關(guān)于節(jié)能環(huán)保輕型單缸柴油機(jī)的設(shè)計分析

韋彩林

摘 要：隨著近年來科技的發(fā)展和在單缸柴油機(jī)設(shè)計方面的運(yùn)用，傳統(tǒng)的單缸柴油機(jī)因存在結(jié)構(gòu)陳舊、污染嚴(yán)重以及耗能大等問題已不能滿足新時期人們的需求，在國家鼓勵運(yùn)用環(huán)保技術(shù)促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品升級的大背景下，環(huán)保節(jié)能輕型單缸柴油機(jī)的設(shè)計與應(yīng)用已勢在必行，基于此，該文從技術(shù)開發(fā)的狀況入手，為新時期節(jié)能環(huán)保輕型95型柴油機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計進(jìn)行了積極探究分析，以期能為業(yè)內(nèi)同仁提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：節(jié)能環(huán)保 輕型單杠柴油機(jī) 設(shè)計

中圖分類號：TK422 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（c）-0057-01

1 技術(shù)開發(fā)狀況研究

在當(dāng)前的機(jī)械化發(fā)展過程中，綜合看來，在單缸柴油機(jī)的研發(fā)與設(shè)計方面，世界先進(jìn)企業(yè)的代表有日本的洋馬、久保田以及歐洲的哈茨、倫巴蒂尼等，就我國節(jié)能環(huán)保單缸柴油機(jī)研發(fā)而言，部分企業(yè)加強(qiáng)了對重量輕、體積小以及外形美觀單缸柴油機(jī)的研發(fā)，該次研究中，筆者以該公司輕95柴油機(jī)的研發(fā)為例，進(jìn)行了其在節(jié)能環(huán)保等方面的設(shè)計研究[1]。

2 技術(shù)線路的確定

在研發(fā)輕95單缸柴油機(jī)的過程中，該公司對8～10千瓦功率檔次柴油機(jī)的開發(fā)情況進(jìn)行了調(diào)研，此外，在節(jié)能方面，我公司對輕量化節(jié)能產(chǎn)品的市場需求進(jìn)行了分析探討，最終制定了研發(fā)輕95型單缸柴油機(jī)的目標(biāo)和方案，其中，對平衡性進(jìn)行了三維造型計算和評估，對曲軸、連桿等進(jìn)行了有限元分析，此外，還對直噴燃燒系統(tǒng)的噴油器、燃燒室等進(jìn)行了多方案設(shè)計，在對主要運(yùn)動件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，分系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，包括油泵選型、燃油系統(tǒng)噴油器以及活塞連桿總成等，并在設(shè)計的基礎(chǔ)上對工作圖進(jìn)行了嚴(yán)格的評審，在合格后實施了個別零部件的試制，并在后續(xù)研究中裝配樣機(jī)，進(jìn)行了機(jī)械性能的調(diào)試，并針對供油系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)以及直噴燃油系統(tǒng)進(jìn)行了多方案試驗，并確定出了最佳方案，在通過樣機(jī)評審后，該公司投入小批量生產(chǎn)，并在后續(xù)研究中將其投放市場進(jìn)行檢驗，根據(jù)市場需求等進(jìn)行了消聲器和空濾器的改進(jìn)設(shè)計，完善了輕95型單缸柴油機(jī)的設(shè)計[2]。

3 技術(shù)水平分析

3.1 對輕95柴油機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計

（1）獨(dú)特的直噴燃燒系統(tǒng)設(shè)計。該公司在設(shè)計的過程中，針對直噴燃油系統(tǒng)進(jìn)行了獨(dú)特設(shè)計，由八角形燃燒室、長彎管氣道以及P型油嘴組成，除此之外，該公司還提高了專用噴油泵的泵端壓力，使得排放指標(biāo)實現(xiàn)了優(yōu)秀性，直噴燃燒系統(tǒng)獲得了極佳的經(jīng)濟(jì)效益，最大扭矩點(diǎn)燃油消耗率為207.8 g/kW·h，而其標(biāo)定工況燃油消耗率為215.2 g/kW·h，205 g/kW·h為其外特性最低燃油消耗率，均達(dá)國際先進(jìn)指標(biāo)要求，遠(yuǎn)領(lǐng)先于國內(nèi)的相關(guān)設(shè)計，經(jīng)該公司對創(chuàng)新設(shè)計的排放系統(tǒng)進(jìn)行試驗顯示，CH=1.0 g/kW·h，PM=0.6 g/kW·h、CO=4.3 g/kW·h、NOx=4.4 g/kW·h而我國相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)排放要求為，CO≤6.6 g/kW·h、PM≤0.8 g/kW·h、NOx+HC≤9.5 g/kW·h，相比之下，該公司的設(shè)計超過了我國非道路國II標(biāo)準(zhǔn)排放要求[3]。

