淺談柴油機的綜合特性

梅干

【摘? 要】文章主要是分析了柴油機的特點，在此基礎(chǔ)上講解了車用發(fā)動機型式及主要技術(shù)，望可以為有關(guān)人員提供到一定的參考和幫助。

【關(guān)鍵詞】柴油發(fā)動機;先進技術(shù);發(fā)展趨勢

1、前言

當(dāng)前能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴重，節(jié)約資源，保護生態(tài)環(huán)境是世界各國的共同目標(biāo)。柴油機是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)化中熱效能最高、最節(jié)約以及有害廢氣排放量最少的機型，收到了各國的共同重視，為此文章對車用柴油機展開了研究和探討。

2、柴油機的特點

2.1、柴油機相對于汽油機的特點

柴油機與汽油機相比，主要有三大優(yōu)點：（1）經(jīng)濟。首先，每單位柴油的能量含量比汽油高;其次，柴油機的壓燃特性，使其熱效率比汽機高。一般柴油機的油耗要比汽油機的低30%～40%。（2）環(huán)保。一般來說，機動車的主要排放物有一氧化碳、碳氫化合物、二氧化碳、顆粒物和氮氧化物。相對而言柴油機的一氧化碳、碳氫化合物和二氧化碳排放量極低，但在顆粒物和氮氧化物的排放控制上要比汽油機更難處理。這是柴油機本身的特性造成的，可通過現(xiàn)代技術(shù)處治。（3）柴油機低速大扭矩的特性，為汽車提供了更好的使用性能。通過采用先進的燃油噴射技術(shù)和電控技術(shù)，現(xiàn)代柴油機在動力性、加速性、舒適性指標(biāo)上已經(jīng)無異于汽油機。

2.2、柴油機動力與其他動力的比較

（1）氣體燃燒具有低NOx.低微粒排放.蘊藏量豐富等一些潛在的優(yōu)點。但是由于，目前氣體燃料技術(shù)尚處于發(fā)展階段，特別是在中國，氣體燃料都是在一定的壓力下工作，在運輸和工作中可能會出現(xiàn)泄漏和產(chǎn)生碰撞，造成安全隱患。其次是加氣站的建設(shè)問題。（2）相對于電動車，生產(chǎn)電能產(chǎn)生的污染更大，因為這僅僅是一種污染的轉(zhuǎn)移，況且由于電池技術(shù)存在著瓶頸，目前電動汽車還不具備大規(guī)模生產(chǎn)和使用條件。

2.3、柴油機發(fā)動機的主要問題

柴油發(fā)動機存在的主要問題就是氮氧化物和黑色的碳煙。柴油機在燃燒時的壓力和溫度都高于汽油機，吸入燃燒室里的空氣也較多，燃燒室內(nèi)剩余空氣中的氧氣和氮氣很容易在高溫、高壓的條件下發(fā)生反應(yīng)，而生成氮氧化物。燃燒區(qū)域中油滴周圍的含氧量相對柴油汽較低，影響了柴油的充分燃燒，這將導(dǎo)致碳煙（燃油中未燃燒的碳）的排放，也就是顆粒物。不過，隨著柴油機技術(shù)的進步，其環(huán)保性能已大有改善。自1998年以來，新型公路用柴油機的顆粒物排放量已降低了83%，氮氧化物的排放量也已降低了63%，達到歐洲或歐洲的柴油機發(fā)展已經(jīng)基本消除了黑煙。這主要得益于90年代以來柴油機技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，燃油供給、燃燒室設(shè)計和渦輪增壓方面的改良。

3、車用發(fā)動機型式及主要技術(shù)

3.1、預(yù)燃式和直噴式柴油機

早期的柴油機較多采用渦流室式或預(yù)燃室式燃燒室，即在缸蓋上增加了一個渦流室或預(yù)燃室，柴油先被噴入渦流室或預(yù)燃室與空氣混合燃燒然后再與汽缸內(nèi)的空氣混合燃燒，這種形式的柴油機就叫做非直噴式。非直噴式柴油機噪聲小，運行平穩(wěn)，制造成本較低。所謂直噴式柴油機就是把柴油直接噴入氣缸進行燃燒，由于噴油壓力力的提高以及缸內(nèi)壓縮空氣旋轉(zhuǎn)熟讀的加大，使得直接的燃燒狀況大大改善

