柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢論文
【摘 要】隨著世界汽車對汽車發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放提出了更高要求和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，柴油機(jī)被公認(rèn)為節(jié)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(fā)動機(jī)發(fā)展的一大趨勢。本文結(jié)合當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r，論述了缸內(nèi)直接噴注技術(shù)和柴油化趨勢是未來車用發(fā)動機(jī)的發(fā)展方向。
【關(guān)鍵詞】車用發(fā)動機(jī) 柴油化趨勢
柴油機(jī)的開發(fā)焦點(diǎn)已由傳統(tǒng)的優(yōu)先考慮經(jīng)濟(jì)性、可靠性和耐久性逐步轉(zhuǎn)為目前的優(yōu)先考慮環(huán)保的要求，即以優(yōu)先保護(hù)好人類賴以生存的地球環(huán)境為出發(fā)點(diǎn)去考慮采用何種技術(shù)，去評價其先進(jìn)性。
優(yōu)先考慮柴油機(jī)排放、噪聲對環(huán)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(jīng)濟(jì)性、動力性和比質(zhì)量等為代價，而是在達(dá)到上述目標(biāo)的同時使產(chǎn)品具有可競爭的商業(yè)價格。歐洲一些公司近年或稍后將繼續(xù)推出能滿足環(huán)境要求的百公里油耗為3L的柴油機(jī)。
當(dāng)前和將來一個時期車用柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢突出表現(xiàn)在如下幾個方面：
一、進(jìn)一步優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，特別重視開發(fā)和選擇噴射系統(tǒng)
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(fā)階段，其基本特點(diǎn)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(tǒng)。
目前，噴射系統(tǒng)已進(jìn)入一個較快的發(fā)展時期，現(xiàn)正在研究開發(fā)lms內(nèi)完成一次噴射，并在有限時間內(nèi)正確控制噴射量的方法。噴射壓力已提高到160—180MPa，實驗室內(nèi)已到200 MPa。如共軌式噴射系統(tǒng)及分段預(yù)噴射系統(tǒng)等，可根據(jù)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷與轉(zhuǎn)速自動控制合理的噴射規(guī)律和噴油壓力。
二、增壓及可變氣門配氣定時
當(dāng)今柴油機(jī)增壓和增壓中冷已成為標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，隨著發(fā)動機(jī)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(xù)提高增壓比及增壓器效率。在進(jìn)一步提高大負(fù)荷區(qū)的過量空氣系數(shù)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(huán)效率，進(jìn)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(fù)合系統(tǒng)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(jī)上4氣門和噴油嘴垂直中置技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，為了減少換氣損失，使混合氣的形成進(jìn)一步優(yōu)化，現(xiàn)正在研究采用可變氣門配氣定時，從而使發(fā)動機(jī)在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的氣門升程和定時得到最佳優(yōu)化。
三、全電子優(yōu)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(jìn)氣渦流及廢氣再循環(huán)(EGR)等都能實現(xiàn)電子優(yōu)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(nèi)容，如EGR、自動診斷等，還有很多技術(shù)不夠完善，有待進(jìn)一步研究和開發(fā)，今后還將繼續(xù)開發(fā)其它方面的電子可變控制機(jī)構(gòu)，尤其是與整車相協(xié)調(diào)統(tǒng)一的綜合化的全電子控制系統(tǒng)。
四、排氣后處理技術(shù)
柴油機(jī)能否像汽油機(jī)那樣使用催化劑大幅度減少排放，尤其是NOx，這是柴油機(jī)研制者一直追求的目標(biāo)。日美歐現(xiàn)都在對此進(jìn)行研究，日本有關(guān)大學(xué)、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(jìn)行NOx還原試驗，美國福特等公司也正在對催化還原系統(tǒng)(SCR)及DeNOx，催化器兩種NOx還原系統(tǒng)進(jìn)行研究。
SCR技術(shù)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(yīng)劑反應(yīng)，利用一個催化器降低NOx排放，排出生成的氧氣。還原反應(yīng)劑可以是在柴油機(jī)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(zhì)，如氨等。
與SCR技術(shù)相比，DeNOx催化技術(shù)系統(tǒng)簡單，無有害生成物，目前認(rèn)為最具發(fā)展?jié)摿�。DeNOx催化技術(shù)主要是將NOx催化熱裂變?yōu)镹2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(zhuǎn)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(jī)顆粒收集器或稱過濾器(DEF)”，雖然不少產(chǎn)品已在歐洲轎車柴油機(jī)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(shù)也正在進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展中。
五、改進(jìn)燃料
燃料性能的改進(jìn)，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(fā)動機(jī)內(nèi)部的腐蝕磨耗及催化劑中毒；進(jìn)一步減少硫含量，提高十六烷值，可進(jìn)一步降低NOx。減少芳香烴，尤其是減少3環(huán)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(jìn)點(diǎn)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(yīng)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(jìn)開發(fā)寄予了很大期望。
六、代用燃料
隨著世界能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日趨嚴(yán)重，尋找一種更清潔的替代石油的原料已勢在必行。經(jīng)過多年的研究試驗，目前公認(rèn)天然氣是21世紀(jì)的首選替代燃料。美國一些學(xué)者認(rèn)為天然氣發(fā)動機(jī)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(huán)境保護(hù)、石油燃料替代及實用性等方面有著無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。近年來，天然氣發(fā)動機(jī)、包括柴油與天然氣的雙燃料發(fā)動機(jī)發(fā)展很快，目前，全世界有幾百萬輛天然氣或雙燃料汽車在運(yùn)行，預(yù)計到2010年，全球?qū)⒂?/3的國家使用天然氣汽車。正如人類本世紀(jì)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(tǒng)的效率和清潔性。
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