柴油發動機是燃燒柴油來獲取能量釋放的發動機。它是由德國發明家魯道夫·狄塞爾(Rudolf Diesel)于1892年發明的,為了紀念這位發明家,柴油就是用他的姓Diesel來表示,而柴油發動機也稱為狄塞爾發動機(Diesel engine)。
柴油發動機的優點是扭矩大、經濟性能好。柴油發動機的工作過程與汽油發動機有許多相同的地方,每個工作循環也經歷進氣、壓縮、做功、排氣四個沖程。但由于柴油機用的燃料是柴油,它的粘度比汽油大,不容易蒸發,而其自燃溫度卻比汽油低,因此,可燃混合氣的形成及點火方式都與汽油機不同。不同之處主要有,柴油發動機的氣缸中的混合氣是壓燃的,而非點燃的。
柴油發動機工作時,進入氣缸的是空氣,氣缸中的空氣壓縮到終點的時候,溫度可以達到500-700℃,壓力可以達到40—50個大氣壓。活塞接近上止點時,供油系統的噴油嘴以*的壓力在極短的時間內向氣缸燃燒室噴射燃油,柴油形成細微的油粒,與高壓高溫的空氣混合,可燃混合氣自行燃燒,猛烈膨脹產生爆發力,推動活塞下行做功,此時溫度可達1900-2000℃,壓力可達60-100個大氣壓,產生的扭矩很大,所以柴油發動機廣泛的應用于大型柴油設備上。
傳統柴油發動機的特點:熱效率和經濟性較好,柴油機采用壓縮空氣的辦法來提高空氣溫度,使空氣溫度超過柴油的自燃點,這時再噴入柴油、柴油噴霧和空氣混合的同時自己點火燃燒。因此,柴油發動機無需點火系統。同時,柴油機的供油系統也相對簡單,因此柴油發動機的可靠性要比汽油發動機的好。由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要,柴油機壓縮比很高。熱效率和經濟性都要好于汽油機,同時在相同功率的情況下,柴油機的扭矩大,大功率時的轉速低,適合于載貨汽車的使用。 但柴油機由于工作壓力大,要求各有關零件具有較高的結構強度和剛度,所以柴油機比較笨重,體積較大;柴油機的噴油泵與噴嘴制造精度要求高,所以成本較高;另外,柴油機工作粗暴,振動噪聲大;柴油不易蒸發,冬季冷車時起動困難。由于上述特點,以前柴油發動機一般用于大、中型載重貨車上。
傳統上,柴油發動機由于比較笨重,升功率指標不如汽油機(轉速較低),噪聲、振動較高,炭煙與顆粒(PM)排放比較嚴重,所以一直以來很少受到轎車的青睞。特別是小型高速柴油發動機的新發展,一批*的技術,例如電控直噴、共軌、渦輪增壓、中冷等技術得以在小型柴油發動機上應用,使原來柴油發動機存在的缺點得到了較好的解決,而柴油機在節能與CO2排放方面的優勢,則是包括汽油機在內的所有熱力發動機無法取代的,成為“綠色發動機”。
柴油發動機應用廣泛,處在所屬產業鏈的相對核心的位置。在過去十多年的發展中,柴油發動機生產業形成了一系列的配套企業,很多的柴油發動機企業更多充當了總承裝配者的角色,而柴油發動機的一些關鍵的零部件:曲柄連桿、活塞、氣缸套、凸輪已交由專業公司生產。專業化分工使得柴油發動機廠商能更加集中自身的優勢,專注于柴油發動機的設計的和制造。
柴油發動機主要用于終配套產品,比如大功率高速柴油機主要配套重型汽車、大型客車、工程機械、船舶、發電機組等。因此,柴油機行業的發展在很大程度上取決于相關終端產品市場情況。 在農用柴油機領域,發展中國家的市場增長將彌補發達國家的市場滑落,全球人口的快速增長,以及老舊設備的更新換代都對農業機械有較大需求,全球農用柴油機市場將呈現高速增長。在航空發動機領域,發動機產業是航空工業的核心細分子行業,未來發展前景非常廣闊。綜合以上對各領域的分析,我們認為,全球柴油發動機將保持8%的速度穩步向前發展。
柴油發動機的優點是扭矩大、經濟性能好。柴油發動機的每個工作循環也經歷進氣、壓縮、做功、排氣四個行程。但由于柴油機用的燃料是柴油,其粘度比汽油大,不易蒸發,而其自燃溫度卻較汽油低,因此可燃混合氣的形成及點火方式都與汽油機不同。不同之處主要是,柴油發動機氣缸中的混合氣是壓燃的,而不是點燃的。柴油發動機工作時進入氣缸的是空氣,氣缸中的空氣壓縮到終點時,溫度可達500-700℃,壓力可達40—50個大氣壓。活塞接近上止點時,發動機上的高壓泵以高壓向氣缸中噴射柴油,柴油形成細微的油粒,與高壓高溫的空氣混合,柴油混合氣自行燃燒,猛烈膨脹,產生爆發力,推動活塞下行做功,此時的溫度可達1900-2000℃,壓力可達60-100個大氣壓,產生的扭矩很大,所以柴油發動機廣泛的應用于大型柴油汽車上。
是技術水平不足造成的,而不是柴油機本質的問題,是可以通過技術的進步加以解決的。 首先,各種動力都有其發展的應有位置和時序。不著手研究開發氣體燃料汽車、混合動力汽車、電動汽車以及燃料電池汽車等新技術是要落后的,但是片面強調其短期大量推廣的可能性,甚至與常規動力的正常發展相對立也是不對的。其次,應該一分為二地評價氣體燃料發動機。氣體燃料發動機固然能夠較好地滿足當前的排放要求,對能源利用結構的調整有著重要的意義,但天然氣發動機排放的總碳氫量(主要是甲烷)要高于柴油,在滿足歐Ⅳ排放標準方面也z會遇到很多困難。第三,排放和節能同等重要,二者應當綜合考慮,節能不僅是節約石油資源,而且是重要的環保問題。以當前國際上關注的排放問題是全球性的溫室效應問題為例子,柴油機油耗低,二氧化碳排放遠低于汽油機,可減少45%以上的溫室氣體排放。
1.關鍵零部件技術:如油泵油嘴和增壓中冷技術。
2.燃油品質:低硫的柴油是柴油機滿足日益嚴格的排放法規的前提。
3.電控技術:柴油機電控技術對于發動機綜合性能的優化和提高至關重要。
4.排放后處理關鍵技術:如廢氣再循環(EG R)技術、微粒捕集技術以及N O x催化轉化技術。
5.整機開發及匹配技術:如柴油機燃油、進氣及燃燒系統的匹配與優化技術,重型車用及轎車用柴油機技術。 6.柴油機的制造、工藝及材質等技術。
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