内燃机(Internal Combustion Engine, ICE) 是一种将液体或气体燃料与空气混合后,直接在机器内部燃烧,并将燃烧产生的热能转化为机械能的动力装置。它是现代汽车的核心动力来源,通常所说的“汽车发动机”正是指活塞式内燃机。
绝大多数汽车内燃机采用四冲程工作循环,即活塞往复四个行程完成一次能量转换,分别是:
进气行程:活塞下行,进气门打开,可燃混合气(汽油机)或纯空气(柴油机)被吸入气缸。
压缩行程:活塞上行,进气门关闭,气体被压缩,温度和压力急剧升高。
做功行程:火花塞点燃汽油机内的混合气(点燃式),或柴油机喷入的燃油在高温空气中自燃(压燃式),产生的高温高压燃气推动活塞下行,对外输出机械功。
排气行程:排气门打开,活塞上行,将燃烧后的废气推出气缸。
内燃机可根据多种特征进行划分:
| 分类方式 | 常见类型 | 简要说明 |
|---|---|---|
| 所用燃料 | 汽油机、柴油机、天然气(CNG)发动机、乙醇发动机等 | 燃料不同,决定了其点火方式和效率差异。 |
| 着火方式 | 点燃式(汽油机为代表,火花塞点火) 压燃式(柴油机为代表,利用压缩高温自燃) |
这是汽油机和柴油机的本质区别之一。 |
| 冲程数 | 四冲程(主流) 二冲程(曲轴每转一圈完成一个循环) |
大多数汽车发动机采用四冲程。 |
| 气缸排列 | 直列、V型、水平对置、W型等 | 决定了发动机的尺寸、重心和布局方式。 |
| 冷却方式 | 水冷(依赖冷却液循环) 风冷(依赖空气对流) |
绝大多数现代汽车采用更高效的水冷式。 |
| 进气方式 | 自然吸气 增压式(涡轮或机械增压) |
增压方式能显著提升发动机功率和效率。 |
在电动化浪潮下,内燃机并未走向终结,反而正经历一场技术变革。
效率不断突破:当前中国量产汽油机的热效率已达到43%以上,混动专用发动机效率更是突破了45%,未来汽油机有效效率有望突破50%。
混合动力成主力:根据《节能与新能源汽车技术路线图3.0》,未来5-15年内燃机仍将是汽车的重要动力来源,且传统能源乘用车将全面混动化。混动技术成为内燃机转型升级的关键抓手。
零碳燃料探索:氢、甲醇、氨等低碳/零碳燃料在内燃机上的应用成为重要方向,这有望让内燃机实现“重生”。吉利等企业已在醇氢发动机上取得了全球领先的热效率成绩。