共轨系统毕业论文

共轨系统毕业论文

我校机电系机械专业的一篇论文： 【论文摘要】 机械传动式轮胎定型硫化机横梁运动形式已知有三种，即升降翻转运动，升降平移运动，直接升降运动。三种运动都是由曲柄滑块机构实现的。由于在前两种运动中横梁必须通过一拐点，因而其滑块变异为导轮，而直接升降运动，既可使用滑块，也可使用导轮。曲柄由减速机经减速齿轮获得转。曲柄的固定支点为机架，运动支点与主连杆下端活销连接，主连杆上端与横梁端轴活销连接。曲柄转动时，经由主连杆推动横梁端轴沿既定的轨迹运动。三种运动形式中，前两种运动的轨迹基本相同，但辅助运动不同，而第三种只是前两种运动的一部分。由此，在硫化机开模到终点时，横梁处于三种不同的状态。因而适用于不同类型的硫化机。 一、升降翻转型运动 据文献介绍，升降翻转运动形式分为：间接导向的升降翻转运动；直接导向的升降翻转运动；单槽杠杆导向的升降翻转运动。其中最常用也最简单的是直接导向的升降翻转运动。单槽杠杆导向的升降翻转运动在大规格B型定型硫化机如1900B，2160B等机型上曾经使用过，但已逐渐被直接导向的升降翻转运动取代。而间接导向的升降翻转运动在国内的定型硫化机上尚未见使用。本文介绍的升降翻转型运动就是直接导向的升降翻转型运动。梁端轴外的主导轮和副连杆上的副导轮，直接讨论横梁端轴的运动。 横梁的运动轨道由一竖直开式主导槽和与其相接且夹角小于90°的开式导轨组成。为保持横梁运动的平稳性并实现横梁的自转，还有一个与开式主导槽平行的闭式副导槽。开模时，横梁端轴在开式主导槽中上升，与横梁固定连接的副连杆 下 端中心轴在闭式副导槽中同步上升，此时横梁做平动。当横梁端轴离开竖直开式主导槽进入开式导轨后，横梁端轴的运动轨迹便不再与闭式副导槽平行。此时，在主连杆和副连杆的共同作用下，横梁端轴在开式主导轨上边移动边自转。在横梁运动极限位置，主连杆两活销中心连线与曲柄支点中心连线重合。实际运动中，一般不会到达极限位置。 Φ=α+β 其中α为副连杆与横梁竖直中心线间的夹角 β=arcSin 上式中，h，l是由横梁本身结构决定的，它们也决定了α的值。由此式可知，横梁的翻转角度首先取决于其自身的结构。在其结构确定之后，与硫化机的开模长度有关。开模到极限时，其翻转角度达到最大值。 直到二十世纪末，几乎所有的B型定型硫化机都使用升降翻转运动。这是由B型硫化机的特点和它的适用范围决定的。首先，B型中心机构在装胎和卸胎时，胶囊都是完全拉直的，这使得上环升得很高。其次，早期使用的硫化机的抓胎爪都是长式的，而且当时的轮胎主要是斜交胎，其生胎高度也较大。为了将生胎顺利地装入下模，中心机构上方必须有足够的空间。使用升降翻转的运动形式，在完全开模的状态下，中心机构上方是完全敞开的，使装胎，卸胎操作十分方便。再次，我们知道，轮胎硫化后，与硫化模型间的粘着力是很大的。其值不仅与轮胎和模型间的接触面积成正比，而且随着接触面积的增大，单位面积的粘着力也随着增大。这就使得大型轮胎如载重轮胎，工程轮胎等的粘着力非常之大，从而极大地增加了脱模的难度，甚至将轮胎拉伤。为了减小粘着力，目前最常用的方法是往模型上喷洒隔离剂（硅油与水的混合液）。而要进行这种操作，只有在上模翻转一定的角度之后才便于进行。 一般地说，规格在1525以上的定型硫化机应该有自动喷洒隔离剂装置。国外企业对此比较重视，国内企业似乎不太在意。 几乎所有的轮胎定型硫化机的调模机构都使用螺纹副结构。在保持良好润滑的条件下，这种结构调整方便、可靠，承载能力也较大。但螺纹副较其它配合的间隙偏大。尤其是调模机构受硫化室高温的影响，其螺纹副的间隙较常温下使用的又偏大。