 때문에 왕복피스톤 증기기관을 따라 증기 터빈으로 가는 경로를 따라 열을 직접 축의 회전으로 바꿀 수 있을까? 그래서 사람들은 이 분야에 대한 탐구를 시작했습니다.

가스 터빈

1873 년에 브라튼은 정전압 연소 엔진을 만들었다. 이런 기계는 기체가 기압까지 충분히 팽창하여 생기는 동력을 제공할 수 있다. 20 세기 초, 프랑스 회사인 BeneArmangaud 는 브래튼 순환 원리를 적용하여 가스 터빈을 만드는 데 성공했다. 그러나 당시의 제약으로 열효율이 낮아 개발할 수 없었다.

1930 년대에는 공기역학, 고온합금 재료, 냉각 시스템의 발전으로 가스 터빈이 실제 사용에 투입되기 시작했다. 가스 터빈은 내연 기관이지만 왕복식 내연 기관처럼 폐쇄된 공간과 제한된 시간 내에 연소해야 하는 제한이 없기 때문에 휘발유 엔진처럼 우려되는 폭진은 발생하지 않으며 디젤 엔진처럼 마찰 손실에 의해 제한되는 경우는 거의 없습니다. 또한 연료 연소로 인한 가스가 잎바퀴의 회전을 직접 유도하기 때문에 구조가 간단하고 (피스톤 내연 기관에 비해 1/6 정도밖에 안 됨), 무게가 가볍고, 부피가 작고, 운영비용이 낮으며, 각종 연료를 사용하기 쉽고, 고장이 적다. 가스 터빈에는 수명이 짧고, 비용이 많이 들고, 오염물 (주로 질소화합물) 과 같은 단점이 있지만, 가스 터빈은 여전히 비행기, 선박, 발전소, 기관차에만 적용된다. 하지만 브라튼 사이클의 장점과 가스 터빈이 연료에 대한 제한이 적기 때문에 현재와 미래의 사람들이 연구에 주력하는 동력 기술 중 하나다. 터빈 수입 온도를 초과하면 열효율이 크게 높아져 다른 단점을 극복하면 가스 터빈이 휘발유와 디젤 엔진을 대체할 것으로 예상된다.

피스톤 엔진을 돌리다

사람들은 회전식 엔진 제조에 주력해 왕복 엔진의 고유한 복잡성을 피하는 것을 목표로 하고 있다. 19 10 년 전, 2000 여 종의 회전자 엔진이 제시되었다. 20 세기 초에 많은 사람들이 서로 다른 방안을 제시했지만, 대부분 구조가 복잡하거나 실린더 밀봉 문제를 해결할 수 없었기 때문에 실현되지 못했다. 1954 년까지 독일인 FelixWankel 은 오랜 연구 끝에 실린더 밀봉의 핵심 기술을 돌파했고, 장단 회전 실린더 삼각형 회전 피스톤 엔진이 처음으로 성공적으로 작동했다. 회전자는 한 바퀴마다 흡기, 압축, 연소 팽창, 배기 과정을 실현하여 오토의 순환에 따라 운행할 수 있다. 1962 삼각 회전자 엔진은 선박동력으로, 80 년대 일본 동양공업사에서 자동차 엔진으로 사용되었다.

회전식 엔진은 다음과 같은 여러 가지 장점을 가지고 있습니다.

1, 크랭크 커넥팅로드 메커니즘, 밸브 메커니즘 등을 취소합니다. , 그리고 고속을 달성합니다.

2. 무게가 가볍고 (왕복동 내연 기관보다 1/2 ~ 1/3 낮음), 구조와 조작이 간단합니다 (부품이 왕복동 내연 기관보다 40% 적고 부피가 왕복동 내연 기관보다 50% 작음).

3. 배기가스 오염도 개선되었다. 예를 들면 질소산소화합물 생산량 감소가 있다.

하지만 회전자 엔진도 심각한 단점이 있습니다.

1,,. 이런 구조적 밀봉 성능은 좋지 않아, 지금까지는 저압축비 휘발유 엔진으로만 사용할 수 있다.

