国内外柴油机现状及发展要点.pdf
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1、郑州交通职业学院 毕 业 论 文 论 文 题 目 :国内外柴油机现状及发展 所属系别汽车运用工程系 专业班级07级汽运 3班 姓名李坤 学号 200708010010324 指导教师魏丽 撰写日期2010 年 5 月 摘要 通过对大量的调查分析, 了解了国内外柴油机的现状及发展情况。首先,详细介 绍了第一台柴油机的发明及使用到柴油机的技术发展成熟和广泛适用于各个领域的 这一过程。随后详细介绍了现在国内柴油机的现状和国内柴油机的发展所面临的一些 问题。 柴油机作为目前被产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、 最节能的机型,被广泛应用于船舶动力、发电、灌溉、车辆动力等广阔的领域,尤
2、其 在车用动力方面的优势最为明显,全球车用动力“柴油化”趋势业已形成,由于柴 油机具备高扭矩、高寿命、低油耗、低排放等特点,柴油机成为解决汽车及工程机械 能源问题最现实和最可靠的手段,随着计算机技术、 传感器技术及信息技术的迅速发 展,使电子产品的可靠性、 成本、体积等各方面都能满足柴油机进行电子控制的要求, 并且电子控制燃油喷射很容易实现,目前,经济全球化、 以及节能环保等可持续发展 问题是世界各国共同面临的形势,具体反映在汽车动力发展的局部问题上,对车用柴 油机的选择也是必然趋势之一。 关键词 :柴油机,现状,发展,节能,电控技术,高压共轨技术 Abstract A large numbe
3、r of research results show that the diesel engine is currently a variety of industrial applications of power machinery in the highest thermal efficiency, energy utilization of the best and most energy-efficient models, are widely used in marine power, power generation, irrigation, power and other ve
4、hicles in the area of broad , particularly in the motor power advantages are most obvious driving force for the global car “diesel“ and the trend has been formed, as the diesel engine with high torque, high-life, low fuel consumption and low emissions characteristics of diesel engines as a solution
5、to motor vehicles and construction machinery energy the most realistic and most reliable means, as computer technology, sensor technology and the rapid development of information technology. So that the reliability of electronic products, cost, size and other diesel engines to meet the requirements
6、for electronic control and electronically controlled fuel injection is easy to achieve, at present, economic globalization and sustainable development of energy saving and environmental protection, etc. The problem is common around the world situation faced by the specific driving force for developm
7、ent is reflected in the local auto issue, on the choice of automotive diesel engine is also one of the inevitable trend of. Key Words:Diesel engines, the status quo, development, energy saving, electronic control technology, high-pressure common-rail technology 目 录 1 引言. 错误!未定义书签。 2 国内外柴油机技术的现状 1 2.
