柴油機(jī)燃油消耗影響因素探析

孫茂元

前言

本文簡要論述了柴油機(jī)的特點(diǎn)及其燃油消耗的計(jì)量，對影響柴油機(jī)燃油消耗率的因素進(jìn)行了較為詳盡的分析并提出了一些減少柴油機(jī)燃油消耗量的措施。柴油機(jī)是制造裝備工業(yè)的中的一個重要行業(yè)，全世界各種類型的卡車、客車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工業(yè)機(jī)械、發(fā)電設(shè)備等都是以柴油機(jī)作為配套動力，在動力機(jī)械中占有重要的位置。如露天礦山用的特雷克斯TR50礦用自卸車，其裝配的便是進(jìn)口的Cummins QSX15柴油發(fā)動機(jī)。柴油機(jī)的燃油消耗是反映其經(jīng)濟(jì)性能的一個重要指標(biāo)，研究對柴油機(jī)燃油消耗產(chǎn)生影響的因素，對提高柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能具有重要的意義。

1、柴油機(jī)的特點(diǎn)

柴油機(jī)是以柴油為燃料來進(jìn)行做功的發(fā)動機(jī)，與汽油機(jī)相較，具有扭矩大、經(jīng)濟(jì)性能好的優(yōu)點(diǎn)。柴油機(jī)的工作過程與汽車機(jī)類似，也需要經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的工作循環(huán)，所不同的是其可燃混合氣的形成及點(diǎn)火方式。柴油機(jī)在進(jìn)氣行程中吸入氣缸的是純空氣，壓縮的也是空氣，在壓縮行程接近終了時，才將柴油經(jīng)噴油泵升壓，通過噴油器噴入氣缸，在很短時間內(nèi)與壓縮后的高溫空氣混合，形成可燃混合氣。柴油機(jī)的點(diǎn)火方式為壓燃而非點(diǎn)燃，這是與汽油機(jī)的重要區(qū)別之一。柴油機(jī)壓縮比高，所以壓縮終了時氣缸內(nèi)空氣壓力可達(dá)3.5-4.5MPa，同時溫度大大超過柴油的自燃溫度，柴油在噴入氣缸后，在很短時間內(nèi)與空氣混合后便立即自行發(fā)火燃燒，推動活塞做功。柴油機(jī)噴入燃料后，燃燒需要一定的時間，所以適合較低轉(zhuǎn)速下讓燃油充分燃燒以帶來大扭矩，而為了對抗氣缸內(nèi)高壓和大扭矩，柴油機(jī)的汽缸和活塞的連桿等零件要求具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，所以較汽油機(jī)更笨重，體積更大;相較于汽油機(jī)，柴油機(jī)的噴油泵與噴嘴制造精度要求更高，所以成本了比較高。此外，柴油機(jī)由于柴油的不易蒸發(fā)，在冬季冷車啟動時比較困難，工作噪音也比較大。

2、柴油機(jī)的燃油消耗計(jì)量

柴油機(jī)的燃油消耗的計(jì)量方式主要有燃油消耗率、百公里耗油量、小時耗油量。燃油消耗率反映的是柴油機(jī)在單位時間內(nèi)每千瓦功率所消耗的燃油量，是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中測量計(jì)算的相對指標(biāo)，燃油消耗率也是反映柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的重要指標(biāo)之一。在同等運(yùn)行條件下，柴油機(jī)的燃油消耗率越低，表示其經(jīng)濟(jì)性能就越好，燃油消耗量就越低。柴油機(jī)在實(shí)際的使用過程中，燃油消耗率是無法測量的，實(shí)際使用時通常是以100km油耗或小時油耗來作為衡量柴油機(jī)是否省油的標(biāo)準(zhǔn)。100km耗油量是柴油機(jī)在實(shí)際使用過程中衡量是否省油的通用方法，100km耗油量只能通過實(shí)際使用獲得，屬于經(jīng)驗(yàn)方法，而實(shí)際耗油量與柴油機(jī)的使用條件、載重噸位、駕駛習(xí)慣等均有關(guān)系。在同等的使用條件下，100km油耗越低，說明該柴油機(jī)越省油。對于一些農(nóng)用機(jī)械、工程機(jī)械、發(fā)電機(jī)組等用途的，且沒有行駛里程的柴油動力設(shè)備，還可以用柴油機(jī)在1h內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量（kg）來表示柴油機(jī)的耗油量，叫做小時耗油量，單位為kg/h。

