内燃机及其发展史(4)

展望新世纪，在今后一段时期内，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．
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．进入新世纪后，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．由于像喷涂、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，使材料功能得到完善的发挥；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．
由此我们可以推断:在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．

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．
综述
内燃机在应用中不断发展，各种内燃机彼此相互竞争，相互渗透，相互综合，从中演化出各种新的混合式发动机．如燃气轮机的发明和发展一方面对柴油机形成竞争，另一方面也补充了柴油机，使柴油机废气涡轮增压得到完善，反过来增强了柴油机的竞争能力．燃气轮机本来也是蒸汽轮机的竞争对手，但人们把燃气轮机和蒸汽轮机这两种按不同热力循环工作的热机联合在一起，构成一种崭新的高效循环:燃气——蒸汽轮机联合循环．热力学第二定律告诉我们，要提高热效率，应尽可能提高热机的加热温度和降低排热温度．蒸汽机的排热温度较低(约300K)，但由于水蒸气本身特性和设备条件的限制，其加热温度不可能太高，目前稳定在800～900K以下．随着冶金和冷却技术的发展，燃气轮机的加热温度一直在上升，目前已达1300～1500K左右；但其排热温度却不能太低，一般为700～800K，甚至更高．所以这两种热机目前的实际热效率都未超过40%．燃气——蒸汽联合循环，将燃气轮机的排气送进余热锅炉生产蒸气，供蒸汽轮机利用．联合循环可以同时取得燃气轮机加热温度高和蒸汽轮机排热温度低的双重优点．目前此联合循环机组最高热效率已达47%以上．如果把它作为热电并供机组使用，其燃料利用率可达80%左右．
混合动力的应用越来越广，如电动马达加汽油机或柴油机，以应用各自的优点，屏蔽各自的缺点．而日产汽车工业公司则把高性能的发电机兼电动机装入柴油机飞轮的位置,成功地研制出名符其实的混合式发动机，即成功地开发了使两种原理同时作用的原动机(HIMR发动机)．混合式发动机是未来动力技术的热点之一，它极有望成为既不损害人类已获得的方便，又能保持美好环境的机械．
内燃机的发展史表明，具有本质上优越性的新技术，是富有生命力的新生事物，必有广阔的发展前途．第一台实用内燃机热效率只有4%，而当时蒸汽机的热效率已达8%～10%；但内燃机“内燃”本质上的优越性决定了它很快地就超过了蒸汽机．
综上所述,21世纪的内燃机将面临来自各方面的挑战,它将义无返顾地朝着节约能源、燃料多样化、提高功率、延长寿命、提高可靠性、降低排放和噪声、减轻质量、缩小体积、降低成本、简化维护保养等方向迅猛发展．在21世纪,天然气、醇类、植物油及氢等代用燃料将为内燃机增添新的活力,而内燃机电子控制技术在提高品质的同时也延长了内燃机行业的“生命”．新材料、新工艺的技术革命,为21世纪内燃机的发展产生了新的推动力．21世纪的内燃机,将在造福人类的同时不断弥补自身缺陷,以尽可能完美的形象为人类作出新的贡献．