2. 고속으로 인한 저토크로 경제의 연소 과정을 조직하기 어렵다.

3. 장축 사이클로이드 가공을 위한 전용 공작 기계의 수명이 짧고 안정성이 낮으며 구조가 복잡한 문제.

내연 기관의 발전 추세

내연 기관의 발명은 이미 100 여 년의 역사를 가지고 있다. 증기기관의 발명이 첫 번째 동력혁명이라면 내연기관의 출현은 제 2 차 동력혁명이라고 할 수 있다. 왜냐하면 그것은 동력사의 큰 도약일 뿐만 아니라, 그 응용범위가 광범위하고 수량이 많기 때문에, 오늘날 어떤 다른 동력기계와도 비교할 수 없는 것이다. (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 원동력, 원동력, 원동력, 원동력, 원동력, 원동력) 과학기술이 발달하면서 내연기관은 경제성, 동력성, 신뢰성 방면에서 놀라운 발전을 이룩하여 인류에게 큰 공헌을 하였다. 증기기관은 시동에서 완성까지 한 세기가 걸렸고, 완성에서 정상에 도달하는 데 또 한 세기가 걸렸고, 쇠퇴까지 약 한 세기가 걸렸다. 내연 기관의 발명도 한 세기를 거쳤다. 그 이후로 인류는 한 세기 더 전진했다. 내연 기관은 현재 전성기에 접어들었다고 할 수 있다. 오늘날, 세기의 교분에, 우리는 내연 기관의 미래에 관심을 가지고 있다. 사람들은 관망하면서 내연기관이 새로운 세기에 휘황찬란함을 창조할 수 있기를 바란다. 여기서 나는 너에게 신세기 내연기관의 발전 추세를 보여 줄 것이다.

내연 기관 터보 차저 기술

내연 기관의 중요한 매개변수 (압력, 온도, 회전 속도) 의 발전 법칙에 따르면 1900 이전에 이 세 가지 매개변수는 시간이 지남에 따라 빠르게 증가한다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 1900 이후, 특히 1950 이후 온도와 회전 속도의 상승 속도가 느려지고 평균 유효 압력은 여전히 나이 증가에 따라 선형적으로 상승한다. 실천은 평균 유효 압력을 높이면 효율을 크게 높이고 품질을 낮출 수 있다는 것을 증명했다. 평균 유효 압력을 높이는 기술은 증압의 정도를 높이는 것이다. 예를 들어, 디젤 엔진 증압은 디젤 엔진 흡기 기관의 크기를 크게 줄여 실린더가 충분한 팽창 효율을 가지고 디젤 엔진의 동력을 높일 수 있도록 하여 동력을 높이고 넓은 회전 속도 범위 내에서 큰 토크를 가질 수 있다. 증압 중냉디젤기관 한 대는 전력이 두 배로 증가할 수 있지만 비용은 15% ~ 30% 만 증가한다. 즉 평균 마력당 비용은 40% 감소할 수 있다. 따라서 증압, 고증압, 초고압은 현재 내연기관의 중요한 발전 방향 중 하나이다. 그러나 이것은 문제의 한 측면일 뿐이다. 한편, 엔진 강화와 초강화는 부품에 과도한 기계적 하중과 열 하중을 가져올 수 있으며, 특히 열 부하 문제는 엔진의 추가 강화에 한계가 되었습니다. 또한 고효율, 높은 증압비의 단급 압축기도 증압 기술의 진일보한 발전을 제한하므로 증압 정도가 높을수록 좋다.

