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。柴油機是當前產(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，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燃室式燃燒室，即在缸蓋上增加了一個渦流室或預燃室，柴油先被噴入渦流室或預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60年代后得到大量應用技術(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）