浅谈柴油机的技术发展

熊振林，左 迁

（九江职业技术学院船舶工程学院，江西 九江 332007）

1 简介

柴油发动机的工作过程其实跟汽油发动机一样的，需要经历四个工作循环，即进气、压缩、作功、排气四个工作行程。但是柴油机使用的是柴油，我们知道柴油的性能参数上是粘性比较大，所以造成其在质量上体积上比较大的，同时会使得喷油的摩擦比较大，油路很容易堵塞，所以在柴油机机器散热上也是个令人头疼的问题。对此，柴油机的改良发展过程主要就是针对其喷油系统而言的，每一代柴油机的改良发展都可以说是新技术的应用。

2 柴油机的三次技术飞跃

到目前为止，柴油机的技术发展可总结为三次重大的飞跃，第一次是机械式燃油系统的采用，第二次是中冷增压技术的采用，第三次是电控喷射技术的广泛使用，每一步的飞跃都在一定程度上提高了柴油燃烧率，降低了污染排放。

2.1 机械式燃油系统的使用

机械式燃油系统主要应用于20世纪70年代，其特点是不需要改变原来的机械式供油装置和喷射系统，即使用的泵主体与原来般喷油泵相同，或者是继续使用原泵体；只是在供油和供油量调节的机构中，通过用电控单元（ECU）为核心的位置伺服控制系统来代替原来的柱塞泵或分配泵中的机械式离心调速器和提前供油两项装置的功能而已，实现了供油量和喷油系统的定时的自动调节，因而该种燃油系统也被称为位置控制式电控燃油喷射系统。

2.2 中冷增压技术的使用

增压中冷技术就是使用一个涡轮增压器，将新鲜空气压缩后经中间冷却器冷却降温，然后再经进气歧管、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，这样就可以减少废气的排放及提高燃油的经济性。其实，中冷增压技术就是要将空气冷却来增加其体积，通过进一步的压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气提出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率。

涡轮增压技术利用了一个能量的回收装置，将发动机的排气能量经排气涡轮转换为压气涡轮能量，然后将发动机进气压缩，并借助空中冷器冷却，这样就增加了吸气压力，可以顺利地将空气送入气缸与燃油混合燃烧，从而有效增大柴油机的空燃比，帮助燃油，使柴油机的指示功率增大，经济性提高，同时因为在增压燃烧中有过量空气，能有效降低废气中的NOx和CO的含量，因此降低了排气污染。

2.3 电控喷射技术的使用

技术都是不断向前推进的，现阶段广泛使用的喷油技术是电控共轨技术系统。换言之，柴油机从利用电子技术控制燃油喷射角度，技术进步同样也经历了3个阶段：一是，凸轮压油+位置控制；二是，凸轮压油+电磁阀时间控制；三是，凸轮压油+共轨蓄压+电磁阀时间-压力控制。位置控制系统保留了传统的机械式泵、喷油及供油调节机构的结构型式（如喷油泵、高压油管、喷油器、供油拉杆或齿条、带螺旋槽的柱塞等），只是采用单片机控制器指令执行器—电动机（调速器）代替机械离心式调速器。时间控制系统既保留了传统的机械式泵、喷油结构型式，也可用新型的高压（130～200MPa）供油泵，但以高速电磁阀直接控制高压柴油喷射。电控共轨系统是迄今为止柴油机电控喷油技术中，结构最完善、性能最先进、技术难度最大的电控喷油系统。

3 柴油机的发展前景

对于柴油机的发展，主要集中在向大功率、轻量化、降低燃油消耗率和降低排放量上发展。我国特大型排量的柴油机发展经历几年的磨炼，也慢慢成熟起来。2003年是准重型柴油机密集投放时期，排量集中在7L；2005年为重型柴油机第一阶段时期，排量集中在8L以上；2006年为重型第二阶段时期，排量在9～10L；2008年下半年至今，各主要厂家10L以上柴油机开始集中问世或批量生产，车用柴油机进入10L以上超重型特大排量时期。

目前，农村柴油机有一定的保有量，它的主要应用是农用机械。这些柴油机主要是小缸径多缸机，就目前的农用机大多是S系列产品，这些柴油机的性能并不是很好，它的发展方向就是要提高配套柴油机的匹配性，提高产品的技术水平。应用现代设计技术，逐步提高产品智能化水平；进一步发展高效率、高压比涡轮增压系统及中冷技术；提高燃烧效率和机械效率等。在功率不变的情况下，需要通过降低结构重量来降低柴油机的质量。

至于柴油机在小汽车中的应用，为了柴油机应用在小型汽车行业上最大的难题还是质量的问题，总结起来还是它的喷油技术的问题。从某个方面上讲柴油机在工作中对高压喷油的特殊要求，在一定程度上制约了柴油机电控技术的发展。目前，虽然柴油机的电控技术还不如汽油机那样成熟，但是由于柴油机特有的经济性、耐久性和良好的排放性能，柴油机的市场还是很大的。未来发展肯定朝着精确的电子控制方面发展了，自模糊控制理论在全世界范围内得到了广泛的应用以后，日本又在模糊控制应用方面取得了广阔的应用前景，未来柴油机的发展必然会朝着应用模糊控制的方向发展。应用模糊控制技术来操控，达到柴油机喷油系统的精确控制才是真正的发展之路。

4 结语

随着现代科技水平的提高，未来柴油机的技术发展一定会取得突破性进展的。实用科技的发展要能够体现 “以人为本”的思想，否则，都会失去它的市场。所以，柴油机的发展也会朝着这样的方向上去。从机械式燃油系统到中冷增压式再到电控喷油技术，这样的发展历程正体现着人类文明的进步以及对人力的解放。

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