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 2324指导教师 撰写日期2010 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 largenumber researchresults show dieselengine industrialapplications powermachinery highestthermal efficiency, energy utilization mostenergy-efficient models, widelyused marinepower, power generation, irrigation, power othervehicles motorpower advantages mostobvious driving force globalcar "diesel" trendhas been formed, dieselengine hightorque, high-life, low fuel consumption lowemissions characteristics dieselengines motorvehicles constructionmachinery energy mostrealistic mostreliable means, computertechnology, sensor technology rapiddevelopment informationtechnology. So electronicproducts, cost, size otherdiesel engines electroniccontrol electronicallycontrolled fuel injection present,economic globalization sustainabledevelopment energysaving environmentalprotection, etc. commonaround worldsituation faced specificdriving force localauto issue, automotivediesel engine alsoone inevitabletrend KeyWords:Diesel engines, statusquo, development, energy saving, electronic control technology, high-pressure common-rail technology 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 国内外柴油机技术的现状大量研究成果表明,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 30~50kWh/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%的轿车为柴油车。据专家预测,在今后20 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 2.1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 排放并提高热效率。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NO 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 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NO 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NO 的排放。目前主要采用加装氧化型催化转化器和研究开发NO 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 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。 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 2.2.1柴油机车的市场 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 。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 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;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,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;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 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 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;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 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,柴油机排气中CO和HC 比汽油机少得多,NO 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,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 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。目前从发达地区开始正在步入居民汽车消费时代,今后轿车和商用车 及其配套发动机都具有广阔的潜在巿场;有关汽车及发动机的政策法规逐步出台, 并将在实施中完善。例如2003 日中国实施欧II排放法规,欧III 和欧IV 规的实施时间也已明朗;GB/T19147-2003《车用柴油》标准已正式颁布、适应欧III 法规的《车用柴油》标准将于2004 年颁布,这是中国改善车用柴油质量的转折性标 志;燃油税亦已准备就绪并将在适当时机公布实施;利用国内外两种资源、开拓国 内外两个巿场。在改革开放和加入WTO的形势下,一方面国外车用柴油机及其关键 零部件企业和产品将继续进入中国,一方面更有效地开展各种国际合作和技术交流。 这有利于中国车用柴油机行业进一步利用国内外两种资源、开拓国内外两个巿场; 车用柴油机是可持续发展的选择之一。