柴油机燃油消耗影响因素探析

孙茂元

前言

本文简要论述了柴油机的特点及其燃油消耗的计量，对影响柴油机燃油消耗率的因素进行了较为详尽的分析并提出了一些减少柴油机燃油消耗量的措施。柴油机是制造装备工业的中的一个重要行业，全世界各种类型的卡车、客车、农业机械、工业机械、发电设备等都是以柴油机作为配套动力，在动力机械中占有重要的位置。如露天矿山用的特雷克斯TR50矿用自卸车，其装配的便是进口的Cummins QSX15柴油发动机。柴油机的燃油消耗是反映其经济性能的一个重要指标，研究对柴油机燃油消耗产生影响的因素，对提高柴油机的经济性能具有重要的意义。

1、柴油机的特点

柴油机是以柴油为燃料来进行做功的发动机，与汽油机相较，具有扭矩大、经济性能好的优点。柴油机的工作过程与汽车机类似，也需要经历进气、压缩、做功、排气四个冲程的工作循环，所不同的是其可燃混合气的形成及点火方式。柴油机在进气行程中吸入气缸的是纯空气，压缩的也是空气，在压缩行程接近终了时，才将柴油经喷油泵升压，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。柴油机的点火方式为压燃而非点燃，这是与汽油机的重要区别之一。柴油机压缩比高，所以压缩终了时气缸内空气压力可达3.5-4.5MPa，同时温度大大超过柴油的自燃温度，柴油在喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便立即自行發火燃烧，推动活塞做功。柴油机喷入燃料后，燃烧需要一定的时间，所以适合较低转速下让燃油充分燃烧以带来大扭矩，而为了对抗气缸内高压和大扭矩，柴油机的汽缸和活塞的连杆等零件要求具有较高的结构强度和刚度，所以较汽油机更笨重，体积更大;相较于汽油机，柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求更高，所以成本了比较高。此外，柴油机由于柴油的不易蒸发，在冬季冷车启动时比较困难，工作噪音也比较大。

2、柴油机的燃油消耗计量

柴油机的燃油消耗的计量方式主要有燃油消耗率、百公里耗油量、小时耗油量。燃油消耗率反映的是柴油机在单位时间内每千瓦功率所消耗的燃油量，是在实验室环境中测量计算的相对指标，燃油消耗率也是反映柴油机经济性能的重要指标之一。在同等运行条件下，柴油机的燃油消耗率越低，表示其经济性能就越好，燃油消耗量就越低。柴油机在实际的使用过程中，燃油消耗率是无法测量的，实际使用时通常是以100km油耗或小时油耗来作为衡量柴油机是否省油的标准。100km耗油量是柴油机在实际使用过程中衡量是否省油的通用方法，100km耗油量只能通过实际使用获得，属于经验方法，而实际耗油量与柴油机的使用条件、载重吨位、驾驶习惯等均有关系。在同等的使用条件下，100km油耗越低，说明该柴油机越省油。对于一些农用机械、工程机械、发电机组等用途的，且没有行驶里程的柴油动力设备，还可以用柴油机在1h内所消耗的燃油质量（kg）来表示柴油机的耗油量，叫做小时耗油量，单位为kg/h。

3、影响柴油机燃油消耗率的因素分析

3.1燃油温度对柴油机燃油消耗率的影响。温度与柴油机燃油消耗率关系密切，这些温度包括燃油温度、柴油机进气温度以及环境温度。柴油的物理化学特性显示，油体温度越低，其密度就越大，体积变小，黏度提高。反之，油体温度越高，则其密度会不断变小，黏度不断下降，体积则会不断增大。柴油机的燃油喷射量由柱塞容积决定，当柴油密度增大时，喷射入汽缸内的柴油质量也就增加，随之柴油机的燃油消耗率也就上升;反之，当柴油密度变小时，柴油机的燃油消耗率则会下降。有实验数据表明，当柴油温度提升12℃后，柴油机的燃油消耗率将会下降6.1g/KW·H，说明燃油温度对柴油机燃油消耗具有重要影响。而在柴油机的实际应用中，其燃油供给装置不具备温度控制功能，燃油温度会随着环境温度的变化而变化，在环境温度较低时，可导致其燃油消耗率上升。

