據(jù)sciencedaily網(wǎng)站2007年5月10日?qǐng)?bào)道，研究人員已制造出首臺(tái)數(shù)學(xué)模型，它可以通過(guò)測(cè)試從一個(gè)燃燒周期到下一個(gè)燃燒周期發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，從而創(chuàng)造出一種新型的可以大幅減少耗油量和全球變暖污染物排放的發(fā)動(dòng)機(jī)。 

　　普渡大學(xué)機(jī)械工程助理教授格雷戈里·M·夏維爾稱(chēng)：“我們正對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的大飛躍展開(kāi)討論，這種發(fā)動(dòng)機(jī)可用于混合燃料汽車(chē)，可使車(chē)輛更環(huán)保及油耗更少?！彼谄斩纱髮W(xué)雷·W·赫里克實(shí)驗(yàn)室所作的研究的關(guān)鍵在于發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，它們的進(jìn)氣口和排氣閥不再由與活塞相連接的機(jī)械裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)。與一個(gè)多世紀(jì)前進(jìn)入市場(chǎng)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理相比，此項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的工作原理有著很大的不同。  

　　污染和耗油大幅減少的發(fā)動(dòng)機(jī)有望面世

　　在今天的內(nèi)燃機(jī)里，活塞帶動(dòng)機(jī)軸以驅(qū)動(dòng)與之相連的凸輪軸打開(kāi)和關(guān)閉閥門(mén)，從而使空氣和廢氣順利進(jìn)入和排出汽缸。新技術(shù)消除了機(jī)軸與凸輪軸相連的機(jī)械裝置，它為閥門(mén)提供了一套獨(dú)立的控制系統(tǒng)。 

　　夏維爾表示，由于閥門(mén)的計(jì)時(shí)不再受到活塞運(yùn)動(dòng)的限制，它們可以使柴油、汽油以及可替代燃料(如乙醇和生物燃料)的燃燒變得更有效率。他稱(chēng)，這種概念，即眾所周知的可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，能夠給使用常規(guī)汽油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車(chē)和卡車(chē)帶來(lái)重大的改進(jìn)。例如可以將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電機(jī)。這項(xiàng)技術(shù)還能夠帶動(dòng)一種被稱(chēng)之為均質(zhì)充量壓縮燃燒(HCCI)的先進(jìn)技術(shù)的引入，這將使美國(guó)擺脫對(duì)國(guó)外石油資源的依賴(lài)性，并大幅減少其有害廢氣的排放。均質(zhì)充量壓縮燃燒技術(shù)可以將汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的效率提高15%到20%，在幾乎消除煙霧產(chǎn)生氮氧化物的同時(shí)，使得它們與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有同等的效率。 

　　這種改進(jìn)后的有效燃燒技術(shù)還可以減少另外兩種包含于全球變暖二氧化碳和未燃盡碳?xì)浠衔锂?dāng)中的有害氣體的排放。此項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)γ恳粋€(gè)汽缸內(nèi)的燃料和空氣的混合以及它們的燃燒進(jìn)行更精確的控制，消除常規(guī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)所出現(xiàn)的“貧氧富油”現(xiàn)象，從而極少地或不會(huì)排放出常規(guī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)所排放的被稱(chēng)之為微粒的污染物質(zhì)。 

　　可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠達(dá)到“重引入”的目的，或?qū)U氣的一部分回流到汽缸內(nèi)，從而提高燃燒效率和減少排放。該系統(tǒng)還能夠改變常規(guī)的和使用均質(zhì)充量壓縮燃燒技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的濃縮度，調(diào)整它們的混合和燃燒時(shí)間，使燃料更加有效。夏維爾稱(chēng)：“可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)技術(shù)和均質(zhì)充量壓縮燃燒技術(shù)通過(guò)提高采用乙醇、生物燃料以及其他可替代燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率來(lái)減少我們對(duì)于石油的依賴(lài)。但是，要實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，我們還需在資金投入、人力、工業(yè)參與以及學(xué)術(shù)參與等領(lǐng)域加倍努力?！痹诰|(zhì)充量壓縮燃燒技術(shù)方面，“充量”或燃料-空氣混合需是均勻的，而且還意味著它是始終如一的。在濃縮前增加回流廢氣會(huì)稀釋和升高這種空氣-燃料混合物的溫度。這一過(guò)程同樣需要是統(tǒng)一的“自動(dòng)燃燒”，或無(wú)需火花的燃燒，混合物的濃縮度要低于常規(guī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)所必需的濃縮度，這樣就會(huì)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損。 