3.2、噴油泵-噴油器和單體泵技術(shù)柴油機燃油系統(tǒng)主要是高壓油泵和噴油器.先期廣泛采用的是整體是高壓泵.通過單獨的高壓油管將柴油經(jīng)噴油器噴入氣缸。其缺點是燃油的噴油時機難以控制，而且體積大，管線長，布置困難。隨著柴油機技術(shù)的發(fā)展.現(xiàn)在又興起一種單體式噴油泵形式（稱為單體泵）.它實際上是將整體式噴油泵化整為零.發(fā)動機每個氣缸燃油噴射由各自的獨立噴射單元來完成。

3.3、泵噴嘴技術(shù)

噴油泵與噴油嘴之間用一根很短的高壓油管相連，而對于單體泵而言，很短的高壓油管相連，而對于泵噴嘴而言，噴油泵與噴油嘴組合為一體，直接安裝在柴油機氣缸蓋上，由頂置凸輪軸驅(qū)動。它的最大優(yōu)點是能夠減輕或者消除在柴油流動和噴射的過程中，在高壓油管內(nèi)所形成的壓力波影響。因為這個壓力波會妨礙噴油系統(tǒng)與負荷、轉(zhuǎn)速的良好匹配，并會隨著高壓管的長度增長而增大。因此，縮短高壓油管的長度（噴油泵的設(shè)計思想）或干脆不要高壓油管（泵噴嘴的設(shè)計思想），減少柱塞與噴油嘴之間的高壓容積，可以得到接近于凸輪輪廓線所規(guī)定的供油規(guī)律。尤其是泵噴嘴，早在十幾年前已經(jīng)用在通用汽車上，現(xiàn)在有電子技術(shù)的精確控制，使其性能得以提高。高壓噴油嘴式噴油系統(tǒng)可以自由調(diào)節(jié)噴射定時.噴射壓力高.但是對于轉(zhuǎn)速有較大的依賴.適合與較大型的柴油機匹配.其代表是英國的盧卡斯（Lucas）公司載重車用柴油機噴油系統(tǒng).英國GE公司開發(fā)的機車柴油機電控噴油系統(tǒng)等。

3.5、渦輪增壓技術(shù)

廢氣渦輪增壓技術(shù)是上世紀(jì)60年代后得到大量應(yīng)用技術(shù)，他利用排氣的能量來驅(qū)動一個渦輪壓氣機，以增加進氣壓力，從而大幅度提高發(fā)動機的功率輸出，同時減少燃油消耗.降低排放.目前這一技術(shù)在柴油機上得到廣泛應(yīng)用.歐美的柴油機約95%都采用廢氣渦輪增壓。但是增壓器自身的慣量使得發(fā)動機的加速響應(yīng)和低速性能受到影響，造成低速扭矩下降、排煙增加。要想彌補這一缺陷，簡單的方法是犧牲高速性能或犧牲一定的經(jīng)濟性。可變截面渦輪增壓系統(tǒng)可解決這個難題。該系統(tǒng)通過改變?nèi)Q于轉(zhuǎn)速或流量的渦輪葉片角度可同時控制由導(dǎo)向葉片中通道寬度所決定的有效渦輪面積和轉(zhuǎn)子的燃氣進口角，從而控制渦輪的可用能量。當(dāng)發(fā)動機低速運轉(zhuǎn)時，調(diào)節(jié)渦輪面積，改善流經(jīng)渦輪的廢氣能量和利用程度，從而使發(fā)動機的扭矩特性得到大幅度提高，廢氣排放品質(zhì)也相應(yīng)得到改善;發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時，由于增加了渦輪有效工作面積，不存在增壓器超速和發(fā)動機超壓的現(xiàn)象;發(fā)動機加速運轉(zhuǎn)時，通過調(diào)節(jié)渦輪面積.也可以在短時間內(nèi)提供足夠的進氣量.改善其加速性能。

4、結(jié)束語

由上可知，為能夠節(jié)約資源，保護我國生態(tài)環(huán)境，車用柴油機的優(yōu)勢十分明顯，其的能量轉(zhuǎn)換高，發(fā)展已經(jīng)成熟。電控壓電共軌系統(tǒng)、HCCI均質(zhì)混合燃燒等先進技術(shù)能夠進一步促進柴油機的發(fā)展。

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（作者單位：江蘇省鹽城市致遠物流公司修理廠）