一、国外柴油机技术的现状与发展
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噪声取得重大突破,达到了汽油机的水平。
下面是国外柴油机应用的一些先进技术:
(一)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3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 排放并提高热效率。
(二)高压喷射和电控喷射技术
高压喷射和电控喷射技术是目前国外降低柴油机排放的重要措施之一,
高压喷射和电控喷射技术的有效采用,可使燃油充分雾化,各缸的燃油和空气混合达到最佳,从而降低排放,提高整机(车)性能。
(三)增压中冷技术
采用涡轮增压增加柴油机的空气量,提高燃烧的过量空气因数是降低大负荷工况排气烟度、 PM
排放量以及燃油消耗的有效措施。有效的空——空中冷系统,可使增压空气温度下降到50℃以下,工作循环温度的下降有助于NOX的低排放和PM的下降,故目前重型车用柴油机都普遍是增压中冷型,不仅有助于低排放而且燃油经济性良好。此外,涡轮前排气旁通阀的应用,不仅能降低PM和CO排放,
还可以改善涡轮增压柴油机的瞬态性能和低速扭矩。
(四)排气再循环(EGR)技术的应用
EGR 是目前发达国家先进内燃机中普遍采用的技术,其工作原理是将少量废气引入气缸内, 这种不可再燃烧的 CO2
及水蒸汽废气的热容量较大,能使燃烧过程的着火延迟期增加,燃烧速率变慢, 缸内最高燃烧温度下降,破坏 NOX
的生成条件。EGR技术可使机动车NOX排放明显降低,但对重型车用柴油机而言,目前倾向于使用中冷EGR技术,因为其不仅能明显降低NOX,
还能保持其他污染物的低水平。
(五)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。
(六)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14%~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。
(七)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。
(八)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。