硫化机开模合模时，螺蚊副由竖直状态转入接近水平状态或反过来由近水平状态转入垂直状态时，其间隙的分布是不断变化的。随着硫化机不断地开模、合模，这种间隙分布的变化周而复始地进行。很显然，它不但影响运动的平穩性，也损害了螺纹副的配合精度，进而影响上下模间，上模和中心机构间的同轴度。在使用活络模时，横梁翻转后，活络模操纵缸的活塞杆压向一侧。活塞杆与活络模的上胎侧模连接，又会影响模型的精度和寿命，还会影响活塞杆与缸的配合，甚至引起缸的泄漏。 二、升降平移型运动 采用升降平移运动形式时，横梁端轴的运动轨迹与采用升降翻转运动形式基本相同。根本区别在于，它的副导槽是一个中心线与横梁端轴中心运动轨迹完全相同的封闭式导槽。因而在横梁的整个运动过程中，其端轴中心轨迹与副连杆轴中心的轨迹完全相同。横梁保持平动。图2为其机构运动简图。 不考虑装胎机构固定在横梁前面的结构，与升降翻转型运动一样，完全开模时，中心机构上方也是完全敞开的。由于横梁没有翻转，调模机构的螺纹副始终处于竖直状态。与升降翻转型运动相比，它不但提高了运动的平稳性，而且极大地提高了开合模的重复精度，更容易保证上下模型及其与中心机构间的同轴度，也改善了模型尤其是活络模型及其操纵缸的使用条件。 到二十世纪末，如同所有的机械传动式B型定型硫化机都使用升降翻转运动一样，B型以外的所有机型，如A型、AB型、C型等，则全都采用升降平移运动。这是因为A型、AB型、C型等机型一般都只用于硫化中小型轮胎，通常不需要喷洒隔离剂。尤其对于硫化中小型子午线轮胎，使用升降平移运动在一定程度上能提高轮胎的硫化质量。 根据前面的论述，大型B型硫化机由于需要喷洒隔离剂而采用升降翻转运动是合理的。而所有的B型硫化机包括硫化小胎的1030B型硫化机也使用升降翻转运动则有些让人费解。能让人接受的解释只能是为了設备的标准化、系列化，便于管理。 三、直接升降型运动 直接升降型运动实际上只是升降翻转和升降平移运动的一部分。它借鉴液压传动式轮胎定型硫化机的运动方式，横梁只在中心机构的正上方升降。很显然，直接升降型运动较前两种运动形式更简捷，也更容易实现。同时由于横梁只在一个方向做上下运动，其运动精度也得以大大提高。 在升降翻转和升降平移运动中，曲柄绕固定支点在一定的角度范围内摆动，整个传动装置做正反转运动。而直接升降型运动，曲柄旋转一周，横梁便完成一个升降周期，传动装置无须反转。 采用直接升降型运动，横梁的最大升降高度等于两倍的曲柄长度。由于设备体度的限制，曲柄不可能做的很长，因而开模的高度就非常有限。它不适用于B型硫化机，只能用于A型、AB型、C型等硫化机中硫化乘用子午胎、轿车子午胎。 直接升降的运动形式，使机械传动式轮胎定型硫化机的精度达到一个新的高度。当前，在液压传动式轮胎定型硫化机还不普及的条件下，它可以部分地代替液压硫化机用以硫化高等级小型子午胎。 综上所述，机械传动式轮胎定型硫化机三种运动形式的应用应该这样划分：硫化大型轮胎的B型硫化机（一般为1525B以上规格），使用升降翻转运动；一般的B型硫化机，使用升降平移运动；B型以外的其它类型硫化机，尤其是用于硫化子午线轮胎的，优先采用直接升降运动，不能使用的，用升降平移运动。 随着科学技术的进步，轮胎硫化技术也将不断发展。如果能取消往上模喷洒隔离剂的工序，则可以予言，升降翻转运动将从轮胎定型硫化机的运动中消失。那时，机械传动式轮胎定型硫化机将只有升降平移和直接升降两种运动形式。所有的B型硫化机都使用升降平移运动，其它类型的硫化机则两种运动形式兼而用之。若是这样，则机械传动式轮胎定型硫化机的运动精度将会得到极大的改善

