一、李斯特研究所(avl)观点概述 高速
柴油机一直朝着为节约燃油、高可靠性和高耐久性、低生产成本及低排气污染的方向发展。这些要求对于商用车辆和其它重型车辆,经济性和可靠性居于首位,因此大多采用高效率的直喷式柴油机。对于客车和其它轻型车用的柴油机主要采用涡流室式和预燃式等非直接喷射式柴油机。但由于燃料危机,为轻型车取得更好的燃油经济性,结果也促进了高速直喷式柴油机的发展。
改进进气道设计,提高气体流速和利用有效涡流提高容积效率;
改善燃油与空气混合的新型燃烧室;
改进喷嘴设计,使其更好地与燃烧室匹配;
通过涡轮增压,利用排气能量;
提高涡轮增压效率,特别是改进后弯曲叶轮压缩机,使柴油机效率和比功率提高;
中冷增压技术的发展,可使涡轮增压柴油机得到更高的功率输出。
这些成就由于加速了燃烧过程,可以获得更高的功率和更低的油耗。然而,今天的柴油机之所以有较低的比油耗,也与改进柴油机结构设计分不开,如采用轻型活塞、减少活塞环数量、采用小型轴承
和更先进的曲轴平衡技术等。当然,这些成就是经历了半个多世纪的发展才取得的。
燃油经济性在柴油机发展过程中始终保持它的重要位置。然而,有害废气排放的限制,今天已占据了首位。
面临这些挑战,燃料喷射系统是关键性的,特别是电子控制。为减少摩擦损失,还需要改进活塞和活塞环,采用陶瓷和高强度纤维或复合材料等新材料,改进润滑方式,以及减少气门组附加损失等。
涡轮增压技术是发展重点,其目标仍是可提高柴油机效率的可变涡轮形状、两级涡轮增压和中冷增压。由于复合增压装置可使燃油经济性得到普遍的改善,因此增压技术也可能应用于轻型柴油机。
为降低车用柴油机噪声,精心设计喷射系统和燃烧室,并使之趋向于完全燃烧。另外,有限元分析法可使燃烧室和活塞传递到柴油机表面的噪声最小,隔噪和屏蔽也可以减小辐射和噪声。r口使通过改进燃烧系统可得到很低的排放污染,但排放有害物的收集和处理仍是当前柴油机发展的主要内容。因为在80年代末和90年代初,各国都对有害物排放标准的限制十分重视。
燃油经济性、有害排放物及油品的挑战要求有更为复杂的仪器和设计,因而生产成本在世界汽车市场竞争中十分重要。未来的发动机将通过设计尽可能降低生产成本,这就要求部件标准化和生产自动化。当然成本观念中也要考虑维修和备件所占的比例。
未来的挑战取决于计算机技术、测试技术和分析技术。有限元分析法也已经延伸到柴油机动力学和声学领域,新的摸拟技术可分析活塞在任意位置时气缸内气体的三维流动结构,从而可揭示燃烧过程中燃油喷射和混合气的形式。
激光多普勒风速计成功地应用于柴油机研制和辅助摸拟技术,高速照相技术的新进展可直接观察燃烧实况,且不影响柴油机的燃烧过程。自动化试验台试验数据的迅速采集和处理,有助于更快地评价因设计参数变化所产生的效果。
这些新工具的应用,将加深对柴油机复杂燃烧过程和状况的认识,从而提高未来高速柴油机的设计质量和产品质量。
二、里卡多公司观点概述
柴油燃烧系统的发展与燃油喷射密切相关,里卡多慧屋燃烧系统已经取得了领先的发展。它通过改进燃烧理论,促使了涡流燃烧室结构优化,并减小了能量损失,提高了燃油经济性。近来喷油器和电热塞的微型化,使它们在涡流燃室上的安装有更大的自由度。
由于柴油机比汽油机经济性好,所以它已应用于轻型车。随着对燃烧认识的深化而导致的平稳燃烧系统、紧凑型四气门燃烧室和复杂工况下三元催化剂的控制,也使近几年汽油机的燃油经济性得到改善。面对这种挑战,直喷式柴油机如何在轻型汽车上开发应用还必须加强。这就要求常规的燃烧室形状,根据载荷要求和转速负荷范围成比例的缩小。如果使用足够小的喷油器孔,能够在柴油机低速低负荷下使燃油雾化良好,那么按全负荷所需的喷油量喷射也是可行的。但轻型客车上常使用的喷油泵-油管-喷油器难于满足要求,而整体式喷油器却具有优势。因为它应用可变小口柱针式喷嘴,无须用直喷式系统那样的喷射压力,湿壁油膜燃烧系统也能平稳地燃烧,这在冷车怠速状况下很重要。
尽管以上三种燃烧系统现阶段还不能预测其市场。但无论使用哪一种系统都属于电子控制燃油喷射系统,它通过计算机的控制,可保证可靠的燃油经济性及较低的排放物和噪声。人们也希望计算机能控制喷射率,以进一步降低噪声。
涡轮增压在150kw以上的重型机上使用已经很常见,废气涡轮增压、进气中冷和改进燃油喷射系统已经使柴油机比功率达到25kw/l,而热效率达到42%。随着市场需要及设计、材料和润滑油的进步,柴油机的可靠性和耐久性也已提高,使废气涡轮增压在轻型柴油机上的应用更加广泛。不仅提高了低转速扭矩,也减少了柴油机尺寸,改善了燃油经济性。排气压力波增压器比常规的废气涡轮增压器具有优势,因为它还有瞬时响应快的优点。
现阶段,常规的往复式四冲程柴油机在发电机组以后的发展主要是材料和控制系统。材料的发展包括铝、镁、粉末冶金材料、塑料、耐磨陶瓷材料的应用,以及阻尼层压材料、低噪声平滑凝结材料及强化纤维材料的使用等。
柴油机控制系统通过电子技术得到了变革,如可变配气相位、可变废气涡轮增压、可变排量以及电子燃料喷射系统等。电子控制还可以扩展应用于操作自动化、排气净化以及故障诊断等。低成本的智能传感器,或许可用一个专家系统来分析数据和指导维修操作,以保证车辆使用可靠性,并延长柴油机寿命,减少维修和预测可能出现的故障。
另外,随着柴油机燃烧摸拟技术的发展,不仅可以帮助选择进排气参数,节约柴油机研制时间,还可预示燃油喷射系统的最佳匹配.
尽管摸拟和预测具有一定的超前性,但仪器仪表、数据库和控制系统的进展使我们加深了对柴油机本质特性的认识。目前,高速照相和激光多普勒风速计评估燃烧和气流运动的技术也已成熟。