大眾都不會(huì)的技術(shù) 先進(jìn)清潔柴油機(jī)技術(shù)解析

● 先進(jìn)的柴油機(jī)技術(shù)解析

　　先進(jìn)柴油機(jī)比舊時(shí)有著突破猛進(jìn)的進(jìn)步，除提升動(dòng)力性能外，同時(shí)新技術(shù)可大大減輕柴油工作粗暴，減少噪音，更重要的是都是為了環(huán)保達(dá)標(biāo)。因此，現(xiàn)代柴油機(jī)不僅環(huán)保達(dá)標(biāo)，動(dòng)力響應(yīng)好外，更明顯的優(yōu)勢(shì)是燃油經(jīng)濟(jì)性非常優(yōu)秀。與汽油機(jī)相比，同樣的排量下，柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩更大，經(jīng)濟(jì)性更好。少了復(fù)雜的點(diǎn)火系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)更加可靠耐用。下面看看究竟是哪些新技術(shù)讓柴油機(jī)重獲春天。

● 機(jī)內(nèi)技術(shù)層面

　　1、第三代柴油電子噴射系統(tǒng)-電控高壓共軌系統(tǒng)

　　20世紀(jì)90年代以來電控技術(shù)在柴油機(jī)應(yīng)用逐漸增多，控制精度不斷提高。從第一代-電子位置控制燃油噴射系統(tǒng)，到第二代-電子時(shí)間控制系統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)，現(xiàn)在到第三代-電子高壓共軌控制系統(tǒng)。足以讓柴油轎車和輕型車重獲春天的能力。

　　第三代-電控高壓共軌系統(tǒng)被譽(yù)為發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)公認(rèn)的三大突破之一。高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)主要由電控單元ECU、高壓油泵、共軌管、高壓油管、電控噴油器以及各種傳感器和執(zhí)行器組成。

　　主要的工作原理是：低壓燃油泵將燃油充油箱輸入至高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓共軌管，高壓共軌管中的壓力有電控單元根據(jù)壓力傳感器以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓共軌管內(nèi)的燃油經(jīng)過高壓油管，根據(jù)柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，由電控單元決定何時(shí)的噴油時(shí)間，最后由電子閥噴油器向缸內(nèi)噴射。

　　電控噴油器是高壓共軌系統(tǒng)最為重要的部件。高壓燃油需要通過噴油器進(jìn)行霧化。由于采用電磁閥控制噴油，噴油壓力、噴油正時(shí)、噴油速率等所有噴油規(guī)律都可以全段柔性控制。

　　噴射壓力影響著燃油霧化性能，是對(duì)柴油機(jī)各方面性能有著重大影響。燃油霧化、貫穿和混合氣形成的能量主要依靠噴油的能量。噴油壓力越大，則噴油能量越高，噴霧越細(xì)、混合氣形成金額燃燒越明顯，從而使柴油機(jī)排放性能和動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性都得以改善?，F(xiàn)在電控高壓共軌噴射壓力普遍在120-200Mpa之間，甚至可達(dá)到250Mpa以上。一般高壓噴射會(huì)使氮氧化物NOx增加，但合理利用高壓噴射持續(xù)時(shí)間短特點(diǎn)，同時(shí)推遲噴油時(shí)刻或才用廢氣再循環(huán)等方法，可使微粒和NOx同時(shí)減低。

單位轉(zhuǎn)換：1Mpa兆帕=10bar巴=1000kPa千帕=145.03psi磅力/平方英寸=9.89個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓ATM

　　噴油規(guī)律同樣影響柴油機(jī)排放性和動(dòng)力性。在保證適當(dāng)動(dòng)力性的情況下，現(xiàn)在的噴射規(guī)律更多的照顧排放方面要求。減少燃燒過程中的粗暴現(xiàn)象出現(xiàn)，滯燃期中的噴油量影響著燃燒時(shí)的最高壓力、溫度和壓力升高率，因此需減少滯燃期燃燒速率較為重要。預(yù)噴射是實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)初期緩慢燃燒的較好辦法，少量燃油預(yù)先噴射，使得在滯燃期內(nèi)形成有限的可燃混合氣量，同時(shí)只有較弱的初期燃燒放熱，使主噴射燃油的著火期縮短，同時(shí)避免燃燒初期急劇的壓力、溫度升高。主噴射則采用快速高壓的噴射以加快燃燒，防止生成大量微粒和降低燃燒噪聲；噴油后期則要快速結(jié)束噴射，避免低速噴射燃燒霧化變差，導(dǎo)致燃燒不完全而是碳?xì)浠衔颒C和微粒排放增多。因此噴油規(guī)律大致為“初期緩慢、中期急速、后期快斷”，噴射次數(shù)在3-5次，甚至高達(dá)9次。

　　噴油時(shí)刻間接通過滯燃期影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能。噴油提前角過大，燃油在壓縮行程就燃燒較多，不僅增加壓縮負(fù)功，使燃油經(jīng)濟(jì)性變差，功率下降，壓力升功率和最高壓力變大使得柴油機(jī)工作更加粗暴微粒氮氧化物排放增加。若噴油提前角過小，導(dǎo)致后燃期增長(zhǎng)，排氣溫度和燃油消耗率增高，發(fā)動(dòng)機(jī)容易過熱。柴油機(jī)的噴油時(shí)刻需要有更加細(xì)微的調(diào)節(jié)，不同發(fā)動(dòng)機(jī)有著不一樣的噴油時(shí)刻，不同工況噴油時(shí)刻也不盡相同，不能一本通書讀到老。

　　電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)可以讓柴油機(jī)有著質(zhì)的飛躍，用汽油機(jī)發(fā)展歷程來比劃，如從化油器時(shí)代直接跨入缸內(nèi)直噴時(shí)代。電控噴油器、高壓油管等讓燃油噴射實(shí)現(xiàn)柔性、高壓噴射，同時(shí)減低微粒和NOx的排放，保證優(yōu)良動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性?？上У氖菄鴥?nèi)并沒有乘用車廠商真正擁有該項(xiàng)技術(shù)，主要為博世所壟斷。

　　2、直噴式燃燒系統(tǒng)

　　直噴式燃燒系統(tǒng)也可以理解為直噴式燃燒室，其燃燒方式較為集中，以便燃油與空氣進(jìn)行混合。事實(shí)上這類燃燒室與汽油機(jī)沒有太大差異，但相對(duì)于柴油機(jī)發(fā)展歷程來說卻有著深層影響，傳統(tǒng)柴油機(jī)一般采用非直噴燃燒，在汽缸蓋上有單獨(dú)的預(yù)燃室或渦流室。直噴式燃燒室有著燃油消耗率低、轉(zhuǎn)速高、起動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。為了獲得更好的綜合性能指標(biāo)，必須對(duì)渦流強(qiáng)度、流場(chǎng)、噴油速率、噴孔數(shù)、噴孔直徑、噴射角度與燃燒室進(jìn)行大量?jī)?yōu)化匹配工作。

　　3、廢氣渦輪增壓技術(shù)

　　可能大伙都說這渦輪增加技術(shù)很普遍呀，一點(diǎn)都不創(chuàng)新。傳統(tǒng)意義上的柴油機(jī)的功率偏小一直被人們吐槽，廢氣渦輪增壓技術(shù)剛好彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，但同時(shí)改變了低速轉(zhuǎn)矩的性能變化。由于柴油機(jī)常處于空氣過量的情況下工作，再采用廢氣渦輪增壓可以再提升充氣量和工作壓力，在保持原有功率和高轉(zhuǎn)矩情況下，適當(dāng)降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少機(jī)械損失和減少磨損，從而提高燃油經(jīng)濟(jì)性。

　　事實(shí)上在柴油機(jī)上廢氣渦輪增壓技術(shù)應(yīng)用除了提升功率和燃油經(jīng)濟(jì)性外，更重要原因來自于排放控制。廢氣渦輪增壓技術(shù)使缸內(nèi)充氣量進(jìn)一步增大，燃料可以更加充分燃燒，使得一氧化碳CO和碳?xì)浠衔颒C排放更低，排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)比汽油機(jī)來得少。但增壓后燃燒溫度變高不利于氮氧化物NOx和微粒減少，因此需要中冷技術(shù)進(jìn)行冷卻空氣，進(jìn)而進(jìn)一步減少氮氧化物NOx和降低45%或以上的微粒排放。

