某型渦輪增壓柴油發(fā)動機特性分析研究設(shè)計【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)動機的科學(xué)意義及目的發(fā)動機作為動力機械，主要為其他工作機械提供必要的動力。對汽車而言，發(fā)動機作為其心臟，其輸出特性直接影響車輛的行駛特性。因此，了解和掌握發(fā)動機的性能，對有效利用動力源，以及提高整車性能具有重要意義。而發(fā)動機的輸出特性主要通過其動力性指標、經(jīng)濟性指標以及排放性能指標等隨發(fā)動機使用工況的變化特性來表現(xiàn)出來。所以研究發(fā)動機特性的主要目的，在于正確評價發(fā)動機的特性，為汽車或其他工作機械正確選用動力源提供依據(jù)。同時，通過對發(fā)動機特性的評價與分析，為進一步改進發(fā)動機的性能使之與整車性能良好匹配提供有效途徑。而柴油機作為發(fā)動機重要的一大類，也極具有研究意義。二、柴油發(fā)動機的現(xiàn)狀 現(xiàn)代的高性能柴油機由于熱效率比汽油機高、污染物排放比汽油機少，作為汽車動力應(yīng)用日益廣泛。西歐國家不但載貨汽車和客車使用柴油發(fā)動機，而且轎車采用柴油機的比例也相當(dāng)大。最近，美國聯(lián)邦政府能源部和以美國三大汽車公司為代表的美國汽車研究所理事會正在開發(fā)新一代經(jīng)濟型轎車同樣將柴油機作為動力配置。經(jīng)過多年的研究、大量新技術(shù)的應(yīng)用，柴油機最大的問題煙度和噪聲取得重大突破，達到了汽油機的水平。下面是國外柴油機應(yīng)用的一些先進技術(shù)：一、國外柴油機技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 現(xiàn)代的調(diào)整高性能柴油機由于熱效率比汽油機高、污染物排放比汽油機少，作為汽車動力應(yīng)用日益廣泛。西歐國家不但載貨汽車和客車使用柴油發(fā)動機，而且轎車采用柴油機的比例也相當(dāng)大。最近， 美國聯(lián)邦政府能源部和以美國三大汽車公司為代表的美國汽車研究所理事會正在開發(fā)新一代經(jīng)濟型轎車同樣將柴油機作為動力配置。經(jīng)過多年的研究、大量新技術(shù)的應(yīng)用，柴油機最大的問題煙度和噪聲取得重大突破，達到了汽油機的水平。下面是國外柴油機應(yīng)用的一些先進技術(shù)：(一)共軌與四氣門技術(shù) 國外柴油機目前一般采用共軌新技術(shù)、四氣門技術(shù)和渦輪增壓中冷技術(shù)相結(jié)合，使發(fā)動機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。四氣門結(jié)構(gòu)(二進氣二排氣)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，可以在四氣門缸蓋上將進氣道設(shè)計成兩個獨立的具有為同形狀的結(jié)構(gòu)，以實現(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)是目前國外降低柴油機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到最佳，從而降低排放，提高整機(車)性能。(3) 增壓中冷技術(shù) 采用渦輪增壓增加柴油機的空氣量，提高燃燒的過量空氣因數(shù)是降低大負荷工況排氣煙度、 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，故目前重型車用柴油機都普遍是增壓中冷型，不僅有助于低排放而且燃油經(jīng)濟性良好。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)達國家先進內(nèi)燃機中普遍采用的技術(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)可使機動車NOX排放明顯降低，但對重型車用柴油機而言，目前傾向于使用中冷EGR技術(shù)，因為其不僅能明顯降低NOX，還能保持其他污染物的低水平。(五)后處理技術(shù) 柴油機后處理的目標是進一步改善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)動機(車)正常運轉(zhuǎn)延長使用壽命和保持低排放的重要保證。 例如瑞典的一級柴油使用中可減少CO排放達54%，HC 和NOX 排放達10%，PM 排放減少14%47%。 發(fā)達國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，這類改進型燃料的使用可明顯降低柴油機(車)的排放，尤其是NOX和PM。目前美國報道這方面進展較多，我國也在這方面進行研究，且已取得可喜進展。加水20%乳化柴油(70天不分層)，在大型柴油機上100%負載工況下，功率不減，節(jié)油明顯，動力輸出比柴油上升4.3%，且煙度和NOX排放下降明顯。然而，盡管這項技術(shù)對低排放有好處，但其潛在的問題如水結(jié)冰、水對發(fā)動機的腐蝕等問題尚待解決。(八)降低機油消耗 柴油機排放的顆粒物中，有相當(dāng)一部分來自餾分較重的機油的燃燒。