3、影響柴油機(jī)燃油消耗率的因素分析

3.1燃油溫度對柴油機(jī)燃油消耗率的影響。溫度與柴油機(jī)燃油消耗率關(guān)系密切，這些溫度包括燃油溫度、柴油機(jī)進(jìn)氣溫度以及環(huán)境溫度。柴油的物理化學(xué)特性顯示，油體溫度越低，其密度就越大，體積變小，黏度提高。反之，油體溫度越高，則其密度會不斷變小，黏度不斷下降，體積則會不斷增大。柴油機(jī)的燃油噴射量由柱塞容積決定，當(dāng)柴油密度增大時，噴射入汽缸內(nèi)的柴油質(zhì)量也就增加，隨之柴油機(jī)的燃油消耗率也就上升;反之，當(dāng)柴油密度變小時，柴油機(jī)的燃油消耗率則會下降。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)柴油溫度提升12℃后，柴油機(jī)的燃油消耗率將會下降6.1g/KW·H，說明燃油溫度對柴油機(jī)燃油消耗具有重要影響。而在柴油機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中，其燃油供給裝置不具備溫度控制功能，燃油溫度會隨著環(huán)境溫度的變化而變化，在環(huán)境溫度較低時，可導(dǎo)致其燃油消耗率上升。

3.2燃油質(zhì)量對柴油機(jī)燃油消耗率的影響。毫無疑問，燃油質(zhì)量對于柴油機(jī)制的燃油消耗有著重要影響，燃油質(zhì)量低會導(dǎo)致柴油機(jī)燃油消耗率的上升。其中柴油黏度對柴油機(jī)供油量、霧化質(zhì)量和精密偶件潤滑影響較大。對于柴油機(jī)來說，燃油黏度達(dá)小，將會使柴油機(jī)供油系統(tǒng)有效供油量減少，對于柴油機(jī)的作功產(chǎn)生影響;反之，如果燃油黏度過大，則會使柴油機(jī)供油量增加，燃油消耗隨之上升，且燃燒不完全產(chǎn)生排氣管冒黑煙現(xiàn)象。柴油黏度過大或過小，都會在與空氣混合時產(chǎn)生不利影響，因此上，柴油機(jī)所用燃油應(yīng)保持適宜的黏度，以確保與空氣能夠形成均勻的可燃混合氣。柴油機(jī)供油系統(tǒng)的柱塞、出油閥、噴油嘴體等精密偶件主要靠柴油潤滑，如果柴油黏度過小，便會大大降低對以上精密偶件的潤滑效果，導(dǎo)致運(yùn)動阻力增大，偶件磨損加劇，降低柴油機(jī)制運(yùn)動性能，最終也會燃油消耗率的上升。

3.3柴油機(jī)維護(hù)保養(yǎng)對燃油消耗率的影響。經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，保持良好運(yùn)行狀態(tài)，是柴油機(jī)節(jié)油的最好措施。燃油噴霧與噴射定時不正常、汽缸漏氣、渦輪增壓器通流部件積污、進(jìn)氣與排氣系統(tǒng)堵塞以及冷卻水溫度不正常等，均會使燃油消耗增加。因此要按規(guī)定做好柴油機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)工作，以降低柴油機(jī)燃油消耗。柴油機(jī)在使用過程中，其各零部件會產(chǎn)生磨損、變形和腐蝕，從而使零部件原尺寸精度、幾何形狀和各項(xiàng)技術(shù)性能有所改變，由此導(dǎo)致柴油機(jī)技術(shù)性能逐漸下降，燃油消耗率也不斷上升。新出廠或大修后的柴油機(jī)在最初的磨合試運(yùn)轉(zhuǎn)階段，由于其各配合表面接觸不良，造成的摩擦功率損失較大，所以燃油消耗率也比較高。柴油機(jī)通過磨合期使用以后，可達(dá)到最佳工作狀態(tài)，燃油消耗率便穩(wěn)定在一個較低范圍內(nèi)。

