柴油发动机性能分析

柴油发动机性能分析

姜存峰

安徽全柴动力股份有限公司  安徽省滁州市  239500

摘要：本文主要是对柴油发动机的相关内容进行探讨，首先分析柴油发动机的性能优势，然后对柴油发动机技术的应用进行研究，使得人们对柴油发动机的相关技术都有一定的了解，促使柴油发动机能够得以良好发展与应用。

关键词：柴油发动机；性能研究

前言：在当下汽车领域，动力设备主要是汽油发动机和柴油发动机，其中汽油发动机应用的最为广泛，而近些年柴油发动机也得到了普及应用，其相较于汽油发动机具有一定优势，但也存在着不足之处，如此则需要进一步加强在相关技术上的研究，提升柴油发动机的性能。下面笔者就针对相关内容进行详细阐述。

一、柴油发动机性能分析

在过去很长的时间中，柴油发动机在发展过程中都集中在如何提升其使用寿命、经济性等方面，但是当前发展重点则转移到噪声与排放上，而且当前柴油发动机的重要技术改革都是围绕着这两方面展开的。但是，由于环境的严重恶化，再加上雾霾天气，汽车排放性能成为了对发动机进行评价的重要因素。在汽车发展过程中，长期以来都是使用汽油作为动力来源，时间长达100多年，而柴油机则仅仅只有几十年，所以相较于汽油发动机人们在柴油发动机上的研究相对较少。根据当前各种研究资料能够了解到，相较于汽油发动机来说，柴油发动机在排放性能上存在明显优势，并且拥有很大改进潜力，主要体现为：（1）因为柴油发动机所使用的是高压缩比与富氧燃烧，其所排放的CO相较于汽油发动机低很多，仅为汽油发动机的1/10。（2）柴油发动机排放的碳氢化合物，如果处于冷机工况甚至能够达到0，而在燃烧工况下排放量也非常低。（3）虽然CO2没有任何毒性，但是却会导致温室效应，加强对CO2的控制成为了当下全球性的危机，因为柴油发动机具有非常高的热效率，使得其所排放CO2的比汽油发动机更低。

另外，柴油机相较于汽油机更高，所以其在燃油消耗上也就更低。当车辆所使用的是柴油发动机，因为扭矩曲线相对较为平摊，当负荷变化范围相对较大时，那么其本身拥有良好的经济型，而且拥有良好的驾驶性能，所以整车燃油消耗则显得非常低。对比当下同等类型的柴油车和汽油车，柴油车燃油消耗仅为汽油车的2/3，甚至有时候还能够达到更低。

目前，柴油发动机主要在船舶机械、钻井平台等领域中应用，动力效果比较好。但由于作业环境较为恶劣，加上多种因素的作用，运行过程中柴油发动机极易出现一些故障与问题，一旦有故障问题发生后，将会对柴油发动机的运行造成不良影响。柴油发动机是一种点火时压缩发动机，在高温高压下柴油膨胀转化成机械能。其工作流程包含进气、压缩以及做功等环节，在往复循环下会产生不断的动力。但一旦发生故障将会影响整个工作，不仅会对工作进度造成不良影响，同时还可能酿成严重的安全事故。因此，我们必须明确柴油发动机的性能，减少故障的发生率，为机械设备的正常运行提供保证。

二、基于性能角度谈柴油发动机技术

（一）增加与中冷技术

当对柴油发动机柴取增压或是增压中冷能够与相同排量的汽油机功率十分接近，同时在中转速、低转速时的扭矩相较于汽油机明显变得更高，另外在经济性上同样获得了明显改善。更为重要的在于，由于增压中冷能够明显降低进气温度，以便降低所排放的氮氧化合物。如今，发动机呈现出小型化与轻量化的发展趋势，如果想要减少车辆所产生的油耗，使得车辆装载效率能够得以明显提升，那么就需要让增压器效率、增压比得到明显提升。通过提升大负荷范围中的过量空气系数，能够在一定程度上降低颗粒的排放，降低热损失，使得循环效率能够得以提升，从而降低油耗。现阶段，此项技术除了会在重型、中型等等柴油机上获得有效应用以外，也会在轿车、轻型车上得到越来越广泛的应用。