為了滿足日益嚴格的柴油機(車)排放限值標準的要求，必須把來自機油的燃燒降至最低限度，即在保證發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)的前提下，最大限度地減少機油的消耗。為了降低柴油機的機油消耗，活塞環(huán)的優(yōu)化設(shè)計和制造及缸套間的科學(xué)配置非常重要。3、 柴油發(fā)動機的發(fā)展趨勢從當(dāng)今世界各主要汽車與發(fā)動機公司開發(fā)的新一代柴油機的技術(shù)變化看來 ,盡管各有特點 ,但大體上反映了以下發(fā)展趨勢: ( 1) 直噴式柴油機的比例不斷提高 ,直噴式柴油機的缸徑不斷減小。如戴姆勒 -克萊斯勒公司用于SM ART 車的 BEN ZOM -660 機 ( D / S= 65. 5 /79 mm , 3缸 , 排量 0. 8 L) , 大眾的 LUPO 機 ( D /S= 76. 5 /86. 4 mm, 3缸 ,排量 1. 19 L)。( 2) 廣泛采用增壓、中冷與多氣門技術(shù)。柴油機氣缸內(nèi)能燃燒的燃料量取決于進入氣缸的充氣量 , 為此車用柴油機上廣泛采用了渦輪增壓與中冷技術(shù) ( T AC) , 以及多氣門技術(shù)。 如德國VW公司的LU PO機與 BEN ZOM -660機 ,都采用四氣門 ,以提高充氣效率。( 3) 實現(xiàn)高壓噴射與電控。 為滿足越來越嚴格的排放法規(guī) (歐 與歐 標準 ) ,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100 M Pa,在新的高壓噴射系統(tǒng)中 ,噴油壓力已超過150 M Pa,甚至達到 200 M Pa。( 4) 排氣再循環(huán) ( EGR)與排氣后處理技術(shù) (機外凈化 )。 實現(xiàn)排氣再循環(huán)可降低 NOx ,但不利于燃油經(jīng)濟性 ,若能實現(xiàn) EGR冷卻與電控 ,則有利于改善綜合性能。 柴油機的排氣后處理技術(shù)比汽油機困難 ,但是國外在微顆粒過濾及其再生技術(shù)與NO催化還原技術(shù)方面已取得了長足的進步 ,可以滿足未來歐 排放法規(guī)的要求。( 5) 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計 ,減少摩擦與附件功率損失 ,提高機械效率。 柴油機的有效效率等于指示效率與機械效率的乘積 ,因此 ,柴油機的燃油消耗率也直接受到機械效率的影響 ,國外在致力于完善缸內(nèi)工作過程的同時 ,也十分重視減少摩擦損失和提高機械效率的研究。此外 ,以德國 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 ,面對世界石油資源日趨枯竭給社會發(fā)展帶來的壓力 ,面對汽車保有量急劇增長對環(huán)境的影響 ,世界汽車界不停地在尋找實現(xiàn)汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的解決方法。在不斷的技術(shù)發(fā)展中 ,人們對車用柴油機及柴油車有了更新、更深入的認識 ,也為我國汽車工業(yè)發(fā)展提供了可借鑒的經(jīng)驗。 五、參考文獻 1陳家瑞.汽車構(gòu)造M.第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2005.2林學(xué)東.發(fā)動機原理M.第3版.北京：機械工業(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).柴油機供油系統(tǒng)中短時間存活汽泡及其特性的研究J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報2000年No.67834杜慧勇 傅茂林 劉建新 趙致和 李民 宗永平 鄧本都.柴油機供油系統(tǒng)汽泡類型的研究J.內(nèi)燃機學(xué)報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)噴射對高壓共軌柴油機起動特性的影響Z.內(nèi)燃機學(xué)報，2008第6卷第4期7顧文.現(xiàn)代柴油機噴射技術(shù)J汽車技術(shù)8宋軍 喬信起 黃震 李書澤 王巖 柴油棚電控噴射系統(tǒng)發(fā)展項狀Z.車用發(fā)動機第3期(總第145期)2003年6月9喬信起 黃震 肖進 王巖 凌君嚦 汪勝波.車用柴油機燃燒系統(tǒng)的改進Z.農(nóng)業(yè)機械學(xué)報第35卷第2期10王平 唐斌 宋希庚 孫有根.共軌柴油機燃燒J熱愛科學(xué)與技術(shù)第7卷第3期2008年9月11趙民 葛賢 何沛深.車用柴油機燃燒系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化試驗J上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報第10卷第1期1996年3月指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師： 年 月 日專業(yè)教研室審查意見 負責(zé)人： 年 月 日第 4 頁 共 4 頁