關于節能環保輕型單缸柴油機的設計分析

韋彩林

摘 要：隨著近年來科技的發展和在單缸柴油機設計方面的運用，傳統的單缸柴油機因存在結構陳舊、污染嚴重以及耗能大等問題已不能滿足新時期人們的需求，在國家鼓勵運用環保技術促進機械產品升級的大背景下，環保節能輕型單缸柴油機的設計與應用已勢在必行，基于此，該文從技術開發的狀況入手，為新時期節能環保輕型95型柴油機的創新設計進行了積極探究分析，以期能為業內同仁提供有益的參考。

關鍵詞：節能環保 輕型單杠柴油機 設計

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

1 技術開發狀況研究

在當前的機械化發展過程中，綜合看來，在單缸柴油機的研發與設計方面，世界先進企業的代表有日本的洋馬、久保田以及歐洲的哈茨、倫巴蒂尼等，就我國節能環保單缸柴油機研發而言，部分企業加強了對重量輕、體積小以及外形美觀單缸柴油機的研發，該次研究中，筆者以該公司輕95柴油機的研發為例，進行了其在節能環保等方面的設計研究[1]。

2 技術線路的確定

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

3 技術水平分析

3.1 對輕95柴油機的關鍵技術創新設計

（1）獨特的直噴燃燒系統設計。該公司在設計的過程中，針對直噴燃油系統進行了獨特設計，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，使得排放指標實現了優秀性，直噴燃燒系統獲得了極佳的經濟效益，最大扭矩點燃油消耗率為207.8 g/kW·h，而其標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，均達國際先進指標要求，遠領先于國內的相關設計，經該公司對創新設計的排放系統進行試驗顯示，CH=1.0 g/kW·h，PM=0.6 g/kW·h、CO=4.3 g/kW·h、NOx=4.4 g/kW·h而我國相應標準排放要求為，CO≤6.6 g/kW·h、PM≤0.8 g/kW·h、NOx+HC≤9.5 g/kW·h，相比之下，該公司的設計超過了我國非道路國II標準排放要求[3]。

（2）質量輕巧，達到了技術指標要求。該公司的設計的全套運動件十分輕巧，傳統的R190柴油機比質量13.6 kg/kW，而該公司設計的輕95柴油機質量達到了11.6 g/kW，相比之下，明顯輕當然也符合國家高效單缸機的技術指標要求，質量輕巧，適用性強。

（3）曲軸結構的精心設計。該公司針對曲軸結構進行了精心設計，使得整機體積和質量整體下降，由此實現了生產成本的有效降低，且設計后機器的平穩性可媲美于雙軸平衡的的柴油機，增加了單缸柴油機的使用穩定性。

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

（5）緊湊的外觀設計。該次設計中，該公司實施了緊湊合理的結構設計和全新的外觀設計，使得機的外觀新穎獨特，在樣機的試驗過程中，受到了用戶的一致好評，實現了外觀設計與內在設計的高度統一。

3.2 項目的可靠性和成熟度

（1）該產品具有較好的可靠性。該公司設計的輕95型單缸柴油機在設計后進行了充分的樣機試驗，并在此基礎上對樣機進行500 h全速全負荷試驗考核，綜合考核的統計情況來看，該公司設計的輕95機型的經濟型、動力性以及可靠性指標均達到了先進標準。

（2）該項目的生產技術的成熟度方面。我公司在進行輕95型單缸柴油機的創新設計與研發時，參照了R190單缸柴油機，整機的通用性的零件比較多，并且設計中有著完整的柴油機生產配套體系，而輕95型單缸柴油機的最關鍵零件，即機體，是由該公司對生產R190單缸柴油機的生產線進行優化改進后實施生產的，這次設計、研發過程中，我公司對輕95型單缸柴油機所用到的主要零件進行了精心的研究設計，諸如活塞、缸蓋等等，基于此，我們有理由堅信，輕95柴油機在生產工藝上是完全有保證的[3]。

3.3 產品的節能環保效益分析

根據該公司進行的樣機試驗及分析情況來看，相比于R190柴油機，新設計的單缸柴油機的比質量降低了15%，另一方面，新設計的機器標定功率燃油耗降低了19%，并且其標定功率提高了26%，其表現出更節能、功率更足以及更加節材的優勢，

相比于國II排放標準，輕95型單缸柴油機一氧化碳少排放2.3 g/kW·h，碳氫化合物+氮氧化合物少排放4.1 g/kW·h，顆粒物少排放0.2 g/kW·h，以一年時間為標準進行計算，其標定功率8.8 kW，一年工作300 h，按我公司每年生產輕95柴油機3萬臺的標準，則一年可減少：減少排放一氧化碳182 t，和減少排放碳氫化合物+氮氧化合物325 t，以及少排放顆粒物少排放16 t，根據以上分析計算，可看出其節能環保方面的卓越效益，為其將來的大規模運用打下了基礎。

4 結語

綜上所述，該公司研發設計的輕95型單缸柴油機為用戶提供了新一代的環保動力，在此基礎上推動了新時期節能環保輕型單缸柴油機的發展與運用，也全面提高了該公司的產品競爭能力，為柴油機行業的發展注入了新的血液，促進了未來發展中人與自然地更和諧發展。

參考文獻

[1] 戴國平.95缸徑的節能環保輕型單缸柴油機的設計[J].內燃機與配件，2012，5：30-31.

[2] 徐海枝，左承基.一種新型柔性單缸柴油機機體水壓試驗機設計及應用[J].液壓與氣動，2013，7：67-70.

[3] 馮明志.船用柴油機自主創新與節能減排技術發展[C]//上海市造船工程學會.2011：4.