내연 기관 전자 제어 기술

내연 기관 전기 제어 기술은 60 년대 말, 70 년대에 발전하여 80 년대에 성숙했다. 전자기술이 한층 발전함에 따라 내연 기관 전자제어 기술은 더 중요한 임무를 맡을 것이며, 통제면이 더 넓어지고, 제어 정확도가 높아지고, 지능화 수준이 높아진다. 내연 기관의 제어 (예: 연소실의 용적 및 모양 변화 제어, 압축비 변화 제어, 작동 상태에서 기계적 마모 감지 제어) 가 현실화되고 광범위하게 적용됩니다. 내연기관의 전자제어는 단독 통제에서 종합중앙통제로 발전하고 있으며, 비효율적이고 정확도가 낮은 통제에서 고효율, 정확도가 높은 통제로 발전하고 있다. 인류가 전자시대에 접어들면서 2 1 세기의 내연기관도' 내연기관 전자시대' 에 진입하게 되며, 그 발전은 전자기술의 급속한 발전에 적응할 것이다. 내연기관 전기 제어 기술은 내연기관이 사회 발전에 적응하는 데 필요한 주요 기술 지지이자 내연기관이 2 1 세기에 휘황찬란함을 유지하는 중요한 영향 요인이다.

내연 기관 재료 기술

내연기관에서 사용하는 전통 재료는 강철, 주철, 유색금속 및 그 합금이다. 내연기관의 발전 과정에서 경제, 동력, 배출성에 대한 요구가 높아지면서 내연기관 재료에 대한 요구도 높아지고 있다. 내연기관의 미래 발전 목표에 따르면 내연기관 재료에 대한 요구는 주로 단열, 내열, 내마모, 마찰 감소, 내식성, 열팽창이 적고 무게가 가벼운 방면에 집중되어 있다. 내연 기관 재료의 발전을 촉진하기 위해 부품의 물리적 기계적 성능을 달성하기 위해 재료의 화학 성분과 함량을 변경하는 일반적인 방법 외에도 표면 강화 기술을 사용하여 필요한 요구 사항을 충족시킬 수 있지만 내연 기관 재료의 개발은 다른 작업 조건에 적합한 새로운 재료를 개발해야합니다. 내연기관의 전통 소재에 비해 세라믹 소재는 비교할 수 없는 단열과 내열성을 가지고 있으며, 세라믹 소재와 엔지니어링 플라스틱 (예: 섬유 강화 플라스틱) 은 우수한 마찰 감소, 내마모 및 내식성을 갖추고 있으며 알루미늄 합금과 비슷하지만 강철 및 주철보다 훨씬 가볍습니다. 따라서 세라믹 재질 (고성능 세라믹) 은 스프레이 및 점화 부품, 연소실, 피스톤 상단 등과 같은 많은 내연 기관 부품에 사용할 수 있습니다. 바삭함과 비용의 약점을 극복할 수 있다면 새로운 세기에 광범위하게 응용될 것이다. 엔지니어링 플라스틱은 다양한 덮개, 피스톤 스커트, 타이밍 기어, 퍼터 등과 같은 많은 내연 기관 부품에도 사용할 수 있습니다. 기술 수준이 높아지고 가격이 낮아짐에 따라 향후 내연기관에서 엔지니어링 플라스틱의 응용이 날로 증가할 것이다. 내연 기관의 각종 재료와 결합하여 장점을 살리고 단점을 피하기 위해 새로운 재료를 기초로 금속, 플라스틱, 세라믹을 기반으로 하는 각종 복합 재료를 발전시켜 내연기관에서 점차 보급하고 있다.

새로운 세기를 내다보면 강철 주철 유색금속 및 그 합금은 여전히 미래의 내연 기관의 주요 재료가 될 것이다. 각종 표면 강화 공정은 더욱 선진적이고 응용이 더욱 광범위해질 것이다. 10 년 후 금속, 플라스틱, 도자기 위주의 각종 복합 재료는 놀라운 고속 보급기에 진입하고 내연 기관에서의 신소재 사용도 가속화될 것이다.