3.2燃油质量对柴油机燃油消耗率的影响。毫无疑问，燃油质量对于柴油机制的燃油消耗有着重要影响，燃油质量低会导致柴油机燃油消耗率的上升。其中柴油黏度对柴油机供油量、雾化质量和精密偶件润滑影响较大。对于柴油机来说，燃油黏度达小，将会使柴油机供油系统有效供油量减少，对于柴油机的作功产生影响;反之，如果燃油黏度过大，则会使柴油机供油量增加，燃油消耗随之上升，且燃烧不完全产生排气管冒黑烟现象。柴油黏度过大或过小，都会在与空气混合时产生不利影响，因此上，柴油机所用燃油应保持适宜的黏度，以确保与空气能够形成均匀的可燃混合气。柴油机供油系统的柱塞、出油阀、喷油嘴体等精密偶件主要靠柴油润滑，如果柴油黏度过小，便会大大降低对以上精密偶件的润滑效果，导致运动阻力增大，偶件磨损加剧，降低柴油机制运动性能，最终也会燃油消耗率的上升。

3.3柴油机维护保养对燃油消耗率的影响。经常进行维护保养，保持良好运行状态，是柴油机节油的最好措施。燃油喷雾与喷射定时不正常、汽缸漏气、涡轮增压器通流部件积污、进气与排气系统堵塞以及冷却水温度不正常等，均会使燃油消耗增加。因此要按规定做好柴油机的维护保养工作，以降低柴油机燃油消耗。柴油机在使用过程中，其各零部件会产生磨损、变形和腐蚀，从而使零部件原尺寸精度、几何形状和各项技术性能有所改变，由此导致柴油机技术性能逐渐下降，燃油消耗率也不断上升。新出厂或大修后的柴油机在最初的磨合试运转阶段，由于其各配合表面接触不良，造成的摩擦功率损失较大，所以燃油消耗率也比较高。柴油机通过磨合期使用以后，可达到最佳工作状态，燃油消耗率便稳定在一个较低范围内。

3.4驾驶员操作水平对柴油机燃油消耗的影响。驾驶员的操作水平对柴油机的燃油消耗具有重要的影响，正确的驾驶操作可以大大降低柴油机的燃油消耗。具体来说，驾驶员的操作影响主要有以下几个方面：一是能否掌握柴油机的最佳或是正常工作温度。在驾驶中若能及时掌握发动机工作温度情况，保持发动机的正常工作温度，可以明显起到节省燃油的作用;二是能否合理使用档位，包括及时换档和选择最佳档位。三是掌握柴油机的经济转速，多在经济转速下运行具有明显的节省燃油的效果。此外，低档起步缓加速、正确使用滑行及空调等驾驶行为对柴油机的燃油消耗都具有一定的影响。

4、减小柴油机燃油消耗量的措施

根据上述影响柴油机燃油消耗率的因素分析结果，可以通过实施具有针对性的措施来减少柴油机燃油消耗量。首先是要保证柴油机的燃油品质。目前，我国正处于国三柴油与国四柴油标准的升级过程中。按照标准，国三油的硫的含量在350ppm，国四硫含量50ppm。柴油含硫量越低，柴油质量越高。我国柴油的品质在不同地区表现不同，但差异并不明显，通常通过正常渠道来获得柴油，品质基本是可以保证的。因此，在柴油机燃油的获取与使用过程中，要加强对燃油获取途径的管理，不可因贪图小利而为柴油机添加来路不明的燃油，尽量选择中石化、中石油等企业的柴油。其次，使用中，为了更好的获得燃油经济性，可采用相应措施使燃油温度下降，比如在燃油滤清器底座和发动机机体之间加装隔热衬垫。对于固定用途的柴油机，可以用风扇或专门的冷却水对滤清器和管路实施降温。第三，加强柴油机的保养与维护。保养与维护工作对柴油机燃油消耗的影响前文已述，加强柴油机的保养与维护工作，势必会非常有利于减少柴油机的燃油消耗量。因此，在柴油机的日常保养与维护工作中，要制订严格的保养与维护计划，要加强人员管理，落实保养与维护工作责任制度，提高柴油机的保养与维护力度，才能确保柴油机在最佳工作状况下运行，才能使燃油消耗保持在一个合理的水平上。

5、结束语

柴油机的应用具有广阔的前景，经济性能的突出是其重要的优势。燃油消耗率作为反映柴油机经济性的一个重要指标，对其进行更为深入的研究，找出对其产生影响的诸多因素，对进一步提升柴油机的经济性能具有重要的促进作用。