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3 柴油机电控技术的特点 柴油机电控技术与汽油机电控技术有许多相似之处，整个系统都是由传感器、电控单元和执行器三部分组成。在电控喷射方面柴油机与汽油机的主要差别是，汽油机的电控喷射系统只是控制空燃比(汽油与空气的比例)，柴油机的电控喷射系统则是通过控制喷油时间来调节输出油量的大小，且柴油机喷油控制是由发动机的转速和加速踏板位置(油门、供油拉杆位置)来决定的。柴油机电控技术有两个明显的特点：一是柴油喷射电控执行器复杂，二是柴油电控喷射系统的多样化。 3.1柴油机是一种热效率比较高的动力机械 柴油机燃油喷射具有高压、高频、脉动等特点。其喷射压力高达200MPa，为汽油机喷射压力的百倍以上。对燃油高压喷射系统实施喷油量的电子控制，困难大得多。而且柴油喷射对喷射正时的精度要求很高，相对于柴油机活塞上止点的角度位置远比汽油机要求准确，这就导致了柴油喷射的电控执行器要复杂得多。 3.2由于柴油机的喷射系统形式多样 传统的柴油机具有直列泵、分配泵、泵喷油器、单缸泵等结构完全不同的系统。实施电控技术的执行机构比较复杂，形成了柴油喷射系统的多样化；同时柴油机需要对油量、定时、喷油压力等多参数进行综合控制，其软件的难度也大于汽油机。 4 电控柴油喷射系统分类 最先出现的是电控喷油泵技术，而后又发展了电控泵喷嘴技术和高压共轨喷射技术，后两种技术是现在最主要的柴油机电控喷射技术。其中，电控泵喷嘴技术的喷油压力非常高，可以达到 200MPa，并且泵和喷嘴装在一起，所以只需要很短的高压油引导部分，泵喷嘴系统也可以实现很小的预喷量，其喷油特性是三角形的，并采用了分段式预喷射，这是很符合柴油机的要求 (大众公司的TDI发动机就是使用这种技术)。但电控泵喷嘴技术的喷油压力受柴油机转速影响，使用蓄压系统的高压共轨技术可以解决这个问题。它的喷油压力低于泵喷嘴系统，能达到 160MPa。有些公司看中了它对任意缸数的发动机喷油压力调节很宽泛的特点，逐步扩大其使用范围(最早使用高压共轨的轿车是阿尔法罗密欧156和奔驰C级别车)。 4.1第一代柴油机电控燃油喷射系统也称位置控制系统，它用电子伺服机构代替机械调速器控制供油滑套位置以实现供油量的调整。其特点是保留了传统的喷油泵——高压油管—— 喷油器系统，只是对齿条或滑套的运动位置由原来的机械调速器控制改为计算机控制。这类技术已发展到了可以同时控制定时和预喷射的TICS系统。 4.2第二代柴油机电控燃油喷射系统也称时间控制系统，其特点是供油仍维持传统的脉动式柱塞泵油方式，如博世公司的电控泵喷嘴系统，但供油量和喷油定时的调节则由电脑控制的强力快速响应电磁阀的开闭时刻所决定。一般情况下，电磁阀关闭时，执行喷油，电磁阀打开时，喷油结束；喷油始点取决于电磁阀关闭时刻，喷油量则取决于电磁阀关闭时间的长短。时间控制系统的控制自由度更大。 4.3第三代也称为直接数控系统，它完全脱开了传统的油泵分缸燃油供应方式，通过共轨和喷油压力/时间的综合控制，实现各种复杂的供油回路和特性。 因柴油机的喷射系统形式多样。国外柴油机的电控系统也型式多样，有直列泵和分配泵的可变预行程TICS系统，有基于时间控制的泵喷嘴系统，有蓄压共轨系统和高压共轨系统等。各种技术方案都在原有的基础上发展，但高压共轨系统是总的发展方向。 5 高压共轨电控喷射系统 5.1共轨(Common-rail)式电控燃油喷射技术的原理 在汽车柴油机中，高速运转使柴油喷射过程的时间只有千分之几秒。实验证明，在喷射过程中高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的。由于柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动，使实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在主喷射之后使高压油管内的压力再次上升，达到令喷油器的针阀开启的压力，将已经关闭的针阀又重新打开，产生二次喷油现象。