于健堯

摘 要：隨著科技的發(fā)展，人類可利用的交通工具種類越來越多。同時，為各種交通工具提供動力的發(fā)動機的種類也越來越多，技術(shù)越來越復(fù)雜。目前，汽車發(fā)動機按燃料分可分為柴油機，汽油機和天然氣機；按實現(xiàn)循環(huán)的行程數(shù)分可分為四沖程發(fā)動機，二沖程發(fā)動機；按冷卻方式分可分為水冷式發(fā)動機和風(fēng)冷式發(fā)動機；按點火方式分可分為壓燃式發(fā)動機，點燃式發(fā)動機；按可燃混合氣形成的方法可分為外部形成混合氣的發(fā)動機和內(nèi)部形成可燃器的內(nèi)燃機；按進氣方式分可分為自然吸氣式發(fā)動機和增壓發(fā)動機；按氣缸數(shù)目分可分為單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機。而航空發(fā)動機可分為活塞和噴氣兩大類，噴氣式可分為渦輪式和沖壓式兩大類，渦輪式的有渦噴，渦扇，渦槳，渦軸四類；沖壓式的有壓燃和超燃，新型的有等離子式，脈沖爆燃式等?；鸺l(fā)動機大致可分為固體火箭發(fā)動機，液體火箭發(fā)動機與其他能源火箭發(fā)動機。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機類型；發(fā)動機構(gòu)造；發(fā)動機運行原理

1 渦輪增壓技術(shù)

廢氣渦輪增壓系統(tǒng)就是我們平時最常見的渦輪增壓裝置了，增壓器與發(fā)動機無任何機械聯(lián)系，它實際上是一種空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加進氣量。它是利用發(fā)動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速增快，葉輪就壓縮更多空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量就可以增加發(fā)動機的輸出功率。一般而言，加裝廢氣渦輪增壓器后的發(fā)動機功率及扭矩要增大20%-30%.但是廢氣渦輪增壓器技術(shù)也有其必須注意的地方，那就是泵輪和渦輪軸由一根軸相連，也就是轉(zhuǎn)子，發(fā)動機排出的廢氣驅(qū)動泵輪，泵輪帶動渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪轉(zhuǎn)動后給進氣系統(tǒng)增壓。增壓器安裝在發(fā)動機的排氣一側(cè)，所以增壓器的工作溫度很高，而且增壓器在工作時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速非常高，可以達到每分鐘十幾萬轉(zhuǎn)，如此高的轉(zhuǎn)速和溫度使得常見的機械滾針式滾珠軸承無法為轉(zhuǎn)子工作，因此渦輪增壓器普遍采用全浮動軸承，由機油進行潤滑，還有冷卻液為增壓器進行冷卻。

渦輪增壓的優(yōu)點是顯而易見的，它可以在不增加發(fā)動機排量的基礎(chǔ)上，大幅度提高功率和扭矩。一臺發(fā)動機裝上渦輪增壓器后，其輸出的最大功率與未裝增壓器的相比，可增加大約40%甚至更多。這意味著一臺尺寸和重量相同的發(fā)動機經(jīng)增壓后可以產(chǎn)生較多的功率，或者說，一臺小排量的發(fā)動機經(jīng)增壓后，可以產(chǎn)生較大排量發(fā)動機相同的功率。另外，發(fā)動機在采用了增壓技術(shù)后，還能提高燃油經(jīng)濟性和降低尾氣排放，凡事有利就有弊，渦輪增壓也不例外。發(fā)動機在采用廢氣渦輪增壓技術(shù)后，工作中產(chǎn)生的最高爆發(fā)壓力和平均溫度將大幅提高，從而使發(fā)動機的機械性能，潤滑性能都會受到影響。

2 轉(zhuǎn)子發(fā)動機

轉(zhuǎn)子發(fā)動機的優(yōu)點是轉(zhuǎn)子引擎的轉(zhuǎn)子沒旋轉(zhuǎn)一圈就做功三次，與一般的四沖程發(fā)動機每旋轉(zhuǎn)兩圈才做功一次相比，具有馬力容積比（引擎容積較小就能輸出較多動力）的優(yōu)點。另外，由于轉(zhuǎn)子引擎的軸向運轉(zhuǎn)特性，它不需要精密的曲軸平衡就能達到較高的運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。整個發(fā)動機只有兩個轉(zhuǎn)動部件，與一般的四沖程發(fā)動機具有進排氣活門等二十多個活動部件相比結(jié)構(gòu)大大簡化，發(fā)生故障的可能性也大大減小。除了以上的優(yōu)點外，轉(zhuǎn)子引擎的優(yōu)點亦包括體積小，重量輕，低重心，震動小等。同時其缺點也較為明顯。油耗高污染重。由于沒有往復(fù)式發(fā)動機的高壓縮比，使得燃燒不能夠很充分。雖然馬自達公司曾經(jīng)給轉(zhuǎn)子發(fā)動機增加了單渦輪增壓和雙渦輪增壓等裝置，但只是提高了輸出馬力，并適度的減少了尾氣排放，但還是與往復(fù)式發(fā)動機有著很大的差距。同時其還有磨損嚴重，零部件壽命短；部分標(biāo)準(zhǔn)欠缺；利益問題等缺點。這些缺點嚴重制約了轉(zhuǎn)子發(fā)動機的發(fā)展，以至于其沒有被大量應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)上。

