主题：【原创】我眼中的内燃机 -- autoeagle

活塞式内燃机系统由燃烧室与5个子系统组成：燃油通过燃油系统注入燃烧室，空气通过吸气系统吸入燃烧室，燃油与空气在燃烧室内放出化学能，这些能量一部分推动活塞做功，最终进入传动系统；一部分扩散至气缸壁，进入散热系统；废气携带一部分进入排气系统。各子关系如下图所示。

不同的发动机，不同的工作状态，能量流向比例是不同的。上图标明比率是某点燃式发动机在中等负载条件下能量流向，给大家一个感性的认识。点燃式发动机只有25%的化学能最后转变为有效功进入传动系统，压燃发动机（简称柴油机)一般可以达到30-35%。

发动机节能优化的主要目标，是增加轴输出能量所占比率。围绕这一目的出现了各种技术方案。

从图上可以看出，传递到活塞的有效功可达38%，但泵气损失和摩擦消耗了有效功的1/3,即13%。这部分损耗是理论热机模型没有考虑的，但影响重大。

所谓泵气损失，是指吸入空气和推出废气过程中活塞对燃烧室做的功。点燃式发动机需要复杂的进气歧管和气门设计，泵气损失明显高于柴油机。VVT技术等可变气门技术可以降低泵气损失，而缸内直喷技术降低幅度更大。当然，这两项技术还有别的效果，不限于减少泵气损失。

降低摩擦，可以通过机械设计，材料，润滑油三方面的改进得以实现。目前看来，在润滑油中添加少量轰爆金刚石灰粉或称纳米金刚石滚珠，有戏剧化的降低摩擦损耗效果。

气缸壁散热损耗，也是基于绝热过程的理想热机模型未考虑的。这个损耗是由燃烧室内能量向冷却液流动产生的，其本质是气缸材料无法在高温下维持足够强度。

根据传热基本方程

Q=传热推动力/传热热阻

传热推动力：温差dT

传热热阻=1/(传热面积×传热系数）

为了减少传热量，只有减少温差或增大热阻两个手段。金属材料本身传热系数较高，且热阻过高会导致发动机过热，所以能采用的办法也只有减少温差一条，比如带中冷的增压机缸内平均温度就低于同型号无中冷增压机，传热量自然有所降低。但总的来看，随着缸内压力提高，传热量也随之提高，使提高高压缩比带来的效率提升大打折扣。

在做功冲程结束时，缸内气体的温度仍比室温高200-400度，压力高1-2倍，这种情况是气缸容量带来的，理想热机PV图上有清楚的显示。显然，压缩比越高，空燃比越接近化学当量，废气内能占总能量的比率越低。

除直接降低损耗的方法外，能量回馈方法也可以提供发动机性能。由于空气质量是燃油的15倍以上，又较易处理，回馈的目标一般定为吸气系统而不是燃油系统，例如将废气能量回馈到吸气系统，典型的就是废气涡轮增压技术。

也可利用冷却系统和排气系统的热量直接加热吸入空气，采用OKP技术的HCCI发动机是一个典型的例子。