由于二次喷油不可能完全燃烧，于是增加了烟度和碳氢化合物(HC)的排放量，油耗增加。此外，每次喷射循环后高压油管内的残余压力都会发生变化，随之引起不稳定的喷射，尤其在低转速区域容易产生上述现象，严重时不仅喷油不均匀，而且会发生间歇性不喷射现象。为了解决柴油机这个燃油压力变化的缺陷，现代柴油机采用了一种称为“共轨”的技术。 共轨技术是指由高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于共轨管(公共供油管)压力和电磁阀开启时间的长短。 共轨式电控燃油喷射技术，通过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁开关阀的开启与闭合，定时定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量，从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的着火时间、足够的着火能量和最少的污染排放。 其主要由电控单元、高压油泵、共轨管、电控喷油器以及各种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵，高压油泵将燃油加压送入高压共油轨，高压共油轨中的压力由电控单元根据共油轨压力传感器测量的共油轨压力以及需要进行调节，高压共油轨内的燃油经过高压油管，根据柴油机的运行状态，由电控单元从预设的MAP图中确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液控制的电子喷油器将燃油喷入汽缸(见图4)。 5.2共轨式电控燃油喷射技术的特点 柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术，集计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油器结构于一身。它不仅能达到较高的喷射压力、实现喷射压力和喷油量的控制，而且还能实现预喷射和分段喷射，从而优化喷油特性、减低柴油机噪声和大大减少废气有害成分的排放量。其特点为： (1)采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀，使得喷油过程的控制十分方便，并且可控参数多，利于柴油机燃烧过程的全程优化。 (2)采用共轨方式供油，喷油系统压力波动小，各喷油器间相 互影响小，喷射压力控制精度较高，喷油量控制较准确。 (3)高速电磁开关阀频率高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围大，并且能方便地实现预喷射等功能，为优化柴油机喷油规律、改善其性能和降低废气排放提供了有效手段。 (4)系统结构移植方便，适应范围广，尤其是与目前的小型、 中型及重型柴油机均能很好匹配，因而市场前景广阔。 5.3高压共轨电控燃油喷射技术的发展前景 高压共轨系统被认为是20世纪内燃机技术的3大突破之一。目前，有待研究的有： (1)高压共轨系统的恒高压密封问题。 (2)高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量 不均匀问题。 (3)高压共轨系统三维控制数据的优化问题。 (4)微结构、高频响应电磁开关阀在制造过程中的关键技术问 题。 综上所述，共轨式电控燃油喷射技术有助于减少柴油机的有害尾气排放量，并具有降低噪声、降低燃油耗、提高动力输出等方面的综合性能。高压共轨电控燃油喷射技术的应用有利于地球环境保护，加速促进柴油机工业、汽车工业，特别是工程机械相关工业的向前发展。 参考文献 1. 李春明.《汽车发动机燃油喷射技术》主编 北京理工大学出版社 2. 蒋向佩.《汽车柴油机构造与使用》主编 机械工业出版社 3. 朱仙鼎.《特种发动机》主编 机械工业出版社 资料来源：

