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，在此基礎上講解了車用發動機型式及主要技術，望可以為有關人員提供到一定的參考和幫助。

【關鍵詞】柴油發動機;先進技術;發展趨勢

1、前言

當前能源危機和環境污染問題的日益嚴重，節約資源，保護生態環境是世界各國的共同目標。柴油機是當前產業化中熱效能最高、最節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，主要有三大優點：（1）經濟。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，可通過現代技術處治。（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和電控技術，現代柴油機在動力性、加速性、舒適性指標上已經無異于汽油機。

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點。但是由于，目前氣體燃料技術尚處于發展階段，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泄漏和產生碰撞，造成安全隱患。其次是加氣站的建設問題。（2）相對于電動車，生產電能產生的污染更大，因為這僅僅是一種污染的轉移，況且由于電池技術存在著瓶頸，目前電動汽車還不具備大規模生產和使用條件。

2.3、柴油機發動機的主要問題

柴油發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，燃燒室內剩余空氣中的氧氣和氮氣很容易在高溫、高壓的條件下發生反應，而生成氮氧化物。燃燒區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，隨著柴油機技術的進步，其環保性能已大有改善。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展已經基本消除了黑煙。這主要得益于90年代以來柴油機技術的不斷創新發展，燃油供給、燃燒室設計和渦輪增壓方面的改良。

3、車用發動機型式及主要技術

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，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壓縮空氣旋轉熟讀的加大，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柴油機燃油系統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。隨著柴油機技術的發展.現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

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，由頂置凸輪軸驅動。它的最大優點是能夠減輕或者消除在柴油流動和噴射的過程中，在高壓油管內所形成的壓力波影響。因為這個壓力波會妨礙噴油系統與負荷、轉速的良好匹配，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（噴油泵的設計思想）或干脆不要高壓油管（泵噴嘴的設計思想），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定的供油規律。尤其是泵噴嘴，早在十幾年前已經用在通用汽車上，現在有電子技術的精確控制，使其性能得以提高。高壓噴油嘴式噴油系統可以自由調節噴射定時.噴射壓力高.但是對于轉速有較大的依賴.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.英國GE公司開發的機車柴油機電控噴油系統等。

3.5、渦輪增壓技術

廢氣渦輪增壓技術是上世紀60年代后得到大量應用技術，他利用排氣的能量來驅動一個渦輪壓氣機，以增加進氣壓力，從而大幅度提高發動機的功率輸出，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濟性。可變截面渦輪增壓系統可解決這個難題。該系統通過改變取決于轉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子的燃氣進口角，從而控制渦輪的可用能量。當發動機低速運轉時，調節渦輪面積，改善流經渦輪的廢氣能量和利用程度，從而使發動機的扭矩特性得到大幅度提高，廢氣排放品質也相應得到改善;發動機高速運轉時，由于增加了渦輪有效工作面積，不存在增壓器超速和發動機超壓的現象;發動機加速運轉時，通過調節渦輪面積.也可以在短時間內提供足夠的進氣量.改善其加速性能。

4、結束語

由上可知，為能夠節約資源，保護我國生態環境，車用柴油機的優勢十分明顯，其的能量轉換高，發展已經成熟。電控壓電共軌系統、HCCI均質混合燃燒等先進技術能夠進一步促進柴油機的發展。

參考文獻：

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（作者單位：江蘇省鹽城市致遠物流公司修理廠）