小小內燃機的大小事

作者:Lux   |   2015 / 10 / 20

文章來源:股感知識庫   |   圖片來源:Jayroz


如今,人們的移動離不開各種便利的交通工具,但是你知道嗎?小小的內燃機作為其中的動力來源,它可是交通工具能滿街跑的真正核心部分哦!

小小內燃機,蘊藏大動力

所謂內燃機,它是一種動力機械,通過燃料(柴油、汽油)在機器內部燃燒,並將其放出的熱能直接轉換為動力的熱力發動機。儘管內燃機運轉方式分為往復運動式、迴轉運動式和噴射推進式…等多種類型,但無論是哪種內燃機,其工作原理均是將燃燒產生的內能,通過做功再轉換成機械能。

內燃機有個帶進氣孔和排氣孔的氣缸,在氣缸內進行進氣、壓縮、點火(爆炸)和排氣四個過程,以完成一個工作循環。氣缸通過進氣孔和輸油孔注入汽油和空氣,在汽缸內充分混合,當火花塞點燃混合物後,混合物猛烈地燃燒膨脹,推動活塞向下運動並產生動力。同時,燃燒產生的巨大壓力推開單向閥的出氣孔以排出廢氣。而後,汽缸內殘餘廢氣逐漸變冷,氣壓變低,汽缸外部的大氣壓又推動活塞向上運動以準備進行下一次燃燒,形成一次又一次的循環作業。

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內燃機的優缺點

內燃機廣泛應用在各類運輸車輛上,同時也在軍事(如坦克、裝甲車、步兵戰車、重兵器牽引車和艦艇等)等方面大量應用。儘管內燃機具有啟動快、功率大、體積小、操作方便等諸多優點,但內燃機通過燃燒燃料產生能量的過程中,燃料燃燒的無效利用以及尾氣排放造成的空氣污染等問題依舊是內燃機的一大硬傷。因此,如何解決內燃機的這幾大缺點也就受到諸多學者一直以來的持續關注。

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內燃機的熱能利用率較外燃機高,目前增壓柴油機的最高熱效率可達46%,而外燃機中的蒸氣機僅有11~16%。此外,還具備功率範圍廣,適應性能好,最小的內燃機功率不到0.73千瓦,最大的內燃機功率可達34000千瓦;使用操作方面亦便利且啟動快。在正常情況下,一般的柴油機和汽油機能夠在3~5秒的時問內啟動,並能在短時間內達到全負荷運轉,而且操作簡單安全。

在石油工業中,石油勘探工作都在野外,流動性大,對於動力設備的選擇和要求是:有足夠大的功率、結構緊湊、重量輕、便於搬運和安裝、燃料和水的消耗少,因此內燃機在石油勘探工作中得到廣泛的應用。

雖然有以上優點,但其造成的空氣汙染、消耗的石化燃料及運轉時造成的噪音問題(內燃機是車輛的主要噪音源),都讓民眾期待更好的解決方案出現,科學家們亦不斷往各方面進行更深入的研究。

新能源車登上舞臺

面對內燃機的幾大缺點,除了提高內燃機燃料燃燒的利用效率和研發低噪音內燃機之外,新能源車的出現也解決了內燃機空氣污染和能源保護的問題,促進了綠色城市文明發展。新型能源車主要以燃料電池車、純電動車和油電混合車為主:

(1)燃料電池車

燃料電池車其實也可以說是電動汽車,只不過“電池”是氫氧混合燃料電池而已。將氫輸入燃料電池中,氫氣在催化劑的作用下與氧氣發生化學反應產生電能,電能帶動發動機使汽車移動起來。“燃燒”之後的氫氣會變成水和少量氮氧化合物,其尾氣排放理論上是無污染的,這也是人們推廣氫燃料的最主要原因。不僅如此,相比於人們熟知的純電動車,燃料電池車的電池組更加輕便,較不會對性能和能耗產生不良的影響,續航補充速度更快,與傳統汽車相比更加的環保、舒適化。

(2)純電動車

純電動車讓達到0油耗的交通工具不再是空談。以新款純電動車TESLA Model S所展現的技術為例,0-60英里每小時加速只需2.8秒,以及最高270英里(約430公里)的續行能力,幾乎可媲美高單價的豪華轎跑車。此外,引擎室和後行李箱皆為置物空間,高乘載空間、高馬力、高節能,一發表便讓世人為之驚歎,但是其每輛高達兩百多萬台幣並不是每個人都負擔得起。車廠的積極發展電動車的趨勢,未來可望有各個價位的電動車供選擇,低價版電動車(如Nissan Leaf第二代、GM Bolt、 Tesla Model 3等)讓一般民眾與電動車的距離似乎不那麼遠,電動車的前景看似一片光明。

(3)油電混合車

低燃油消耗量並無法滿足高交通乘載量的都市需求,於是油電混合車誕生,其動力來源分為兩個部分- 傳統引擎和電力馬達,由於先天結構的不同,高速時由引擎為主要動力,低速時由電力馬達驅動,藉由先進的電池(鋰電池或鋰鐵電池)裝置,將高速的引擎動力對電池充電提供低速時的馬達使用,這種方式可將油耗進一步推升至每公升達30公里以上,且低速越長時間越省油,非常適合城市使用。現在最新的發展為低cc數渦輪柴油引擎搭配電力馬達,但是由於造價偏高。

內燃機的未來發展

未來將是汽車、船舶、工程機械、鐵道等行業重要的發展階段,而內燃機仍是各種交通機械的主要動力。隨著燃油品質的不斷高升和內燃機技術的不斷成熟,能源有效利用率也將有所提高,中小型渦輪增壓內燃機的進步與開發必定在節能環保方面帶來深遠的影響。

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目前,內燃機正處在一個新的發展高潮中,隨著內燃機技術的改進,人們將進一步研究可代用燃料、開發新型節能技術,制定較為科學、合理及符合可持續發展的戰略,同時在節能及環保方面的要求也會進一步促進內燃機技術的向前發展。百餘年來,經過前人付出的艱辛勞動和無數次的改進和提升,現代內燃機無論在結構或性能方面都已今非昔比,成為當今用量最大、用途最廣,最為重要的熱能機械,更是人們賴以生活和生產的重要動力裝備。

近期福斯柴油車爆出廢氣檢驗弊案,重創了柴油車供應鏈,還引發連鎖效應,柴油引擎所號稱的革新技術,現已被打上一個大叉叉,未來柴油引擎是否會就此走向淘汰之路或是還會有更優良的改進方案出現,還有待觀察追蹤。

未來,在同步研究如何代用新綠色能源的同時,也需致力讓短時間內我們無法脫離的內燃機更上一層樓,不斷改善其內部技術並提升轉換效率,讓我們所居住的地球更綠色、更環保!

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