关于节能环保轻型单缸柴油机的设计分析

韦彩林

摘 要：随着近年来科技的发展和在单缸柴油机设计方面的运用，传统的单缸柴油机因存在结构陈旧、污染严重以及耗能大等问题已不能满足新时期人们的需求，在国家鼓励运用环保技术促进机械产品升级的大背景下，环保节能轻型单缸柴油机的设计与应用已势在必行，基于此，该文从技术开发的状况入手，为新时期节能环保轻型95型柴油机的创新设计进行了积极探究分析，以期能为业内同仁提供有益的参考。

关键词：节能环保 轻型单杠柴油机 设计

中图分类号：TK422 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（c）-0057-01

1 技术开发状况研究

在当前的机械化发展过程中，综合看来，在单缸柴油机的研发与设计方面，世界先进企业的代表有日本的洋马、久保田以及欧洲的哈茨、伦巴蒂尼等，就我国节能环保单缸柴油机研发而言，部分企业加强了对重量轻、体积小以及外形美观单缸柴油机的研发，该次研究中，笔者以该公司轻95柴油机的研发为例，进行了其在节能环保等方面的设计研究[1]。

2 技术线路的确定

在研发轻95单缸柴油机的过程中，该公司对8～10千瓦功率档次柴油机的开发情况进行了调研，此外，在节能方面，我公司对轻量化节能产品的市场需求进行了分析探讨，最终制定了研发轻95型单缸柴油机的目标和方案，其中，对平衡性进行了三维造型计算和评估，对曲轴、连杆等进行了有限元分析，此外，还对直喷燃烧系统的喷油器、燃烧室等进行了多方案设计，在对主要运动件结构强度进行科学分析的基础上，分系统进行了设计，包括油泵选型、燃油系统喷油器以及活塞连杆总成等，并在设计的基础上对工作图进行了严格的评审，在合格后实施了个别零部件的试制，并在后续研究中装配样机，进行了机械性能的调试，并针对供油系统、进气系统以及直喷燃油系统进行了多方案试验，并确定出了最佳方案，在通过样机评审后，该公司投入小批量生产，并在后续研究中将其投放市场进行检验，根据市场需求等进行了消声器和空滤器的改进设计，完善了轻95型单缸柴油机的设计[2]。

3 技术水平分析

3.1 对轻95柴油机的关键技术创新设计

（1）独特的直喷燃烧系统设计。该公司在设计的过程中，针对直喷燃油系统进行了独特设计，由八角形燃烧室、长弯管气道以及P型油嘴组成，除此之外，该公司还提高了专用喷油泵的泵端压力，使得排放指标实现了优秀性，直喷燃烧系统获得了极佳的经济效益，最大扭矩点燃油消耗率为207.8 g/kW·h，而其标定工况燃油消耗率为215.2 g/kW·h，205 g/kW·h为其外特性最低燃油消耗率，均达国际先进指标要求，远领先于国内的相关设计，经该公司对创新设计的排放系统进行试验显示，CH=1.0 g/kW·h，PM=0.6 g/kW·h、CO=4.3 g/kW·h、NOx=4.4 g/kW·h而我国相应标准排放要求为，CO≤6.6 g/kW·h、PM≤0.8 g/kW·h、NOx+HC≤9.5 g/kW·h，相比之下，该公司的设计超过了我国非道路国II标准排放要求[3]。

（2）质量轻巧，达到了技术指标要求。该公司的设计的全套运动件十分轻巧，传统的R190柴油机比质量13.6 kg/kW，而该公司设计的轻95柴油机质量达到了11.6 g/kW，相比之下，明显轻当然也符合国家高效单缸机的技术指标要求，质量轻巧，适用性强。

（3）曲轴结构的精心设计。该公司针对曲轴结构进行了精心设计，使得整机体积和质量整体下降，由此实现了生产成本的有效降低，且设计后机器的平稳性可媲美于双轴平衡的的柴油机，增加了单缸柴油机的使用稳定性。

（4）典型的等刚度曲柄臂设计。该公司在设计方面运用了等刚度曲柄臂设计，此外还在设计的过程中运用了独特的卸载槽结构，在此基础上形成了鲜明的柔性曲轴设计，增大了机器运用过程中的可靠性。

（5）紧凑的外观设计。该次设计中，该公司实施了紧凑合理的结构设计和全新的外观设计，使得机的外观新颖独特，在样机的试验过程中，受到了用户的一致好评，实现了外观设计与内在设计的高度统一。

3.2 项目的可靠性和成熟度

（1）该产品具有较好的可靠性。该公司设计的轻95型单缸柴油机在设计后进行了充分的样机试验，并在此基础上对样机进行500 h全速全负荷试验考核，综合考核的统计情况来看，该公司设计的轻95机型的经济型、动力性以及可靠性指标均达到了先进标准。

（2）该项目的生产技术的成熟度方面。我公司在进行轻95型单缸柴油机的创新设计与研发时，参照了R190单缸柴油机，整机的通用性的零件比较多，并且设计中有着完整的柴油机生产配套体系，而轻95型单缸柴油机的最关键零件，即机体，是由该公司对生产R190单缸柴油机的生产线进行优化改进后实施生产的，这次设计、研发过程中，我公司对轻95型单缸柴油机所用到的主要零件进行了精心的研究设计，诸如活塞、缸盖等等，基于此，我们有理由坚信，轻95柴油机在生产工艺上是完全有保证的[3]。

3.3 产品的节能环保效益分析

根据该公司进行的样机试验及分析情况来看，相比于R190柴油机，新设计的单缸柴油机的比质量降低了15%，另一方面，新设计的机器标定功率燃油耗降低了19%，并且其标定功率提高了26%，其表现出更节能、功率更足以及更加节材的优势，

相比于国II排放标准，轻95型单缸柴油机一氧化碳少排放2.3 g/kW·h，碳氢化合物+氮氧化合物少排放4.1 g/kW·h，颗粒物少排放0.2 g/kW·h，以一年时间为标准进行计算，其标定功率8.8 kW，一年工作300 h，按我公司每年生产轻95柴油机3万台的标准，则一年可减少：减少排放一氧化碳182 t，和减少排放碳氢化合物+氮氧化合物325 t，以及少排放颗粒物少排放16 t，根据以上分析计算，可看出其节能环保方面的卓越效益，为其将来的大规模运用打下了基础。

4 结语

综上所述，该公司研发设计的轻95型单缸柴油机为用户提供了新一代的环保动力，在此基础上推动了新时期节能环保轻型单缸柴油机的发展与运用，也全面提高了该公司的产品竞争能力，为柴油机行业的发展注入了新的血液，促进了未来发展中人与自然地更和谐发展。

参考文献

[1] 戴国平.95缸径的节能环保轻型单缸柴油机的设计[J].内燃机与配件，2012，5：30-31.

[2] 徐海枝，左承基.一种新型柔性单缸柴油机机体水压试验机设计及应用[J].液压与气动，2013，7：67-70.

[3] 冯明志.船用柴油机自主创新与节能减排技术发展[C]//上海市造船工程学会.2011：4.