柴油機技術發展趨勢論文

2021-07-13 論文

　　【摘要】隨著世界汽車對汽車發動機動力性、經濟性和排放提出了更高要求和計算機技術的迅速發展，柴油機被公認為節能的代表和減少汽車尾氣排放污染的有力工具，汽車柴油化也是汽車發動機發展的一大趨勢。本文結合當前發展狀況，論述了缸內直接噴注技術和柴油化趨勢是未來車用發動機的發展方向。

　　【關鍵詞】車用發動機柴油化趨勢

　　柴油機的開發焦點已由傳統的優先考慮經濟性、可靠性和耐久性逐步轉為目前的優先考慮環保的要求，即以優先保護好人類賴以生存的地球環境為出發點去考慮采用何種技術，去評價其先進性。

　　優先考慮柴油機排放、噪聲對環境的影響問題，與過去相比也有不同，就是在滿足目前對排氣污染物、顆粒排放及噪聲的限制要求時，不再以犧牲經濟性、動力性和比質量等為代價，而是在達到上述目標的同時使產品具有可競爭的商業價格。歐洲一些公司近年或稍后將繼續推出能滿足環境要求的百公里油耗為3L的柴油機。

　　當前和將來一個時期車用柴油機技術的發展趨勢突出表現在如下幾個方面：

　　一、進一步優化燃燒系統，特別重視開發和選擇噴射系統

　　Perkins公司的Ouadram燃燒室、日野公司的HMMS燃燒室，小松公司的MTEC燃燒室及五十鈴公司的四角形燃燒室等，都在試驗開發階段，其基本特點是由一個中央渦流及四周的微渦流使空氣燃料快速而充分地混合，并配合以合適的燃油噴射系統。

　　目前，噴射系統已進入一個較快的發展時期，現正在研究開發lms內完成一次噴射，并在有限時間內正確控制噴射量的方法。噴射壓力已提高到160—180MPa，實驗室內已到200 MPa。如共軌式噴射系統及分段預噴射系統等，可根據發動機的負荷與轉速自動控制合理的噴射規律和噴油壓力。

　　二、增壓及可變氣門配氣定時

　　當今柴油機增壓和增壓中冷已成為標準特點，隨著發動機的輕量化與小型化，為了降低車輛油耗，提高車輛裝載效率，必須繼續提高增壓比及增壓器效率。在進一步提高大負荷區的過量空氣系數a時可以減少顆粒排放，同時通過稀燃化，減少熱損失，提高循環效率，進而同時降低油耗，隨著高增壓和高a化，組裝有多個增壓器的復合系統已成為可能。另外，增壓器固定的渦輪幾何形狀也將由可用于多用途的電控可變幾何形狀所取代。

　　目前，在小缸徑柴油機上4氣門和噴油嘴垂直中置技術得到廣泛的應用，為了減少換氣損失，使混合氣的形成進一步優化，現正在研究采用可變氣門配氣定時，從而使發動機在整個轉速范圍內的氣門升程和定時得到最佳優化。

　　三、全電子優化控制

　　如前所述，目前對燃油噴射時間、噴射量、慣性增壓、增壓器、進氣渦流及廢氣再循環(EGR)等都能實現電子優化的可變控制，從而對降低排放、減少油耗、提高輸出功率和啟動性能等有很大作用；但是，這些控制中的多半內容，如EGR、自動診斷等，還有很多技術不夠完善，有待進一步研究和開發，今后還將繼續開發其它方面的電子可變控制機構，尤其是與整車相協調統一的綜合化的全電子控制系統。

　　四、排氣后處理技術

　　柴油機能否像汽油機那樣使用催化劑大幅度減少排放，尤其是NOx，這是柴油機研制者一直追求的目標。日美歐現都在對此進行研究，日本有關大學、研究所和廠家正在對沸石鎂及氧化鋁的催化劑上用還原劑進行NOx還原試驗，美國福特等公司也正在對催化還原系統(SCR)及DeNOx，催化器兩種NOx還原系統進行研究。

　　SCR技術是利用氮氧化物有選擇地與存在于廢氣中的或噴入的反應劑反應，利用一個催化器降低NOx排放，排出生成的氧氣。還原反應劑可以是在柴油機廢氣中的'HC化合物或是由附加油箱直接噴入廢氣流中的物質，如氨等。

　　與SCR技術相比，DeNOx催化技術系統簡單，無有害生成物，目前認為最具發展潛力。DeNOx催化技術主要是將NOx催化熱裂變為N2和O2,目前的問題是廢氣在催化器中停留時，催化器效率不高，因此帶來轉化還原效率也受到很大限制。

　　為減少顆粒排放而研制的各種“柴油機顆粒收集器或稱過濾器(DEF)”，雖然不少產品已在歐洲轎車柴油機上裝車使用，但由于DEF的耐久性差且過濾器的再生問題也沒有徹底解決，因此，該項技術也正在進一步改進和發展中。

　　五、改進燃料

　　燃料性能的改進，對減少排放起到很大作用，日本繼美歐之后，從1997年開始把輕油中的硫含量降到0.05%以下，以此大幅度減少排放顆粒中的硫酸鹽，同時減少EGR造成的發動機內部的腐蝕磨耗及催化劑中毒；進一步減少硫含量，提高十六烷值，可進一步降低NOx。減少芳香烴，尤其是減少3環以上的芳香族成分，可減少排放顆粒中的硫化物、降低90%的蒸餾溫度、改進點火性能；通過使用含氧燃料或添加劑，可降低黑煙顆粒。為了適應低硫化及噴射壓力的大大增加，確保燃油噴射裝置的潤滑性，人們對燃料的改進開發寄予了很大期望。

　　六、代用燃料

　　隨著世界能源危機和環境污染問題的日趨嚴重，尋找一種更清潔的替代石油的原料已勢在必行。經過多年的研究試驗，目前公認天然氣是21世紀的首選替代燃料。美國一些學者認為天然氣發動機汽車是與電動車相媲美的清潔能源動力車。日本研究表明，天然氣汽車在環境保護、石油燃料替代及實用性等方面有著無可比擬的優點。近年來，天然氣發動機、包括柴油與天然氣的雙燃料發動機發展很快，目前，全世界有幾百萬輛天然氣或雙燃料汽車在運行，預計到2010年，全球將有1/3的國家使用天然氣汽車。正如人類本世紀初從固體燃料向液體燃料過渡一樣，如今已開始從液體燃料向氣體燃料過渡，從而將提高整個能源系統的效率和清潔性。

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