柴油发动机新技术论文

　　柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机。我为大家整理的柴油发动机新技术论文，希望你们喜欢。
　　柴油发动机新技术论文篇一
　　柴油发动机燃烧技术及汽车新能源

　　摘要：汽车无疑是21世纪发展最为迅速，对人类影响最大的机械。近几十年来，面对地球能源的日益短缺和环境保护的严重形势，人们对车用发动机的燃油经济性更加重视，节能减排受到广泛关注。本文针对近年来柴油发动机燃烧技术以及其他汽车替代燃料的新能源开发应用进行了介绍和评论。最后对柴油发动机燃烧新技术的今后发展进行了展望，指出了汽车科技在21世纪的发展方向，即改善燃烧技术并且研发应用新能源。

　　关键词：柴油发动机 燃烧技术 燃料 新能源

　　0 引言

　　随着机动车保有量的迅速增加，全球石油能源临近枯竭。同时，排放法规日益严格，要求大幅降低汽车尾气中NOx和PM等排放。因此，燃油的经济性、节能减排受到广泛关注。改善燃烧技术，研发汽车新能源渐渐成为一项重要的课题。

　　汽车的动力来源于发动机气缸内燃料燃烧所放出的热能。传统的汽车发动机根据所用燃料种类区分，可分为柴油发动机和汽油发动机。近年来，由于世界能源短缺和环保低碳的要求，人们开始开发新型清洁燃料，如甲醇、乙醇、液化石油气(LPG)、压缩天然气(CNG)等。现在又大力开发混合动力汽车、电池电动汽车、电容电动汽车和太阳能汽车等。

　　1 柴油发动机燃烧技术

　　柴油机汽车因压缩比高，燃油消耗平均比汽油机汽车低30%左右，所以燃油经济性较好、热效率较高。但是传统的柴油机燃烧过程，是采用高压喷射将燃油喷入气缸，形成混合气，并借缸空气的高温自行发火燃烧。如果燃烧不充分，极易产生NOx 、PM。随着排放标准的提高，政府对节约能源与减少排放日益重视。为达到排放法规和降低油耗的要求，应该加强新的燃烧方式的探索，开发出高性能低成本的先进柴油机。近些年应运而生的先进的燃烧技术有：均质充量压缩点燃(HCCI)和低温燃烧(LTC)等。他们与传统的燃烧模式相比有很多自身的优势，有足够的提高效率和降低排放的潜力，但还需要进一步的深入讨论和完善。

　　1.1 均质充量压缩着火(HCCI)燃烧

　　自20世纪70年代末，均质充量压缩着火(HCCI)燃烧这一新概念被报道，国际上学术界和工业界一直高度重视这一燃烧技术，是世界内燃机燃烧研究领域中的热点之一。

　　均质充量压缩着火燃烧，就是柴油机在着火前像汽油机那样形成均质混合气，消除扩散燃烧，采用较高压缩比，压缩可控着火，实现近似等压燃烧;同时要具有良好的化学反应动力学效应，实现低温火焰快速燃烧，燃烧持续期短，燃烧效率高，可以同时保持较高的动力性和燃油经济性，达到高效、低污染的目标。与传统的点燃式发动机相比，它取消了节气门，泵气损失小，混合气多点同时着火，燃烧持续期短，可以得到与压燃式发动机相当的较高的热效率;与传统柴油机相比，由于混合气是均质的，有效的解决了传统均质稀混合气燃烧速度慢的缺点，燃烧反应几乎是同步进行，没有火焰前锋面，燃烧火焰温度低，可以同时降低NOx 和PM排放。另外，实施HCCI燃烧模式可以简化发动机燃烧系统和喷油系统的设计。因为HCCI燃烧的着火和燃烧速率只受燃料氧化反应的化学反应动力学控制，受缸内流场影响较小，同时均质预混的混合气组织也比较简单。HCCI的优点还包括它的燃料灵活性高，它能使用包括汽油、柴油、天然气、液化石油气(LPG)、甲醇、乙醇、二甲醚以及混合燃料等多种燃料。

