淺談柴油機的技術(shù)發(fā)展

熊振林，左 遷

（九江職業(yè)技術(shù)學院船舶工程學院，江西 九江 332007）

1 簡介

柴油發(fā)動機的工作過程其實跟汽油發(fā)動機一樣的，需要經(jīng)歷四個工作循環(huán)，即進氣、壓縮、作功、排氣四個工作行程。但是柴油機使用的是柴油，我們知道柴油的性能參數(shù)上是粘性比較大，所以造成其在質(zhì)量上體積上比較大的，同時會使得噴油的摩擦比較大，油路很容易堵塞，所以在柴油機機器散熱上也是個令人頭疼的問題。對此，柴油機的改良發(fā)展過程主要就是針對其噴油系統(tǒng)而言的，每一代柴油機的改良發(fā)展都可以說是新技術(shù)的應用。

2 柴油機的三次技術(shù)飛躍

到目前為止，柴油機的技術(shù)發(fā)展可總結(jié)為三次重大的飛躍，第一次是機械式燃油系統(tǒng)的采用，第二次是中冷增壓技術(shù)的采用，第三次是電控噴射技術(shù)的廣泛使用，每一步的飛躍都在一定程度上提高了柴油燃燒率，降低了污染排放。

2.1 機械式燃油系統(tǒng)的使用

機械式燃油系統(tǒng)主要應用于20世紀70年代，其特點是不需要改變原來的機械式供油裝置和噴射系統(tǒng)，即使用的泵主體與原來般噴油泵相同，或者是繼續(xù)使用原泵體；只是在供油和供油量調(diào)節(jié)的機構(gòu)中，通過用電控單元（ECU）為核心的位置伺服控制系統(tǒng)來代替原來的柱塞泵或分配泵中的機械式離心調(diào)速器和提前供油兩項裝置的功能而已，實現(xiàn)了供油量和噴油系統(tǒng)的定時的自動調(diào)節(jié)，因而該種燃油系統(tǒng)也被稱為位置控制式電控燃油噴射系統(tǒng)。

2.2 中冷增壓技術(shù)的使用

增壓中冷技術(shù)就是使用一個渦輪增壓器，將新鮮空氣壓縮后經(jīng)中間冷卻器冷卻降溫，然后再經(jīng)進氣歧管、進氣門流至汽缸燃燒室。有效的中冷技術(shù)可使增壓溫度下降到50℃以下，這樣就可以減少廢氣的排放及提高燃油的經(jīng)濟性。其實，中冷增壓技術(shù)就是要將空氣冷卻來增加其體積，通過進一步的壓縮空氣來增加進氣量。它是利用發(fā)動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器送來的空氣，使之增壓進入氣缸。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速增快，廢氣提出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料和調(diào)整一下發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動機的輸出功率。

渦輪增壓技術(shù)利用了一個能量的回收裝置，將發(fā)動機的排氣能量經(jīng)排氣渦輪轉(zhuǎn)換為壓氣渦輪能量，然后將發(fā)動機進氣壓縮，并借助空中冷器冷卻，這樣就增加了吸氣壓力，可以順利地將空氣送入氣缸與燃油混合燃燒，從而有效增大柴油機的空燃比，幫助燃油，使柴油機的指示功率增大，經(jīng)濟性提高，同時因為在增壓燃燒中有過量空氣，能有效降低廢氣中的NOx和CO的含量，因此降低了排氣污染。

2.3 電控噴射技術(shù)的使用

技術(shù)都是不斷向前推進的，現(xiàn)階段廣泛使用的噴油技術(shù)是電控共軌技術(shù)系統(tǒng)。換言之，柴油機從利用電子技術(shù)控制燃油噴射角度，技術(shù)進步同樣也經(jīng)歷了3個階段：一是，凸輪壓油+位置控制；二是，凸輪壓油+電磁閥時間控制；三是，凸輪壓油+共軌蓄壓+電磁閥時間-壓力控制。位置控制系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)的機械式泵、噴油及供油調(diào)節(jié)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式（如噴油泵、高壓油管、噴油器、供油拉桿或齒條、帶螺旋槽的柱塞等），只是采用單片機控制器指令執(zhí)行器—電動機（調(diào)速器）代替機械離心式調(diào)速器。時間控制系統(tǒng)既保留了傳統(tǒng)的機械式泵、噴油結(jié)構(gòu)型式，也可用新型的高壓（130～200MPa）供油泵，但以高速電磁閥直接控制高壓柴油噴射。電控共軌系統(tǒng)是迄今為止柴油機電控噴油技術(shù)中，結(jié)構(gòu)最完善、性能最先進、技術(shù)難度最大的電控噴油系統(tǒng)。

3 柴油機的發(fā)展前景

對于柴油機的發(fā)展，主要集中在向大功率、輕量化、降低燃油消耗率和降低排放量上發(fā)展。我國特大型排量的柴油機發(fā)展經(jīng)歷幾年的磨煉，也慢慢成熟起來。2003年是準重型柴油機密集投放時期，排量集中在7L；2005年為重型柴油機第一階段時期，排量集中在8L以上；2006年為重型第二階段時期，排量在9～10L；2008年下半年至今，各主要廠家10L以上柴油機開始集中問世或批量生產(chǎn)，車用柴油機進入10L以上超重型特大排量時期。

目前，農(nóng)村柴油機有一定的保有量，它的主要應用是農(nóng)用機械。這些柴油機主要是小缸徑多缸機，就目前的農(nóng)用機大多是S系列產(chǎn)品，這些柴油機的性能并不是很好，它的發(fā)展方向就是要提高配套柴油機的匹配性，提高產(chǎn)品的技術(shù)水平。應用現(xiàn)代設計技術(shù)，逐步提高產(chǎn)品智能化水平；進一步發(fā)展高效率、高壓比渦輪增壓系統(tǒng)及中冷技術(shù)；提高燃燒效率和機械效率等。在功率不變的情況下，需要通過降低結(jié)構(gòu)重量來降低柴油機的質(zhì)量。

至于柴油機在小汽車中的應用，為了柴油機應用在小型汽車行業(yè)上最大的難題還是質(zhì)量的問題，總結(jié)起來還是它的噴油技術(shù)的問題。從某個方面上講柴油機在工作中對高壓噴油的特殊要求，在一定程度上制約了柴油機電控技術(shù)的發(fā)展。目前，雖然柴油機的電控技術(shù)還不如汽油機那樣成熟，但是由于柴油機特有的經(jīng)濟性、耐久性和良好的排放性能，柴油機的市場還是很大的。未來發(fā)展肯定朝著精確的電子控制方面發(fā)展了，自模糊控制理論在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應用以后，日本又在模糊控制應用方面取得了廣闊的應用前景，未來柴油機的發(fā)展必然會朝著應用模糊控制的方向發(fā)展。應用模糊控制技術(shù)來操控，達到柴油機噴油系統(tǒng)的精確控制才是真正的發(fā)展之路。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代科技水平的提高，未來柴油機的技術(shù)發(fā)展一定會取得突破性進展的。實用科技的發(fā)展要能夠體現(xiàn) “以人為本”的思想，否則，都會失去它的市場。所以，柴油機的發(fā)展也會朝著這樣的方向上去。從機械式燃油系統(tǒng)到中冷增壓式再到電控噴油技術(shù)，這樣的發(fā)展歷程正體現(xiàn)著人類文明的進步以及對人力的解放。

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[3].高書堂,高國強.柴油機燃油系統(tǒng)和匹配[M].北京：北京理工大學出版社,2005.