내연 기관 제조 기술

내연 기관의 발전 수준은 그 부품의 발전 수준에 달려 있고 내연 기관 부품의 발전 수준은 제조 기술 등에 의해 결정된다. 즉, 내연 기관 부품의 제조 기술 수준은 호스트의 성능, 수명 및 신뢰성에 결정적인 영향을 미칩니다. 마찬가지로, 제조 기술과 설비의 관계도 불가분의 관계이다. 차세대 장비나 공예 재료 개발이 성공할 때마다 제조 기술의 혁신에 획기적인 진전을 가져올 것이다. 새로운 세기에 들어서면 과학기술의 발전은 매우 빨라질 것이며, 새로운 설비의 연구 주기는 점점 짧아질 것이기 때문에 내연 기관 제조 기술은 새로운 세기에 급속히 발전할 것이다.

주조 기술의 발전으로 공기 충격 모델링, 정압 모델링, 수지 자체 하드 샌드 모델링 및 잃어버린 폼 주조로 인해 내연 기관 주물의 주요 부품 (예: 본체, 실린더 헤드 등) 은 복잡한 표면, 상자 구조의 얇은 벽 주물로 만들 수 있습니다. 이것은 엔진 기체의 강성을 크게 높이고, 소음 방사선을 낮추고, 내연 기관을 경량화시킨다. 스프레이, 재용 해, 소결, 표면 처리, 전기 화학 가공, 레이저 가공 및 기타 국부 표면 강화 기술의 발전으로 재료의 기능을 충분히 발휘했습니다. 장비 수준 향상으로 가공 제조 기술은 고정밀, 고효율 및 자동화 방향으로 발전하여 내연 기관 부품 생산을 고도로 중앙 집중화 된 방향으로 이끌고 있습니다. 한편, 유연한 제조 기술의 보급으로 내연 기관 제품의 교체가 더욱 유연하고 적응성이 향상되었습니다. 다종 소량 대량 생산의 유연성 있는 제조 시스템은 내연 기관 제조업체의 광범위한 인정을 받았으며, 생산 기술의 발전과 시장 상황의 변화에 순응하고 있다. 설계, 제조, 실험, 검사 및 공정 제어에 전자 기술과 컴퓨터를 적용함으로써 업계의 기술 발전을 촉진하고 내연 기관의 제품 품질을 높였습니다. 신소재의 발전은 내연기관 부품 생산 기술의 변화, 특히 내연기관에 엔지니어링 플라스틱, 세라믹 재료, 복합 재료의 응용을 촉진시켜 내연기관 제조 기술의 발전을 강력하게 촉진시켰다. 내연 기관 전기 제어 기술이 발달하면서 전기 제어 시스템의 세 가지 주요 구성 요소 (센서, 실행기 및 제어 장치) 가 내연 기관 부품 산업의 중요한 분기가 될 것이며 기존의 내연 기관 제조업에도 새로운 과제가 제기될 것입니다.

이로써 우리는 2 1 세기에 내연 기관의 제조 기술이 높은 정확도와 다양화 방면에서 급속히 발전할 것이라고 추측할 수 있다. 그것의 발전 속도와 방향은 내연 기관의 질량뿐만 아니라 내연 기관의 미래에 직접적인 영향을 미친다. 그 제품의 기술적 진보에 있어서 자동차 내연기관은 발전이 가장 빠르며, 그 다음은 기관차, 선박, 발전기, 건설기계, 농업기계이다.

내연 기관의 대체 연료

세계 석유 위기와 엔진 배기가스로 인한 환경 오염이 날로 심각해지면서 내연 기관 기술에 대한 연구는 효율성, 에너지 절약, 청정 대체 연료의 개발과 활용으로 바뀌었다. 휘발유 엔진과 디젤기관을 개조하거나 재설계하여 천연가스, 액화석유가스, 수소를 연료로 하는 가스 엔진을 개발하는 것은 현재와 미래의 내연 기관 기술의 중점 중 하나이다. 이 가운데 가스 엔진의 전력 회수 기술과 수소 엔진의 연소 제어가 가장 중요하다.

