柴油機技術(shù)發(fā)展趨勢論文
【摘 要】隨著(zhù)世界汽車(chē)對汽車(chē)發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性、經(jīng)濟性和排放提出了更高要求和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，柴油機被公認為節能的代表和減少汽車(chē)尾氣排放污染的有力工具，汽車(chē)柴油化也是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機發(fā)展的一大趨勢。本文結合當前發(fā)展狀況，論述了缸內直接噴注技術(shù)和柴油化趨勢是未來(lái)車(chē)用發(fā)動(dòng)機的發(fā)展方向。
【關(guān)鍵詞】車(chē)用發(fā)動(dòng)機 柴油化趨勢
柴油機的開(kāi)發(fā)焦點(diǎn)已由傳統的優(yōu)先考慮經(jīng)濟性、可靠性和耐久性逐步轉為目前的優(yōu)先考慮環(huán)保的要求，即以?xún)?yōu)先保護好人類(lèi)賴(lài)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(jià)其先進(jìn)性。
優(yōu)先考慮柴油機排放、噪聲對環(huán)境的影響問(wèn)題，與過(guò)去相比也有不同，就是在滿(mǎn)足目前對排氣污染物、顆粒排放及噪聲的限制要求時(shí)，不再以犧牲經(jīng)濟性、動(dòng)力性和比質(zhì)量等為代價(jià)，而是在達到上述目標的同時(shí)使產(chǎn)品具有可競爭的商業(yè)價(jià)格。歐洲一些公司近年或稍后將繼續推出能滿(mǎn)足環(huán)境要求的百公里油耗為3L的柴油機。
當前和將來(lái)一個(gè)時(shí)期車(chē)用柴油機技術(shù)的發(fā)展趨勢突出表現在如下幾個(gè)方面：
一、進(jìn)一步優(yōu)化燃燒系統，特別重視開(kāi)發(fā)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(kāi)發(fā)階段，其基本特點(diǎn)是由一個(gè)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(jìn)入一個(gè)較快的發(fā)展時(shí)期，現正在研究開(kāi)發(fā)lms內完成一次噴射，并在有限時(shí)間內正確控制噴射量的方法。噴射壓力已提高到160—180MPa，實(shí)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(fā)動(dòng)機的負荷與轉速自動(dòng)控制合理的噴射規律和噴油壓力。
二、增壓及可變氣門(mén)配氣定時(shí)
當今柴油機增壓和增壓中冷已成為標準特點(diǎn)，隨著(zhù)發(fā)動(dòng)機的輕量化與小型化，為了降低車(chē)輛油耗，提高車(chē)輛裝載效率，必須繼續提高增壓比及增壓器效率。在進(jìn)一步提高大負荷區的過(guò)量空氣系數a時(shí)可以減少顆粒排放，同時(shí)通過(guò)稀燃化，減少熱損失，提高循環(huán)效率，進(jìn)而同時(shí)降低油耗，隨著(zhù)高增壓和高a化，組裝有多個(gè)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(mén)和噴油嘴垂直中置技術(shù)得到廣泛的應用，為了減少換氣損失，使混合氣的形成進(jìn)一步優(yōu)化，現正在研究采用可變氣門(mén)配氣定時(shí)，從而使發(fā)動(dòng)機在整個(gè)轉速范圍內的氣門(mén)升程和定時(shí)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(shí)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(shí)現電子優(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(dòng)性能等有很大作用；但是，這些控制中的多半內容，如EGR、自動(dòng)診斷等，還有很多技術(shù)不夠完善，有待進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)，今后還將繼續開(kāi)發(fā)其它方面的電子可變控制機構，尤其是與整車(chē)相協(xié)調統一的綜合化的全電子控制系統。
四、排氣后處理技術(shù)
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(jìn)行研究，日本有關(guān)大學(xué)、研究所和廠(chǎng)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(SCR)及DeNOx，催化器兩種NOx還原系統進(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劑反應，利用一個(gè)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(zhì)，如氨等。
與SCR技術(shù)相比，DeNOx催化技術(shù)系統簡(jiǎn)單，無(wú)有害生成物，目前認為最具發(fā)展潛力。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(wèn)題是廢氣在催化器中停留時(shí)，催化器效率不高，因此帶來(lái)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(chēng)過(guò)濾器(DEF)”，雖然不少產(chǎn)品已在歐洲轎車(chē)柴油機上裝車(chē)使用，但由于DEF的耐久性差且過(guò)濾器的再生問(wèn)題也沒(méi)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(kāi)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(shí)減少EGR造成的發(fā)動(dòng)機內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(guò)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(jìn)開(kāi)發(fā)寄予了很大期望。
六、代用燃料
隨著(zhù)世界能源危機和環(huán)境污染問(wèn)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(jīng)過(guò)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(xué)者認為天然氣發(fā)動(dòng)機汽車(chē)是與電動(dòng)車(chē)相媲美的清潔能源動(dòng)力車(chē)。日本研究表明，天然氣汽車(chē)在環(huán)境保護、石油燃料替代及實(shí)用性等方面有著(zhù)無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，天然氣發(fā)動(dòng)機、包括柴油與天然氣的雙燃料發(fā)動(dòng)機發(fā)展很快，目前，全世界有幾百萬(wàn)輛天然氣或雙燃料汽車(chē)在運行，預計到2010年，全球將有1/3的國家使用天然氣汽車(chē)。正如人類(lèi)本世紀初從固體燃料向液體燃料過(guò)渡一樣，如今已開(kāi)始從液體燃料向氣體燃料過(guò)渡，從而將提高整個(gè)能源系統的效率和清潔性。
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