3 固體火箭發(fā)動機

固體火箭發(fā)動機由藥柱，燃燒室，噴管組件和點火裝置等組成。藥柱是由推進劑與少量添加劑制成的中空圓柱體（中空部分為燃燒面，其橫截面形狀有圓形，星形等）。藥柱置于燃燒室（一般即為發(fā)動機殼體）中。在推進劑燃燒時，燃燒室須承受2500至3500度的高溫和102-2*107帕的高壓力，所以須用高強度合金鋼，鈦合金或復(fù)合材料制造，并在藥柱與燃燒內(nèi)壁間裝備隔熱襯。點火裝置用于點燃藥柱。通常由電發(fā)火管和火藥盒（裝置火藥或煙火劑）組成。通電后由電熱絲點燃黑火藥，再由黑火藥點燃藥柱。噴管除使燃氣膨脹加速產(chǎn)生推力外，為了控制推力方向，常與推力向量控制系統(tǒng)組成噴管組件。使系統(tǒng)能改變?nèi)細鈬娚浣嵌?，從而實現(xiàn)推力方向的改變。藥柱燃燒完畢，發(fā)動機便停止工作。固體火箭發(fā)動機與液體火箭發(fā)動機相比較，工作時間短，加速度大導(dǎo)致推力不易控制，重復(fù)起動困難，從而不利于載入飛行。固體火箭發(fā)動機主要用作火箭彈，導(dǎo)彈和探空火箭的發(fā)動機，以及航天器發(fā)射和飛機起飛的助推發(fā)動機。

4 渦扇發(fā)動機

渦扇發(fā)動機稱為渦輪風(fēng)扇發(fā)動機，是飛機發(fā)動機的一種，由渦輪噴氣發(fā)動機發(fā)展而成。與渦輪噴氣比較，主要特點是首級壓縮機的面積大很多，同時被用作空氣螺旋槳（扇），將部分吸入的空氣通過噴射引擎的外圍向后推。發(fā)動機核心部分空氣經(jīng)過的部分稱為內(nèi)涵道，僅有風(fēng)扇空氣經(jīng)過的核心機外側(cè)部分稱為外涵道。渦扇引擎最適合飛行速度400至1000公里時使用，因此現(xiàn)在多數(shù)的飛機引擎都采用渦扇作為動力來源。

5 新能源

進入21世紀以來，石油資源面臨不足，各國把發(fā)展新能源汽車提上了日程。目前，主要的新能源汽車還是以太陽能與氫能為主。太陽能就是使用太陽能帆布，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲存到汽車蓄電池中，再以蓄電池提供電力為汽車提供動力。此套系統(tǒng)的發(fā)動機，也就是電動機技術(shù)已經(jīng)十分成熟。難點在于如何能夠在短時間內(nèi)收集足夠多的電量為發(fā)動機提供能量，這也就是各國目前的研究重點。另一個主流新能源便是氫能。利用氫氣燃燒生成水的過程所放出的熱量為動力推動發(fā)動機運行，而反應(yīng)生成的水又可通過化學(xué)反應(yīng)生成氫氣再次使用。此套系統(tǒng)動力強勁，并且可以做到真正的零排放，是一套非常理想的的方案。但難題在于氫氣的儲存與運輸。氫氣是一種非?；顫姷臍怏w，稍有不慎就會發(fā)生爆炸。同時目前淡水資源匱乏，無法提供足夠多的淡水去生產(chǎn)氫氣。所以，目前新能源汽車的發(fā)展遇到了瓶頸。希望各國科學(xué)家能盡早研制出一套成熟并可靠的系統(tǒng)。

經(jīng)過筆者的介紹，相信大家對幾種較為先進的發(fā)動機技術(shù)有了一定的了解，筆者也在此過程中積累了一些過程裝備的相關(guān)知識。

最后，感謝中外所有在發(fā)動機領(lǐng)域做出貢獻的學(xué)者們，是我學(xué)習(xí)和不斷提升的不竭源泉；還有為我論文提出寶貴意見的人們：教學(xué)與科研經(jīng)驗豐富的老師和不斷幫助我的同學(xué)們。

參考文獻

[1]趙雨旸.增壓器.北京化學(xué)工業(yè)出版社.2005

[2]辛動.三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機.1981