　　可變截面渦輪增壓器的可變?nèi)~片位于排氣渦輪上。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速情況，通過控制膜盒進(jìn)行葉片的開閉調(diào)節(jié)，使發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)刻保持最佳的動(dòng)力輸出。轉(zhuǎn)速較低時(shí)，采用小截面使得廢氣流速加快，從而使得渦輪轉(zhuǎn)速上升，大大減少渦輪遲滯現(xiàn)象，相當(dāng)于小直徑渦輪增壓；高轉(zhuǎn)速時(shí)，采用大截面，使得廢氣流動(dòng)更加順暢，調(diào)節(jié)渦輪轉(zhuǎn)速，同時(shí)也能發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率和轉(zhuǎn)矩。

　　4、電控EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)

　　廢氣再循環(huán)系統(tǒng)一開始應(yīng)用汽油機(jī)上。傳統(tǒng)柴油機(jī)氮氧化物NOx排放，采用廢氣再導(dǎo)入燃燒可稀釋混合氣的氧氣，降低過量空氣系數(shù)，同時(shí)讓最高燃燒溫度適當(dāng)降低（NOx、氮?dú)?、二氧化碳等其他比熱容大，吸熱能力?qiáng)），從而讓NOx減少生成。EGR率廢氣量采用電控系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，時(shí)刻檢測(cè)進(jìn)氣中氧氣濃度進(jìn)行檢測(cè)，從而不斷調(diào)整EGR率使其保持在最佳狀態(tài)。柴油機(jī)的NOx排放主要在大、中負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生；EGR率15%時(shí)可減少50%的NOx排放；EGR率在25%時(shí)可減少80%的NOx排放。雖EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)可減少NOx排放的，但會(huì)讓微粒排放增多，因此需結(jié)合其他技術(shù)同時(shí)應(yīng)用。

　　5、電子節(jié)氣門

　　采用過量空氣燃燒，傳統(tǒng)柴油機(jī)上根本不存在節(jié)氣門。由于排放法規(guī)越發(fā)越嚴(yán)格，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不得不加入電子節(jié)氣門裝置。一般電子節(jié)氣門采用常開的狀態(tài)，以滿足動(dòng)力輸出。當(dāng)出現(xiàn)特殊工況氮氧化物NOx排放增多，乃至EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)無法滿足時(shí)，此時(shí)將電控單元調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度，適當(dāng)減少進(jìn)氣量，以調(diào)整過量空氣系數(shù)，產(chǎn)生更大的EGR率，滿足排放需求。適當(dāng)調(diào)小電子節(jié)氣門開度，可以減少氮氧化物排放。因此，切記柴油機(jī)上的電子節(jié)氣門并不是為了調(diào)節(jié)負(fù)荷所用的。

　　6、進(jìn)排氣系統(tǒng)

　　傳統(tǒng)柴油機(jī)主要采用兩氣門設(shè)計(jì)，是因?yàn)槎鄽忾T制造工藝無法滿足柴油機(jī)高強(qiáng)度需要?，F(xiàn)在制造水平上去了，高壓共軌柴油機(jī)主要采用多氣門技術(shù)，主要為四氣門，兩進(jìn)連排。多氣門能保證較大的換氣流通面積，減少泵氣損失，增大充氣量系數(shù)，保證高質(zhì)量的燃燒效果。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，可通過電控系統(tǒng)關(guān)閉一個(gè)進(jìn)氣道，使缸內(nèi)進(jìn)氣渦輪加強(qiáng)，讓混合氣均勻。改善進(jìn)排氣系統(tǒng)可適當(dāng)改善燃燒效率，提高動(dòng)力性。同時(shí)應(yīng)用在汽油機(jī)上的可變氣門正時(shí)和揚(yáng)程系統(tǒng)同時(shí)也可以降低柴油機(jī)的壓縮比，從而降低柴油機(jī)的工作溫度，提升動(dòng)力和排放性能。

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