国内外柴油机技术的现状与发展

国内外柴油机技术的现状与发展
日期：2005-10-9 来源：
1882年德国人狄赛尔（Rudolf Diesel）提出了柴油机工作原理， 1896年制成了第一台四冲程柴油机。

一百多年来，柴油机技术得以全面的发展，应用领域起来越广泛。

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。

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。

二、我国柴油机产业的现状与发展
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1排放限值要求，一些甚至可以达到欧2排放限值要求。

但我国柴油机产业的整体发展仍然面临着许多问题。

（一）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。

（二）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。

（三）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。

（四）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。

柴油机电控技术介绍
日期：2006-2-24 来源：
笨重、噪音大、喷黑烟，令许多人对柴油机的直观印象不佳，加上柴油机的构造比较复杂，不少人对柴油机缺乏了解，尤其对现代先进的柴油机缺乏了解。

其实经过多年的研究和新技术应用，现代柴油机的现状已与往日不可同喻。

现代先进的汽车柴油机一般采用电控喷射、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。

目前国外轻型汽车用柴油机日益普遍，奔驰、大众、宝马、雷诺、沃尔沃等欧洲名牌车都有采用柴油发动机的车型。

在电控喷射方面柴油机与汽油机的主要差别是，汽油机的电控喷射系统只是控制空燃比（汽油与空气的比例），柴油机的电控喷射系统则是通过控制喷油时间来调节输出的大小，而柴油机喷油控制是由发动机的转速和加速踏板位置（油门拉杆位置）来决定的。

因此，基本工作原理是计算机根据转速传感器和油门位置传感器的输入信号，首先计算出基本喷油量，然后根据水温、进气温度、进气压力等传感器的信号进行修正，再与来自控制套位置传感器的信号进行反馈修正，确定最佳喷油量的。

电控柴油喷射系统由传感器、ECU（计算机）和执行机构三部分组成。

其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。

采用转速、温度、压力等传感器，将实时检测的参数同步输入计算机，与巳储存的参数值进行比较，经过处理计算按照最佳值对喷油泵、废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，驱动喷油系统，使柴油机运作状态达到最佳。

什么是共轨技术,为什么要采用共轨技术呢?
在汽车柴油机中，高速运转使柴油喷射过程的时间只有千分之几秒，实验证明，在喷射过程中高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的。

由于柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动，使实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异。

油管内的压力波动有时还会在主喷射之后，使高压油管内的压力再次上升，达到令喷油器的针阀开启的压力，将已经关闭的针阀又重新打开产生二次喷油现象，由于二次喷油不可能完全燃烧，于是增加了烟度和碳氢化合物（HC）的排放量，油耗增加。

此外，每次喷射循环后高压油管内的残压都会发生变化，随之引起不稳定的喷射，尤其在低转速区域容易产生上述现象，严重时不仅喷油不均匀，而且会发生间歇性不喷射现象。

为了解决柴油机这个燃油压力变化的缺陷，现代柴油机采用了一种称为“共轨”的技术。

共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。

ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。

至于增压中冷技术就是当涡轮增压器将新鲜空气压缩经中段冷却器冷却，然后经进气歧管、进气门流至汽缸燃烧室。

有效的中冷技术可使增压温度下降到50℃以下，有助于减少废气的排放和提高燃油经济性。