8、1 国外柴油机技术的现状 1 2.1.1 共轨与四气门技术. 1 2.1.2 降低机油消耗 . 2 2.1.3 乳化柴油的应用. 2 2.1.4 后处理技术 . 2 2.1.5 柴油 2 2.2 国内柴油机技术的现状 2 2.2.1 柴油机车的市场. 2 2.2.2 我国柴油机的技术. 3 2.2.3 现在我国柴油机的污染. 4 3 柴油机技术的发展趋势 4 3.1 推动产品和技术发展的因素 5 3.2 柴油机的跳跃发展及产品发展重点 5 3.2.1 电控柴油喷射系统分类. 7 3.2.2 柴油机电子控制技术的发展. 7 3.2.3 高的喷射压力 . 8 3.2.4 独立的喷射压力控制. 8
9、3.2.5 改善柴油机燃油经济性. 8 3.2.6 独立的燃油喷射正时控制. 8 3.2.7 可变的预喷射控制能力. 8 3.2.8 最小油量的控制能力. 9 3.2.9 降低驱动扭矩冲击载荷. 9 3.3 柴油机技术发展方向 9 4 总结 10 参考文献. 11 致谢12 1 1 引言 柴油机的大功率, 低排放,良好的电子控制等显著优点将使柴油发动机在新的时 代有长足的发展。 现在全球各大厂商正致力于新型绿色环保柴油机的研发,在 NO 和 颗粒物的排放方面将得到近一步改善。而起关键是在燃油的精确配置和废气的后置处 理,更多的电子新科技将运用到新一带柴油机上 1 。 2 国内外柴油机技术的现状
10、 大量研究成果表明,柴油机是目前被产业化应用的各种动力机械中热效率最高、 能量利用率最好、最节能的机型。装备了最先进技术的柴油机,升功率可达到305 0kWh/L,扭矩储备系数可达到0.35 以上,最低燃油耗可达到198g/kWh,标定功率油 耗可达到 204g/kWh;柴油机被广泛应用于船舶动力、发电、灌溉、车辆动力等广阔 的领域,尤其在车用动力方面的优势最为明显,全球车用动力 “柴油化 “趋势业已形成。 在美国、日本以及欧洲100%的重型汽车使用柴油机为动力。在欧洲,90%的商用车 及 33%的轿车为柴油车。在美国, 90%的商用车为柴油车。在日本,38%的商用车为 柴油车, 9.2%的轿
11、车为柴油车。据专家预测,在今后20 年,甚至更长的时间内柴油 机将成为世界车用动力的主流。 世界汽车工业发达国家政府对柴油机发展也给予了高 度重视,从税收、燃料供应等方面采取措施促进柴油机的普及与发展 2 。 2.1 国外柴油机技术的现状 现代的调整高性能柴油机由于热效率比汽油机高、污染物排放比汽油机少, 作为 汽车动力应用日益广泛。 西欧国家不但载货汽车和客车使用柴油发动机,而且轿车采 用柴油机的比例也相当大。 最近,美国联邦政府能源部和以美国三大汽车公司为代表 的美国汽车研究所理事会正在开发新一代经济型轿车同样将柴油机作为动力配置。 经过多年的研究、大量新技术的应用,柴油机最大的问题烟度和
12、噪声取得重大突破, 达到了汽油机的水平 3 。下面是国外柴油机应用的一些先进技术 2.1.1 共轨与四气门技术 国外柴油机目前一般采用共轨新技术、四气门技术和涡轮增压中冷技术相结合, 使发动机在性能和排放限值方面取得较好的成效,能满足欧 ? 排放限值法规的要求。 四气门结构 (二进气二排气) 不仅可以提高充气效率, 更由于喷油嘴可以居中布 置,使多孔油束均匀分布,可为燃油和空气的良好混合创造条件;同时,可以在四气 2 门缸盖上将进气道设计成两个独立的具有为同形状的结构,以实现可变涡流。 这些因 素的协调配合,可大大提高混合气的形成质量(品质),有效降低碳烟颗粒、 HC 和 NOX排放并提高热效
13、率。 2.1.2 降低机油消耗 柴油机排放的颗粒物中, 有相当一部分来自馏分较重的机油的燃烧。为了满足日 益严格的柴油机(车)排放限值标准的要求,必须把来自机油的燃烧降至最低限度, 即在保证发动机正常运转的前提下,最大限度地减少机油的消耗。 为了降低柴油机的 机油消耗,活塞环的优化设计和制造及缸套间的科学配置非常重要。 2.1.3 乳化柴油的应用 柴油加水掺合乳化剂, 使其形成较为稳定的含水乳化柴油,这类改进型燃料的使 用可明显降低柴油机(车)的排放,尤其是NOX和 PM。目前美国报道这方面进展较 多,我国也在这方面进行研究,且已取得可喜进展。加水20%乳化柴油( 70 天不分 层) ,在大型
14、柴油机上 100%负载工况下, 功率不减,节油明显, 动力输出比柴油上升 4.3%,且烟度和 NOX排放下降明显。然而,尽管这项技术对低排放有好处,但其潜 在的问题如水结冰、水对发动机的腐蚀等问题尚待解决。 2.1.4 后处理技术 柴油机后处理的目标是进一步改善PM 和 NOX的排放。目前主要采用加装氧化 型催化转化器和研究开发NOX 催化转化器以及具有良好再生能力的微粒捕集器。 2.1.5 柴油 柴油的生产和贮存条件, 是保证柴油发动机 (车)正常运转延长使用寿命和保持 低排放的重要保证。例如瑞典的一级柴油使用中可减少CO 排放达 54%,HC 和 NOX 排放达 10%,PM 排放减少 1
15、4%47%。发达国家已普遍使用燃料清净剂,既能节省 燃料,又能清除积碳、降低排放。 2.2 国内柴油机技术的现状 我国柴油机产业自20 世纪 80年代以来有了较快的发展, 随着一批先进机型和技 术的引进,我国柴油机总体技术水平已经达到国外80 年代末 90 年代初水平, 一些国 外柴油机近几年开始采用的排放控制技术在少数国产柴油机上也有应用。最新开发 投产的柴油机产品的排放水平已经达到欧? 排放限值要求,一些甚至可以达到欧? 排放限值要求 4 。 2.2.1 柴油机车的市场 3 我国重型柴油车的产量在逐年增加,中型、轻型车柴油化步伐也在加快,但在微 型汽车、轿车领域,柴油车所占比例仍为零。而另
