某型渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)特性分析研究設(shè)計(jì)【LB4】

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Modern high performance diesel engines due to the thermal efficiency than gasoline higher, less emissions than a gasoline engine, to power cars is widely used.This paper describes the characteristics of a turbocharged diesel engine, diesel engine developments were summarized, their trends are analyzed. And the analysis of the characteristics of a turbocharged diesel engine research.Key words: Diesel engine ；Development ；Research status1、 研究柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的科學(xué)意義及目的發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力機(jī)械，主要為其他工作機(jī)械提供必要的動(dòng)力。對(duì)汽車(chē)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)作為其心臟，其輸出特性直接影響車(chē)輛的行駛特性。因此，了解和掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，對(duì)有效利用動(dòng)力源，以及提高整車(chē)性能具有重要意義。而發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出特性主要通過(guò)其動(dòng)力性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)以及排放性能指標(biāo)等隨發(fā)動(dòng)機(jī)使用工況的變化特性來(lái)表現(xiàn)出來(lái)。所以研究發(fā)動(dòng)機(jī)特性的主要目的，在于正確評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，為汽車(chē)或其他工作機(jī)械正確選用動(dòng)力源提供依據(jù)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)特性的評(píng)價(jià)與分析，為進(jìn)一步改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能使之與整車(chē)性能良好匹配提供有效途徑。而柴油機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)重要的一大類(lèi)，也極具有研究意義。二、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)狀 現(xiàn)代的高性能柴油機(jī)由于熱效率比汽油機(jī)高、污染物排放比汽油機(jī)少，作為汽車(chē)動(dòng)力應(yīng)用日益廣泛。西歐國(guó)家不但載貨汽車(chē)和客車(chē)使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，而且轎車(chē)采用柴油機(jī)的比例也相當(dāng)大。最近，美國(guó)聯(lián)邦政府能源部和以美國(guó)三大汽車(chē)公司為代表的美國(guó)汽車(chē)研究所理事會(huì)正在開(kāi)發(fā)新一代經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)同樣將柴油機(jī)作為動(dòng)力配置。經(jīng)過(guò)多年的研究、大量新技術(shù)的應(yīng)用，柴油機(jī)最大的問(wèn)題煙度和噪聲取得重大突破，達(dá)到了汽油機(jī)的水平。下面是國(guó)外柴油機(jī)應(yīng)用的一些先進(jìn)技術(shù)：一、國(guó)外柴油機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 現(xiàn)代的調(diào)整高性能柴油機(jī)由于熱效率比汽油機(jī)高、污染物排放比汽油機(jī)少，作為汽車(chē)動(dòng)力應(yīng)用日益廣泛。西歐國(guó)家不但載貨汽車(chē)和客車(chē)使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，而且轎車(chē)采用柴油機(jī)的比例也相當(dāng)大。最近， 美國(guó)聯(lián)邦政府能源部和以美國(guó)三大汽車(chē)公司為代表的美國(guó)汽車(chē)研究所理事會(huì)正在開(kāi)發(fā)新一代經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)同樣將柴油機(jī)作為動(dòng)力配置。經(jīng)過(guò)多年的研究、大量新技術(shù)的應(yīng)用，柴油機(jī)最大的問(wèn)題煙度和噪聲取得重大突破，達(dá)到了汽油機(jī)的水平。下面是國(guó)外柴油機(jī)應(yīng)用的一些先進(jìn)技術(shù)：(一)共軌與四氣門(mén)技術(shù) 國(guó)外柴油機(jī)目前一般采用共軌新技術(shù)、四氣門(mén)技術(shù)和渦輪增壓中冷技術(shù)相結(jié)合，使發(fā)動(dòng)機(jī)在性能和排放限值方面取得較好的成效，能滿足歐3排放限值法規(guī)的要求。