요약

내연기관의 응용이 끊임없이 발전함에 따라 각종 내연기관은 서로 경쟁하고, 서로 침투하고, 서로 종합하여 각종 신형 혼합동력 엔진을 진화시켰다. 예를 들어, 가스 터빈의 발명과 발전은 디젤 엔진과의 경쟁을 형성하고, 다른 한편으로는 디젤 엔진을 보완하여 디젤 배기 가스의 터빈 증압을 높임으로써 디젤 엔진의 경쟁력을 높인다. 가스 터빈은 원래 증기 터빈의 경쟁자였지만, 사람들은 가스 터빈과 증기 터빈이라는 두 가지 작업을 서로 다른 열순환에서 하는 열기기를 결합하여 새로운 고효율 순환인 가스-증기 터빈 연합 순환을 형성했다. 열역학 제 2 법칙은 열효율을 높이기 위해서는 가능한 한 열기의 가열 온도를 높이고 발열 온도를 낮춰야 한다는 것을 알려준다. (윌리엄 셰익스피어, 열, 열, 열, 열, 열, 열, 열, 열, 열) 증기 기관의 열 배출 온도는 낮지만 (약 300K), 증기 특성과 설비 조건의 제한으로 인해 난방 온도가 너무 높을 수 없어 현재 800 ~ 900 K 이하로 안정되어 야금과 냉각 기술이 발달하면서 가스 터빈의 난방 온도가 계속 상승하면서 현재 약1300 ~ 에 이르렀다. 그러나 제열 온도는 너무 낮아서는 안 된다. 보통 700 ~ 800 K 이상. 그래서 이 두 열기의 실제 열 효율은 모두 40% 를 넘지 않는다. 가스-증기 연합 순환, 가스 터빈의 배기가스를 여열 보일러로 보내 증기를 만들어 증기 터빈에 사용한다. 합동주기는 가스 터빈 난방 온도가 높고 증기 터빈 열 배출 온도가 낮은 이중 장점을 실현할 수 있다. 현재, 이런 합동순환기의 최고 열효율은 이미 47% 이상에 달했다. 열전기로 사용하면 연료 활용도가 약 80% 에 달할 수 있다.

하이브리드 동력의 의미는 점점 더 넓어지고 있다. 예를 들면 모터와 휘발유 엔진이나 디젤 엔진과 같이 각자의 장점을 적용하여 각자의 단점을 가릴 수 있다. 하지만 닛산 자동차 공업사는 고성능 발전기와 모터를 디젤기관의 플라이휠 위치에 배치해 명실상부한 하이브리드 엔진을 개발하는 데 성공했다. 두 가지 원리가 동시에 작동하는 원동기 (HIMR 엔진) 도 성공적으로 개발했다. 하이브리드 엔진은 미래 동력 기술의 핫스팟 중 하나로, 인류가 이미 확보한 편리함을 손상시키지 않고 아름다운 환경을 유지할 수 있는 기계가 될 것으로 예상된다.

내연기관의 발전사에 따르면 본질적인 장점을 지닌 신기술은 생명력을 지닌 새로운 것으로, 광활한 발전 전망을 갖게 될 것이다. 첫 번째 실용 내연 기관의 열효율은 4% 에 불과하지만 증기 기관의 열효율은 이미 8 ~10% 에 달했다. 그러나 내연 기관의 고유한 우월성은 곧 증기기관을 능가할 것이라고 결정한다.

요약하자면, 2 1 세기의 내연기관은 에너지 절약, 연료 다양성, 동력 향상, 수명 연장, 신뢰성 향상, 배출 및 소음 감소, 품질 감소, 볼륨 감소, 비용 절감, 유지 관리 간소화 등의 방향으로 빠르게 발전할 것입니다. 2 1 세기 천연가스, 알코올, 식물성 기름, 수소 등 대체연료는 내연기관에 새로운 활력을 불어넣고 내연기관의 전기제어 기술은 품질을 향상시킬 뿐만 아니라 내연기관 업계의' 수명' 도 연장시킬 수 있다. 신소재와 신공예의 기술혁명은 2 1 세기 내연기관의 발전에 새로운 동력을 가져왔다. 2 1 세기의 내연기관은 인류의 이익을 위해 자신의 결함을 보완해 가능한 완벽한 이미지로 인류에게 새로운 공헌을 할 것이다.