　　HCCI这一燃烧方式具有重要的理论意义和广阔的应用前景。目前已在化学反应动力学机理、燃烧控制、负荷拓展等多个方面有了很大的进步。不过，业内多数研究机构认为该技术成熟至少应在2015年后，要想实用化在还技术上还存在很多弊端。这些弊端主要包括：均质混合气的制备;CO和HC排放的降低;低负荷下的燃烧不稳定和失火;高负荷下的燃烧粗暴;着火相位和燃烧速率的控制等。

　　1.2 低温扩散燃烧

　　对于柴油机来说，燃烧技术的关键是同时降低微粒和 NOx 排放，基本思想是加速燃油与空气混合，尽量燃烧“均匀”混合气，同时还需要降低燃烧温度，实现“低温”燃烧。柴油机低温燃烧，就是控制缸内燃烧温度低于NOx和碳烟的生成温度，从而有效降低NOx和碳烟排放。均质充量压缩着火(HCCI)燃烧属于低温燃烧，另一种低温燃烧技术是低温扩散燃烧。

　　与均质充量压缩着火(HCCI)燃烧不同，低温扩散燃烧的着火仍是由燃油喷射来控制。着火时，缸内存在燃空当量比大于1的区域，因此也就存在扩散火焰，燃烧速率受控于燃油空气混合速率，其较低的燃烧温度是通过采用相当大的冷却EGR率、低压缩比以及推迟喷射定时等措施来实现的。

　　1.3 富氧燃烧技术

　　发动机气缸内燃料的燃烧是靠空气中的氧气来助燃的， 因此改善发动机燃烧技术可以从进入发动机气缸助燃的空气入手。发动机富氧燃烧就是用比通常空气(含氧21%)含氧浓度高的富氧空气为发动机进气的燃烧。富氧燃烧可增加发动机的功率密度，提高柴油机的动力性和经济性，降低碳烟、CO和HC的排放，它是一项高效节能的燃烧技术。

　　早在 20世纪60年代末Karim等就已经开始了对柴油机富氧进气燃烧的研究[2]。我国于80年代中期开始富氧技术的研究。从20世纪90年代开始，通过研究人员的大量研究，富氧燃烧技术取得了一系列实质性进展。

　　由于富氧燃烧提高了柴油机的燃烧速率，优化了燃烧过程，提高了燃料能量释放率，所以使柴油机具有更好的动力性和经济性。富氧燃烧降低了碳烟、CO和HC的排放， 却增加了NO的排放。近年来研究人员提出了更为先进的燃烧技术――膜法富氧燃烧， 膜法富氧技术其基本原理主要是扩散和溶解，利用供应的气体分离膜两边的压力差以及各气体组分对于特定高分子膜的相对通过率不一样，而实现渗透和分离，获得某种高浓度气体[3]。

　　对于柴油发动机来说，膜法富氧不但可以提高发动机动力性能，最重要的是能够降低NOx和碳烟，达到降低排放的目的。膜法富氧技术被称为“资源的创造性技术”。 　　1.4 当量比燃烧

　　最近几年，为了适应更加苛刻的环保法规，柴油机产品上都使用了尾气后处理器，使柴油机的成本增加，也降低了可靠性。为降低后处理成本，Reitz等人[4]-[6]开展了柴油机当量比燃烧的研究，以便使用三元催化器。在一台单缸机上进行了试验。研究发现，在一定条件下，柴油机当量比燃烧可以实现极低的NOx和碳烟排放，二者都在0.2g/(kWh)以下。柴油机当量比燃烧研究的开展是最近几年才开始的，已经显示出很好的低NOX和PM排放性能。如果能够改善经济性，当量比燃烧在柴油机上的应用奖充满期望。