四氣門(mén)結(jié)構(gòu)(二進(jìn)氣二排氣)不僅可以提高充氣效率，更由于噴油嘴可以居中布置，使多孔油束均勻分布，可為燃油和空氣的良好混合創(chuàng)造條件;同時(shí)，可以在四氣門(mén)缸蓋上將進(jìn)氣道設(shè)計(jì)成兩個(gè)獨(dú)立的具有為同形狀的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)可變渦流。這些因素的協(xié)調(diào)配合，可大大提高混合氣的形成質(zhì)量(品質(zhì))，有效降低碳煙顆粒、HC 和 NOX 排放并提高熱效率。(2) 高壓噴射和電控噴射技術(shù) 高壓噴射和電控噴射技術(shù)是目前國(guó)外降低柴油機(jī)排放的重要措施之一，高壓噴射和電控噴射技術(shù)的有效采用，可使燃油充分霧化，各缸的燃油和空氣混合達(dá)到最佳，從而降低排放，提高整機(jī)(車(chē))性能。(3) 增壓中冷技術(shù) 采用渦輪增壓增加柴油機(jī)的空氣量，提高燃燒的過(guò)量空氣因數(shù)是降低大負(fù)荷工況排氣煙度、 PM排放量以及燃油消耗的有效措施。有效的空空中冷系統(tǒng)，可使增壓空氣溫度下降到50以下，工作循環(huán)溫度的下降有助于NOX的低排放和PM的下降，故目前重型車(chē)用柴油機(jī)都普遍是增壓中冷型，不僅有助于低排放而且燃油經(jīng)濟(jì)性良好。此外，渦輪前排氣旁通閥的應(yīng)用，不僅能降低PM和CO排放，還可以改善渦輪增壓柴油機(jī)的瞬態(tài)性能和低速扭矩。(四)排氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)的應(yīng)用 EGR 是目前發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)中普遍采用的技術(shù)，其工作原理是將少量廢氣引入氣缸內(nèi)， 這種不可再燃燒的 CO2及水蒸汽廢氣的熱容量較大，能使燃燒過(guò)程的著火延遲期增加，燃燒速率變慢， 缸內(nèi)最高燃燒溫度下降，破壞 NOX的生成條件。EGR技術(shù)可使機(jī)動(dòng)車(chē)NOX排放明顯降低，但對(duì)重型車(chē)用柴油機(jī)而言，目前傾向于使用中冷EGR技術(shù)，因?yàn)槠洳粌H能明顯降低NOX，還能保持其他污染物的低水平。(五)后處理技術(shù) 柴油機(jī)后處理的目標(biāo)是進(jìn)一步改善PM和NOX的排放。 目前主要采用加裝氧化型催化轉(zhuǎn)化器和研究開(kāi)發(fā) NOX催化轉(zhuǎn)化器以及具有良好再生能力的微粒捕集器。柴油的生產(chǎn)和貯存條件，是保證柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(車(chē))正常運(yùn)轉(zhuǎn)延長(zhǎng)使用壽命和保持低排放的重要保證。 例如瑞典的一級(jí)柴油使用中可減少CO排放達(dá)54%，HC 和NOX 排放達(dá)10%，PM 排放減少14%47%。 發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍使用燃料清凈劑，既能節(jié)省燃料，又能清除積碳、降低排放。(七)乳化柴油的應(yīng)用 柴油加水摻合乳化劑，使其形成較為穩(wěn)定的含水乳化柴油，這類(lèi)改進(jìn)型燃料的使用可明顯降低柴油機(jī)(車(chē))的排放，尤其是NOX和PM。目前美國(guó)報(bào)道這方面進(jìn)展較多，我國(guó)也在這方面進(jìn)行研究，且已取得可喜進(jìn)展。加水20%乳化柴油(70天不分層)，在大型柴油機(jī)上100%負(fù)載工況下，功率不減，節(jié)油明顯，動(dòng)力輸出比柴油上升4.3%，且煙度和NOX排放下降明顯。然而，盡管這項(xiàng)技術(shù)對(duì)低排放有好處，但其潛在的問(wèn)題如水結(jié)冰、水對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的腐蝕等問(wèn)題尚待解決。(八)降低機(jī)油消耗 柴油機(jī)排放的顆粒物中，有相當(dāng)一部分來(lái)自餾分較重的機(jī)油的燃燒。為了滿足日益嚴(yán)格的柴油機(jī)(車(chē))排放限值標(biāo)準(zhǔn)的要求，必須把來(lái)自機(jī)油的燃燒降至最低限度，即在保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，最大限度地減少機(jī)油的消耗。為了降低柴油機(jī)的機(jī)油消耗，活塞環(huán)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造及缸套間的科學(xué)配置非常重要。3、 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)從當(dāng)今世界各主要汽車(chē)與發(fā)動(dòng)機(jī)公司開(kāi)發(fā)的新一代柴油機(jī)的技術(shù)變化看來(lái) ,盡管各有特點(diǎn) ,但大體上反映了以下發(fā)展趨勢(shì): ( 1) 直噴式柴油機(jī)的比例不斷提高 ,直噴式柴油機(jī)的缸徑不斷減小。如戴姆勒 -克萊斯勒公司用于SM ART 車(chē)的 BEN ZOM -660 機(jī) ( D / S= 65. 5 /79 mm , 3缸 , 排量 0. 8 L) , 大眾的 LUPO 機(jī) ( D /S= 76. 5 /86. 4 mm, 3缸 ,排量 1. 19 L)。( 2) 廣泛采用增壓、中冷與多氣門(mén)技術(shù)。