3.4駕駛員操作水平對柴油機(jī)燃油消耗的影響。駕駛員的操作水平對柴油機(jī)的燃油消耗具有重要的影響，正確的駕駛操作可以大大降低柴油機(jī)的燃油消耗。具體來說，駕駛員的操作影響主要有以下幾個方面：一是能否掌握柴油機(jī)的最佳或是正常工作溫度。在駕駛中若能及時掌握發(fā)動機(jī)工作溫度情況，保持發(fā)動機(jī)的正常工作溫度，可以明顯起到節(jié)省燃油的作用;二是能否合理使用檔位，包括及時換檔和選擇最佳檔位。三是掌握柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速，多在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速下運(yùn)行具有明顯的節(jié)省燃油的效果。此外，低檔起步緩加速、正確使用滑行及空調(diào)等駕駛行為對柴油機(jī)的燃油消耗都具有一定的影響。

4、減小柴油機(jī)燃油消耗量的措施

根據(jù)上述影響柴油機(jī)燃油消耗率的因素分析結(jié)果，可以通過實(shí)施具有針對性的措施來減少柴油機(jī)燃油消耗量。首先是要保證柴油機(jī)的燃油品質(zhì)。目前，我國正處于國三柴油與國四柴油標(biāo)準(zhǔn)的升級過程中。按照標(biāo)準(zhǔn)，國三油的硫的含量在350ppm，國四硫含量50ppm。柴油含硫量越低，柴油質(zhì)量越高。我國柴油的品質(zhì)在不同地區(qū)表現(xiàn)不同，但差異并不明顯，通常通過正常渠道來獲得柴油，品質(zhì)基本是可以保證的。因此，在柴油機(jī)燃油的獲取與使用過程中，要加強(qiáng)對燃油獲取途徑的管理，不可因貪圖小利而為柴油機(jī)添加來路不明的燃油，盡量選擇中石化、中石油等企業(yè)的柴油。其次，使用中，為了更好的獲得燃油經(jīng)濟(jì)性，可采用相應(yīng)措施使燃油溫度下降，比如在燃油濾清器底座和發(fā)動機(jī)機(jī)體之間加裝隔熱襯墊。對于固定用途的柴油機(jī)，可以用風(fēng)扇或?qū)ｉT的冷卻水對濾清器和管路實(shí)施降溫。第三，加強(qiáng)柴油機(jī)的保養(yǎng)與維護(hù)。保養(yǎng)與維護(hù)工作對柴油機(jī)燃油消耗的影響前文已述，加強(qiáng)柴油機(jī)的保養(yǎng)與維護(hù)工作，勢必會非常有利于減少柴油機(jī)的燃油消耗量。因此，在柴油機(jī)的日常保養(yǎng)與維護(hù)工作中，要制訂嚴(yán)格的保養(yǎng)與維護(hù)計(jì)劃，要加強(qiáng)人員管理，落實(shí)保養(yǎng)與維護(hù)工作責(zé)任制度，提高柴油機(jī)的保養(yǎng)與維護(hù)力度，才能確保柴油機(jī)在最佳工作狀況下運(yùn)行，才能使燃油消耗保持在一個合理的水平上。

5、結(jié)束語

柴油機(jī)的應(yīng)用具有廣闊的前景，經(jīng)濟(jì)性能的突出是其重要的優(yōu)勢。燃油消耗率作為反映柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性的一個重要指標(biāo)，對其進(jìn)行更為深入的研究，找出對其產(chǎn)生影響的諸多因素，對進(jìn)一步提升柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能具有重要的促進(jìn)作用。