淺談柴油機的技術發展

熊振林，左 遷

（九江職業技術學院船舶工程學院，江西 九江 332007）

1 簡介

柴油發動機的工作過程其實跟汽油發動機一樣的，需要經歷四個工作循環，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上是粘性比較大，所以造成其在質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，柴油機的改良發展過程主要就是針對其噴油系統而言的，每一代柴油機的改良發展都可以說是新技術的應用。

2 柴油機的三次技術飛躍

到目前為止，柴油機的技術發展可總結為三次重大的飛躍，第一次是機械式燃油系統的采用，第二次是中冷增壓技術的采用，第三次是電控噴射技術的廣泛使用，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 機械式燃油系統的使用

機械式燃油系統主要應用于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，即使用的泵主體與原來般噴油泵相同，或者是繼續使用原泵體；只是在供油和供油量調節的機構中，通過用電控單元（ECU）為核心的位置伺服控制系統來代替原來的柱塞泵或分配泵中的機械式離心調速器和提前供油兩項裝置的功能而已，實現了供油量和噴油系統的定時的自動調節，因而該種燃油系統也被稱為位置控制式電控燃油噴射系統。

2.2 中冷增壓技術的使用

增壓中冷技術就是使用一個渦輪增壓器，將新鮮空氣壓縮后經中間冷卻器冷卻降溫，然后再經進氣歧管、進氣門流至汽缸燃燒室。有效的中冷技術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濟性。其實，中冷增壓技術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。它是利用發動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪，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。當發動機轉速增快，廢氣提出速度與渦輪轉速也同步增快，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，相應增加燃料和調整一下發動機的轉速，就可以增加發動機的輸出功率。

渦輪增壓技術利用了一個能量的回收裝置，將發動機的排氣能量經排氣渦輪轉換為壓氣渦輪能量，然后將發動機進氣壓縮，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 電控噴射技術的使用

技術都是不斷向前推進的，現階段廣泛使用的噴油技術是電控共軌技術系統。換言之，柴油機從利用電子技術控制燃油噴射角度，技術進步同樣也經歷了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。位置控制系統保留了傳統的機械式泵、噴油及供油調節機構的結構型式（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行器—電動機（調速器）代替機械離心式調速器。時間控制系統既保留了傳統的機械式泵、噴油結構型式，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。電控共軌系統是迄今為止柴油機電控噴油技術中，結構最完善、性能最先進、技術難度最大的電控噴油系統。

3 柴油機的發展前景

對于柴油機的發展，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展。我國特大型排量的柴油機發展經歷幾年的磨煉，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，車用柴油機進入10L以上超重型特大排量時期。

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

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上最大的難題還是質量的問題，總結起來還是它的噴油技術的問題。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的發展。目前，雖然柴油機的電控技術還不如汽油機那樣成熟，但是由于柴油機特有的經濟性、耐久性和良好的排放性能，柴油機的市場還是很大的。未來發展肯定朝著精確的電子控制方面發展了，自模糊控制理論在全世界范圍內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，未來柴油機的發展必然會朝著應用模糊控制的方向發展。應用模糊控制技術來操控，達到柴油機噴油系統的精確控制才是真正的發展之路。

4 結語

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

[1]王新宅,柴油機起動過程試驗與仿真研究[D].上海交通大學，2010.

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