柴油機(jī)氣缸內(nèi)能燃燒的燃料量取決于進(jìn)入氣缸的充氣量 , 為此車(chē)用柴油機(jī)上廣泛采用了渦輪增壓與中冷技術(shù) ( T AC) , 以及多氣門(mén)技術(shù)。 如德國(guó)VW公司的LU PO機(jī)與 BEN ZOM -660機(jī) ,都采用四氣門(mén) ,以提高充氣效率。( 3) 實(shí)現(xiàn)高壓噴射與電控。 為滿足越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī) (歐 與歐 標(biāo)準(zhǔn) ) ,噴油壓力不斷提高。目前在傳統(tǒng)的泵管嘴系統(tǒng)中 ,噴油壓力已普遍超過(guò)100 M Pa,在新的高壓噴射系統(tǒng)中 ,噴油壓力已超過(guò)150 M Pa,甚至達(dá)到 200 M Pa。( 4) 排氣再循環(huán) ( EGR)與排氣后處理技術(shù) (機(jī)外凈化 )。 實(shí)現(xiàn)排氣再循環(huán)可降低 NOx ,但不利于燃油經(jīng)濟(jì)性 ,若能實(shí)現(xiàn) EGR冷卻與電控 ,則有利于改善綜合性能。 柴油機(jī)的排氣后處理技術(shù)比汽油機(jī)困難 ,但是國(guó)外在微顆粒過(guò)濾及其再生技術(shù)與NO催化還原技術(shù)方面已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步 ,可以滿足未來(lái)歐 排放法規(guī)的要求。( 5) 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,減少摩擦與附件功率損失 ,提高機(jī)械效率。 柴油機(jī)的有效效率等于指示效率與機(jī)械效率的乘積 ,因此 ,柴油機(jī)的燃油消耗率也直接受到機(jī)械效率的影響 ,國(guó)外在致力于完善缸內(nèi)工作過(guò)程的同時(shí) ,也十分重視減少摩擦損失和提高機(jī)械效率的研究。此外 ,以德國(guó) M TU公司為代表的部分停缸技術(shù) ( CDA)也是一種有效手段。4、 總結(jié)近 20年來(lái) ,面對(duì)世界石油資源日趨枯竭給社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的壓力 ,面對(duì)汽車(chē)保有量急劇增長(zhǎng)對(duì)環(huán)境的影響 ,世界汽車(chē)界不停地在尋找實(shí)現(xiàn)汽車(chē)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的解決方法。在不斷的技術(shù)發(fā)展中 ,人們對(duì)車(chē)用柴油機(jī)及柴油車(chē)有了更新、更深入的認(rèn)識(shí) ,也為我國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。 五、參考文獻(xiàn) 1陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造M.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.2林學(xué)東.發(fā)動(dòng)機(jī)原理M.第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.3何勇靈 趙致和 劉建新 宗永平 杜慧勇 李民 張艷輝 丁川 介戰(zhàn).柴油機(jī)供油系統(tǒng)中短時(shí)間存活汽泡及其特性的研究J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2000年No.67834杜慧勇 傅茂林 劉建新 趙致和 李民 宗永平 鄧本都.柴油機(jī)供油系統(tǒng)汽泡類(lèi)型的研究J.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)1999年第17卷第4期5董剛 李德桃 夏興蘭 楊文明.改善渦流室柴油機(jī)供油系統(tǒng)和利用廢氣再循環(huán)降低排放研究，燃燒科學(xué)與技術(shù)2000第6卷第7期6董偉 于秀敏.預(yù)噴射對(duì)高壓共軌柴油機(jī)起動(dòng)特性的影響Z.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2008第6卷第4期7顧文.現(xiàn)代柴油機(jī)噴射技術(shù)J汽車(chē)技術(shù)8宋軍 喬信起 黃震 李書(shū)澤 王巖 柴油棚電控噴射系統(tǒng)發(fā)展項(xiàng)狀Z.車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)第3期(總第145期)2003年6月9喬信起 黃震 肖進(jìn) 王巖 凌君嚦 汪勝波.車(chē)用柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)Z.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)第35卷第2期10王平 唐斌 宋希庚 孫有根.共軌柴油機(jī)燃燒J熱愛(ài)科學(xué)與技術(shù)第7卷第3期2008年9月11趙民 葛賢 何沛深.車(chē)用柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化試驗(yàn)J上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)第10卷第1期1996年3月指導(dǎo)教師意見(jiàn) 指導(dǎo)教師： 年 月 日專(zhuān)業(yè)教研室審查意見(jiàn) 負(fù)責(zé)人： 年 月 日第 4 頁(yè) 共 4 頁(yè)