　　在普通內(nèi)燃機(jī)的汽缸里，燃燒的空氣-燃料混合物與未燃燒的部分間存在一個(gè)較大的溫差，或梯度。而在自動(dòng)燃燒期間，均質(zhì)燃料-空氣混合物和回流氣體會(huì)共同發(fā)生作用消除這種溫度梯度，這將全面降低燃燒的溫度。降低燃燒的溫度對(duì)于大幅減少氮氧化物是至關(guān)重要的。面臨的主要挑戰(zhàn)包括：如何自動(dòng)調(diào)整閥門(mén)的運(yùn)動(dòng)和燃料注入，以滿(mǎn)足諸如車(chē)輛變速等因素引起的運(yùn)行狀態(tài)改變的要求，它能裝載多重的東西以及使用什么類(lèi)型的燃料。 

　　采用均質(zhì)充量壓縮燃燒技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)將使用傳感器來(lái)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況，通過(guò)提供重要的數(shù)據(jù)來(lái)動(dòng)力改變閥門(mén)的時(shí)間。通過(guò)可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)控制燃燒過(guò)程將需要由普渡大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)的軟件編碼程序。夏維爾稱(chēng)：“我們將使用反饋控制，傳感器從發(fā)動(dòng)機(jī)提供出所需的重要數(shù)據(jù)，一種編碼程序?qū)⒕_地對(duì)閥門(mén)進(jìn)行控制。” 

　　夏維爾及其同事和學(xué)生正在制造使用“安全可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)技術(shù)”的獨(dú)**無(wú)**的多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。他稱(chēng)，這將有助于均質(zhì)充量壓縮燃燒技術(shù)和可替代燃料燃燒的研究。他是榮獲“2006年魯?shù)婪颉た柭撐莫?jiǎng)”的研究論文的主要作者。這篇論文被刊登在《動(dòng)力系統(tǒng)、測(cè)量和控制》雜志上。他是在2006年芝加哥國(guó)際機(jī)械工程會(huì)議和展覽期間獲得此項(xiàng)殊榮的。該篇論文主要闡述了與一種新的數(shù)學(xué)模型相關(guān)的發(fā)現(xiàn)，這種數(shù)學(xué)模型將有助于均質(zhì)充量壓縮燃燒系統(tǒng)的研發(fā)。為了使該系統(tǒng)得以運(yùn)作，從一個(gè)燃料周期到下一個(gè)燃料周期跟蹤不斷變化的發(fā)動(dòng)機(jī)性能是至關(guān)重要的。夏維爾所研發(fā)的數(shù)學(xué)模型是首個(gè)能夠精確跟蹤這種動(dòng)力的周期到周期性能及其他數(shù)據(jù)的模型。對(duì)于擁有一臺(tái)電力引擎和一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)的混合動(dòng)力車(chē)輛來(lái)說(shuō)，采用均質(zhì)充量壓縮燃燒技術(shù)可以使其實(shí)現(xiàn)**高效率。他稱(chēng)：“繼續(xù)對(duì)多項(xiàng)前沿技術(shù)進(jìn)行研究是非常重要的，包括研究解決與燃料電池和混合系統(tǒng)相關(guān)的問(wèn)題，理解如何使混合傳動(dòng)系統(tǒng)上的先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)一體化。” 

　　到2030年，美國(guó)石油進(jìn)口預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)約35%。與此同時(shí)，美國(guó)與運(yùn)輸相關(guān)的二氧化碳排放也將可能增長(zhǎng)約35%。 

發(fā)表于 @ 2008年07月03日 11:21:00 |點(diǎn)擊數(shù)（）

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