16、一方面,我国中型柴油机市场已呈 现供大于求, 轻型柴油机市场也趋向饱和, 但骨干企业正在生产的多数产品从技术角 度已应是淘汰产品,发展潜力不大 5 。如图 2-1 所示 图2-1 汽油机与柴油机的对比 2.2.2 我国柴油机的技术 柴油机行业投入不足, 严重制约了生产工艺水平、 规模发展和自主开发能力的提 高。现在,我国柴油机技术基础薄弱,整体技术水平落后于国际先进水平10至20年, 也落后于国内车用汽油机的发展, 还不具备完整的全新柴油机产品和关键零部件开发 能力。许多国外已经普遍采用的技术在我国仍处于研究阶段,有些甚至仍是空白。 我 国柴油机技术的落后、产品质量差以及车辆使用中维修保养措施
17、不力,导致低性能、 高排放柴油车在使用中对城市环境和大气质量造成不良影响,使社会产生“厌柴 “心 理。柴油品质差、 柴油标准的制修订严重滞后于汽车工业发展的需要,对柴油机技术 的发展以及各种新技术、改善柴油机排放措施的应用造成障碍。有关专家近日指出, 应逐步减少行政干预, 加强宏观调控。不同类型的车辆均应以满足法规作为统一标准, 鼓励和支持技术先进柴油车的使用;做好车用柴油机发展的全面规划,有步骤、有计 划地解决技术水平落后、 产品不全、“缺重少轿 “等问题,从而提高柴油机的产品质量; 4 加大对柴油机的科技投入, 开展重点科技项目的攻关工作; 尽快建立和完善排放及能 源法规;尽快实施燃油税,
18、 汽油和柴油的燃油税应同时实施,对高品质的燃油实行税 收优惠政策;采取切实可行的措施以提高车用柴油的品质,并尽快制定车用柴油标准。 科技部、中国内燃机、 中国汽车工程学会、 大众汽车公司以及国内柴油机生产企业等 国内外知名汽车专家们呼吁: 应当用一分为二的观点来看待各种车用动力的发展,以 完善的法规、 科学的政策引导车辆的使用, 以是否满足标准限值作为衡量一个产品能 否在市场销售的唯一标准, 有效发挥各种车用动力形式在不同运输环境中的作用。我 国柴油机技术的攻关重点应放在电控技术、排放后处理技术、 整机开发和匹配技术等 关键技术研究和材料开发上;提高柴油品质,为各类柴油机新技术的应用奠定基础;
19、 把高速公路使用 8吨以上柴油载货车作为我国柴油车发展的重点,并为发展柴油轿车 做好前期准备 6 。 2.2.3 我国柴油机的污染 我国柴油机技术的落后、 产品质量差以及车辆使用中维修保养措施不力,导致低 性能、高排放柴油车在使用中对城市环境和大气质量造成不良影响,使社会产生“厌 柴“心理。有关专家近日指出,应逐步减少行政干预,加强宏观调控。不同类型的车 辆均应以满足法规作为统一标准,鼓励和支持技术先进柴油车的使用;做好车用柴油 机发展的全面规划,有步骤、有计划地解决技术水平落后、产品不全、“缺重少轿” 等问题,从而提高柴油机的产品质量; 加大对柴油机的科技投入, 开展重点科技项目 的攻关工作
20、; 尽快建立和完善排放及能源法规;尽快实施燃油税, 汽油和柴油的燃油 税应同时实施, 对高品质的燃油实行税收优惠政策;采取切实可行的措施以提高车用 柴油的品质,并尽快制定车用柴油标准 7 。 3 柴油机技术的发展趋势 由于柴油机具备高扭矩、高寿命、低油耗、低排放等特点,柴油机成为解决汽车 及工程机械能源问题最现实和最可靠的手段。因此柴油机的使用范围越来越广,数量 越来越多。 同时对柴油机的动力性能、 经济性能、 控制废气排放和噪声污染的要求也 越来越高。依靠传统的机械控制喷油系统已无法满足上述要求,也难以实现喷油量、 喷油压力和喷射正时完全按最佳工况运转的要求。近年来,随着计算机技术、 传感器
21、 技术及信息技术的迅速发展,使电子产品的可靠性、 成本、体积等各方面都能满足柴 油机进行电子控制的要求, 并且电子控制燃油喷射很容易实现。实际上,柴油机排气 5 中 CO 和 HC 比汽油机少得多, NOX排放量与汽油机相近,只是排气微粒较多,这与 柴油机燃烧机理有关。 柴油机是一种非均质燃烧, 可燃混合气形成时间很短, 而且可 燃混合气形成与燃烧过程交错在一起。通过分析柴油机喷油规律得到: 喷入燃料的雾 化质量、汽缸内气体的流动以及燃烧室形状等均直接影响燃烧过程的进展以及有害排 放物的生成。 提高喷油压力和柴油雾化效果、使用预喷射、 分段喷射等可以有效的改 善排放。经过多年的研究和新技术应用
22、,柴油机的现状已与以往大不相同。现代先进 的柴油机一般采用电控喷射、高压共轨、涡轮增压中冷等技术,在重量、噪音、烟度 等方面已取得重大突破, 达到了汽油机的水平。 随着国际上日益严格的排放控制标准 (如欧洲、标准 )的颁布与实施,无论是汽油机还是柴油机都面临着严峻的挑战, 解决的办法之一是采用电子控制燃油喷射的技术。现在,柴油机电子控制技术在发达 国家的应用率已达到60%以上 8 。 3.1 推动产品和技术发展的因素 主要是巿场需求和政策法规, 这方面中国目前正处于良好的环境、具备较好的条 件。中国未来 20 年经济持续稳定增长,汽车产业将成为实现工业化和现代化的主要 载体之一。目前从发达地区
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