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柴油机

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  •      柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机。它是由德国发明家鲁道夫·狄塞尔(Rudolf Diesel)于1892年发明的,为了纪念这位发明家,柴油就是用他的姓Diesel来表示,而柴油发动机也称为狄塞尔发动机(Diesel engine)。


    1简介

           柴油发动机的优点是扭矩大、经济性能好。柴油发动机的工作过程与汽油发动机有许多相同的地方,每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个冲程。但由于柴油机用的燃料是柴油,它的粘度比汽油大,不容易蒸发,而其自燃温度却比汽油低,因此,可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。不同之处主要有,柴油发动机的气缸中的混合气是压燃的,而非点燃的。

           柴油发动机工作时,进入气缸的是空气,气缸中的空气压缩到终点的时候,温度可以达到500-700℃,压力可以达到40—50个大气压。活塞接近上止点时,供油系统的喷油嘴以极高的压力在极短的时间内向气缸燃烧室喷射燃油,柴油形成细微的油粒,与高压高温的空气混合,可燃混合气自行燃烧,猛烈膨胀产生爆发力,推动活塞下行做功,此时温度可达1900-2000℃,压力可达60-100个大气压,产生的扭矩很大,所以柴油发动机广泛的应用于大型柴油设备上。

    2特点

           传统柴油发动机的特点:热效率和经济性较好,柴油机采用压缩空气的办法来提高空气温度,使空气温度超过柴油的自燃点,这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。因此,柴油发动机无需点火系统。同时,柴油机的供油系统也相对简单,因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要,柴油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机,同时在相同功率的情况下,柴油机的扭矩大,大功率时的转速低,适合于载货汽车的使用。 但柴油机由于工作压力大,要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度,所以柴油机比较笨重,体积较大;柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高,所以成本较高;另外,柴油机工作粗暴,振动噪声大;柴油不易蒸发,冬季冷车时起动困难。由于上述特点,以前柴油发动机一般用于大、中型载重货车上。

           传统上,柴油发动机由于比较笨重,升功率指标不如汽油机(转速较低),噪声、振动较高,炭烟与颗粒(PM)排放比较严重,所以一直以来很少受到轿车的青睐。特别是小型高速柴油发动机的新发展,一批先进的技术,例如电控直喷、共轨、涡轮增压、中冷等技术得以在小型柴油发动机上应用,使原来柴油发动机存在的缺点得到了较好的解决,而柴油机在节能与CO2排放方面的优势,则是包括汽油机在内的所有热力发动机无法取代的,成为“绿色发动机”。

    3发展前景

            柴油发动机应用广泛,处在所属产业链的相对核心的位置。在过去十多年的发展中,柴油发动机生产业形成了一系列的配套企业,很多的柴油发动机企业更多充当了总承装配者的角色,而柴油发动机的一些关键的零部件:曲柄连杆、活塞、气缸套、凸轮已交由专业公司生产。专业化分工使得柴油发动机厂商能更加集中自身的优势,专注于柴油发动机的设计的和制造。

           柴油发动机主要用于终配套产品,比如大功率高速柴油机主要配套重型汽车、大型客车、工程机械、船舶、发电机组等。因此,柴油机行业的发展在很大程度上取决于相关终端产品市场情况。 在农用柴油机领域,发展中国家的市场增长将弥补发达国家的市场滑落,全球人口的快速增长,以及老旧设备的更新换代都对农业机械有较大需求,全球农用柴油机市场将呈现高速增长。在航空发动机领域,发动机产业是航空工业的核心细分子行业,未来发展前景非常广阔。综合以上对各领域的分析,我们认为,全球柴油发动机将保持8%的速度稳步向前发展。

    4优点

             柴油发动机的优点是扭矩大、经济性能好。柴油发动机的每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个行程。但由于柴油机用的燃料是柴油,其粘度比汽油大,不易蒸发,而其自燃温度却较汽油低,因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。不同之处主要是,柴油发动机气缸中的混合气是压燃的,而不是点燃的。柴油发动机工作时进入气缸的是空气,气缸中的空气压缩到终点时,温度可达500-700℃,压力可达40—50个大气压。活塞接近上止点时,发动机上的高压泵以高压向气缸中喷射柴油,柴油形成细微的油粒,与高压高温的空气混合,柴油混合气自行燃烧,猛烈膨胀,产生爆发力,推动活塞下行做功,此时的温度可达1900-2000℃,压力可达60-100个大气压,产生的扭矩很大,所以柴油发动机广泛的应用于大型柴油汽车上。

    5注意事项

            是技术水平不足造成的,而不是柴油机本质的问题,是可以通过技术的进步加以解决的。 首先,各种动力都有其发展的应有位置和时序。不着手研究开发气体燃料汽车、混合动力汽车、电动汽车以及燃料电池汽车等新技术是要落后的,但是片面强调其短期大量推广的可能性,甚至与常规动力的正常发展相对立也是不对的。其次,应该一分为二地评价气体燃料发动机。气体燃料发动机固然能够较好地满足当前的排放要求,对能源利用结构的调整有着重要的意义,但天然气发动机排放的总碳氢量(主要是甲烷)要高于柴油,在满足欧Ⅳ排放标准方面也z会遇到很多困难。第三,排放和节能同等重要,二者应当综合考虑,节能不仅是节约石油资源,而且是重要的环保问题。以当前国际上关注的排放问题是全球性的温室效应问题为例子,柴油机油耗低,二氧化碳排放远低于汽油机,可减少45%以上的温室气体排放。

    1.关键零部件技术:如油泵油嘴和增压中冷技术。

    2.燃油品质:低硫的柴油是柴油机满足日益严格的排放法规的前提。

    3.电控技术:柴油机电控技术对于发动机综合性能的优化和提高至关重要。

    4.排放后处理关键技术:如废气再循环(EG R)技术、微粒捕集技术以及N O x催化转化技术。

    5.整机开发及匹配技术:如柴油机燃油、进气及燃烧系统的匹配与优化技术,重型车用及轿车用柴油机技术。 6.柴油机的制造、工艺及材质等技术。

    参考资料

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