（2）質(zhì)量輕巧，達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)要求。該公司的設(shè)計的全套運(yùn)動件十分輕巧，傳統(tǒng)的R190柴油機(jī)比質(zhì)量13.6 kg/kW，而該公司設(shè)計的輕95柴油機(jī)質(zhì)量達(dá)到了11.6 g/kW，相比之下，明顯輕當(dāng)然也符合國家高效單缸機(jī)的技術(shù)指標(biāo)要求，質(zhì)量輕巧，適用性強(qiáng)。

（3）曲軸結(jié)構(gòu)的精心設(shè)計。該公司針對曲軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精心設(shè)計，使得整機(jī)體積和質(zhì)量整體下降，由此實現(xiàn)了生產(chǎn)成本的有效降低，且設(shè)計后機(jī)器的平穩(wěn)性可媲美于雙軸平衡的的柴油機(jī)，增加了單缸柴油機(jī)的使用穩(wěn)定性。

（4）典型的等剛度曲柄臂設(shè)計。該公司在設(shè)計方面運(yùn)用了等剛度曲柄臂設(shè)計，此外還在設(shè)計的過程中運(yùn)用了獨(dú)特的卸載槽結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上形成了鮮明的柔性曲軸設(shè)計，增大了機(jī)器運(yùn)用過程中的可靠性。

（5）緊湊的外觀設(shè)計。該次設(shè)計中，該公司實施了緊湊合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和全新的外觀設(shè)計，使得機(jī)的外觀新穎獨(dú)特，在樣機(jī)的試驗過程中，受到了用戶的一致好評，實現(xiàn)了外觀設(shè)計與內(nèi)在設(shè)計的高度統(tǒng)一。

3.2 項目的可靠性和成熟度

（1）該產(chǎn)品具有較好的可靠性。該公司設(shè)計的輕95型單缸柴油機(jī)在設(shè)計后進(jìn)行了充分的樣機(jī)試驗，并在此基礎(chǔ)上對樣機(jī)進(jìn)行500 h全速全負(fù)荷試驗考核，綜合考核的統(tǒng)計情況來看，該公司設(shè)計的輕95機(jī)型的經(jīng)濟(jì)型、動力性以及可靠性指標(biāo)均達(dá)到了先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）該項目的生產(chǎn)技術(shù)的成熟度方面。我公司在進(jìn)行輕95型單缸柴油機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計與研發(fā)時，參照了R190單缸柴油機(jī)，整機(jī)的通用性的零件比較多，并且設(shè)計中有著完整的柴油機(jī)生產(chǎn)配套體系，而輕95型單缸柴油機(jī)的最關(guān)鍵零件，即機(jī)體，是由該公司對生產(chǎn)R190單缸柴油機(jī)的生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后實施生產(chǎn)的，這次設(shè)計、研發(fā)過程中，我公司對輕95型單缸柴油機(jī)所用到的主要零件進(jìn)行了精心的研究設(shè)計，諸如活塞、缸蓋等等，基于此，我們有理由堅信，輕95柴油機(jī)在生產(chǎn)工藝上是完全有保證的[3]。

3.3 產(chǎn)品的節(jié)能環(huán)保效益分析

根據(jù)該公司進(jìn)行的樣機(jī)試驗及分析情況來看，相比于R190柴油機(jī)，新設(shè)計的單缸柴油機(jī)的比質(zhì)量降低了15%，另一方面，新設(shè)計的機(jī)器標(biāo)定功率燃油耗降低了19%，并且其標(biāo)定功率提高了26%，其表現(xiàn)出更節(jié)能、功率更足以及更加節(jié)材的優(yōu)勢，

相比于國II排放標(biāo)準(zhǔn)，輕95型單缸柴油機(jī)一氧化碳少排放2.3 g/kW·h，碳?xì)浠衔?氮氧化合物少排放4.1 g/kW·h，顆粒物少排放0.2 g/kW·h，以一年時間為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算，其標(biāo)定功率8.8 kW，一年工作300 h，按我公司每年生產(chǎn)輕95柴油機(jī)3萬臺的標(biāo)準(zhǔn)，則一年可減少：減少排放一氧化碳182 t，和減少排放碳?xì)浠衔?氮氧化合物325 t，以及少排放顆粒物少排放16 t，根據(jù)以上分析計算，可看出其節(jié)能環(huán)保方面的卓越效益，為其將來的大規(guī)模運(yùn)用打下了基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

綜上所述，該公司研發(fā)設(shè)計的輕95型單缸柴油機(jī)為用戶提供了新一代的環(huán)保動力，在此基礎(chǔ)上推動了新時期節(jié)能環(huán)保輕型單缸柴油機(jī)的發(fā)展與運(yùn)用，也全面提高了該公司的產(chǎn)品競爭能力，為柴油機(jī)行業(yè)的發(fā)展注入了新的血液，促進(jìn)了未來發(fā)展中人與自然地更和諧發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2] 徐海枝，左承基.一種新型柔性單缸柴油機(jī)機(jī)體水壓試驗機(jī)設(shè)計及應(yīng)用[J].液壓與氣動，2013，7：67-70.

[3] 馮明志.船用柴油機(jī)自主創(chuàng)新與節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展[C]//上海市造船工程學(xué)會.2011：4.