（二）电控技术

此项技术在柴油机上的应用时间相对较短，然而由于近十年快速发展，同时的尼并逐渐应用于较小的机型中，特别是在轿车上都也使用了柴油机。现阶段，不管是在增压器、喷射量等方面也都是实现了可变控制，如此则能够降低油耗，减少所排放的废弃物。然而，由于在很多技术上还存在缺陷，需要对其不断进行研究与开发。在未来研究过程中，需要对电子可变控制结构进行继续开发，尤其是和整车相协调的全电子控制系统。通过利用电控技术，可以实现以下目的：（1）加强在增压系统上的控制，例如中冷器旁通、放气阀等等；（2）在进行暖车或是对启动进行控制时，能够获得更好的性能，同时还能够解决启动冒烟问题；（3）对烟度极限功率进行控制，如此则能够获得不同的功率，而且扭矩特性曲线也存在明显区别；（4）当处于高海拔条件下，可以自动对其进行补偿，也可以根据油温情况而做出自动补偿；（5）从实际运转情况来看，对供油量、共有速率等等加以控制，使其可以保持在良好的状态下，还能够实现预喷射，确保在各种不同情况下都可以拥有良好的排放性、动力性等等，而且其调速性能、加速性能等等同样可以得到保障。

（三）排放控制与降噪技术

在柴油机运行过程中，排放物主要都是氮氧化合物、CO以及颗粒等等，对排放控制进行研究时，主要控制颗粒和氮氧化合物两种废弃物。现阶段，对这两种排放物进行控制所柴用的技术为机内净化技术，此项技术的应用可以有效避免颗粒与氮氧化合物两者的产生。例如，尽量避免缸内出现高温，对供油系统、燃烧室的形状进行改进。从现阶段所流行的排放控制措施来看，其主要包括了（1）对燃油喷射正时特性不断加以改进，利用电控系统对喷油泵进行控制，所以通过考虑发动机负荷从中选择最适合的压力和时间。（2）利用陶瓷材料可以在一定程度上有效提升燃料本身的着火性能，利用副喷嘴对燃烧与紊流强度不断加以改善。（3）对燃烧室进行开发，在调整紊流强度、喷嘴等方面以后，能够使得燃烧状态得以改善，从而对排放加以有效控制。

（四）共轨式供油系统

此系统主要是在相同轨道上出现了喷射与压力，其中喷射压力最高能够达到160MPa。通过使用ECU可以将脉冲喷射信号导入到电磁阀，如此便会产生一次喷射，在调节油量时主要通过对喷嘴开启时间进行控制。从此装置在近些年的研究来看，其最为成功的便是研究出了非常理想的高压喷油装置的，其所具有的供油规律和发动机自身的转速并没有太大关系，主要是受到了电控系统优点所产生的影响。现阶段，此装置在欧洲不同类型的柴油汽车上都得到了有效应用，而且很多专家还将其看作是未来十分具有改进潜力的装置。并且，通过增加孔数与减小喷孔直径能够在一定程度上明显改善燃油雾化问题，使其可以呈现出均匀分布的状态，降低着火滞后的问题，从而减少所排放的颗粒与氮氧化合物。

（五）提升喷射压力

当前，我国所实施的排放法规变得越来越严格，国外技术先进的国家都在努力对柴油机技术进行研究，而喷油系统便是研究的重点课题。相关人员在研究过程中，利用大量实验证明了，通过提升喷油压力，那么能够对燃油雾化问题加以改善，使其分布变得更加均匀，燃烧也能够得以改善，使得其颗粒排放可以减少。对于中小排量机型，主要是利用了120-140MPa的规格，而所选择的较大排量机型主要是选择120-180MPa的规格，其便能够达到欧洲4号排放要求。现阶段，一共有三种能够选择的高压喷油装置。

总结：总之，柴油发动机在性能上有着自己的优势，通过对相关技术进行研究，促使其应用范围变得越来越广，能够解决汽油发动机所存在的问题，从而取得更为理想的应用效果。文章主要是对增加与中冷技术、电控技术、排放控制与降噪技术、共轨式供油系统、提升喷射压力、多气门结构进行了分析，并通过进一步研究提高柴油发动机的水平与性能。

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