　　2 汽车新能源

　　随着汽车工业的不断发展，柴油、汽油等燃料的需求也越来越大，导致的最直接的后果就是石油日益枯竭，柴油、汽油等价格上涨。同时汽车尾气污染也日趋严重，在不可再生能源的日益枯竭和价格的不断上涨以及环保要求的双重压力下，寻找新能源将是今后汽车行业的主要任务。

　　2.1 燃气汽车

　　燃气汽车主要有液化石油气汽车和压缩天然气汽车。燃气汽车由于其排放性能好，运行成本低、技术成熟、安全可靠，被世界各国公认为当前最理想的替代品。天然气作为一种储量丰富干净可靠的清洁燃料，兼备汽油柴油的优点，具有抗爆性好、自燃温度高、排放特性好等特点，非常适合作为内燃机的代用燃料使用。与柴油相比，颗粒物和NOx排放非常少，而与汽油相比，HC、NOx和CO2排放较少。因此，加强对燃气汽车的研究，对缓解石油能源危机，改善环境具有重要意义，对于保障国民经济的持续发展也具有重大的战略意义。

　　2.2 电动汽车

　　电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。电动汽车最大的优点是只要有电力供应的地方都能够充电。但是蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵。目前电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有镍镉电池、钠硫电池、燃料电池、锂电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟。

　　2.3 混合动力汽车

　　混合动力是指在原有的汽油发动机和柴油发动机基础上，同时配以电动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。混合动力主要以发动机驱动行驶，利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征，在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时，用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。混合动力汽车最大的优点就是“零”排放，而且采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率。

　　2.4 甲醇HCCI燃烧

　　均质压燃的燃烧方式本身具有热效率高、NOx 排放低和几乎零PM排放的优点。甲醇来源广泛，着火界限宽，其气化速度快和易于形成混合气的特点，能更好地适应HCCI稀薄燃烧及分布式多点着火的工作方式。具有较高的抗爆性能，可以提高发动机的压缩比和热效率。将HCCI燃烧技术运用到甲醇车用发机上可满足节能减排的要求，但是目前还未能满足实际运用的要求，如对甲醇发动机HCCI燃烧过程的进行控制、拓展其负荷范围的方法等。

　　由此可见，汽车科技在21世纪的发展方向就是改善燃烧技术并且研发应用新能源。在大力改善燃烧技术的同时，积极降低替代燃料的生产成本、使用价格，使新能源发展为汽车产业的可持续发展带来光明的前景。

　　参考文献：

　　[1]Karim G examination of the cnmhustion processes in a compression-ignition engine by changing the partial pressure of oxygen in the intake charge[C].SAE Paper 680767.

　　[2]李胜琴，关强，张文会等.汽油发动机富氧燃烧分析[J].内燃机，2007(1)：51-52.

　　[3]SangsukLee，i-ometriccombustioninaHSDIdieselenginetoallowuseofathree-wayexhaustcatalyst[C].SAE Paper 2006-01-1148.

　　[4]Lee，S.，GonzalezD.，M.A.，Reitz，sofengineoperatingparametersonnearstoichiometricdieselcombustioncharacteristics[C].SAE Paper 2007-01-0121.

　　[5]Chase，S.，Nevin，R.，Winsor，R.，Baumgard，K.，StoichiometricCompressionIgnition(SCI)Engine[C].SAE Paper2007-01-4224.

　　[6]黄喜鸣.浅谈汽油机稀燃层燃技术[J].装备制造技术，2006(4)：174-175.
　　柴油发动机新技术论文篇二
　　现代柴油发动机节能减排新技术

　　摘要：文章主要对传统柴油发动机与汽油发动机的优缺点、现状及存在的问题进行了分析和阐述，从高压电控共轨技术、冷却式EGR技术等几方面介绍了现代柴油机为了更好地适应社会发展所采用的一系列节能减排的新技术，以提高柴油机的综合性能。

　　关键词：柴油机;节能减排;冷却式EGR技术;高压电控共轨技术

　　中图分类号：U464 　　　文献标识码：A 　　　　文章编号：1009-2374(2012)20-0135-03

　　近几年来，随着发达国家柴油轿车在全部轿车中所占份额的不断增加，电控汽车柴油机开始异军突起，技术也有所突破，特别是出现了改变传统燃油喷射系统的组成和结构特征的高压共轨系统，并且为了符合国际的排放标准及节能标准出现了各种各样

　　的节能减排技术，使得柴油机的发展越来越好。

　　1　柴油发动机的优缺点

　　1.1 柴油机的优点

　　柴油机与汽油机相比，主要有三大优点：

　　(1)扭矩大。相同排量下，柴油机力气更大，扭矩更大。

　　(2)省油。首先柴油的能量密度含量比汽油高;其次柴油机的热效率高。一般柴油机的油耗要比汽油机的低30%～40%。

　　(3)环保。由于柴油机的富氧燃烧，所以柴油机的CO、HC和CO2排量相对于汽油机较低。

　　1.2 柴油机存在的问题

　　柴油机的性能虽然在很多方面比汽油机更有优势，但是也存在着很多关键性的问题需要解决。

　　(1)尾气排放问题。虽然较汽油机来说，柴油机的CO、HC和CO2排量较低，但是颗粒和NOX的排放比较难控制。

　　(2)油耗问题。虽然柴油机的油耗要比汽油机的低，但是为了实现社会发展的需要，进一步降低油耗也成为柴油发动机所要克服的问题之一。

　　(3)升功率问题。柴油发动机本身的质量和体积也影响了其各方面的性能，所以为了使得柴油机进一步得到社会的认可，如何提高柴油发动机的升功率也成为了柴油机发展过程中的问题。

　　(4)比质量问题。柴油机由于采用压燃的方式，所以其材料要求较高，且其压缩比较大，也使得

　　柴油机相对于汽油机在同等排量的情况下其质量较大。

　　2　现代柴油机新技术

　　2.1　高压电控共轨技术

　　高压电控共轨式燃油喷射系统的出现，基本上改变了传统柴油机燃油喷射系统的组成和结构特征。高压电控共轨系统的最大特征就是燃油压力的形成和燃油量的计量在时间上、在系统中的部位和功能方面都是分开的。燃油压力的形成和燃油量的输送基本上与喷油过程无关。根据电控单元的指令控制每个喷油器，使得每个喷油器可按所要求的精确的喷油正式从共轨中“调出”具有所要求的精确压力和精确循环的燃油。改善了燃烧过程，提高了燃烧效率，降低了燃烧噪声和排放。该项技术已普遍在柴油车上使用。

　　2.2 　冷却式EGR技术

　　采用冷却式EGR系统，在EGR气体流动管上安装冷却装置，当EGR气体进入进气管前先降低其温度，故燃烧温度比一般的EGR系统明显降低，且因进气密度高，进入燃烧室的气体量多，使得燃烧更完全，故也可减少PM的排放。

　　2.3　均质燃烧技术(HCCI)

　　在均质燃烧方式下，柴油和空气在燃烧开始前已充分混合，形成均质预混合气。混合气被活塞压缩并发生自燃，并呈分布均匀、稀混合的低温、快速燃烧，从根本上消除了产生NOx的局部高温区和产生PM的过浓混合区，从而能大大降低NOx和PM的排放。

　　2.4　NOx排放控制技术

　　(1)AR(吸附还原催化剂)。在稀燃阶段将NOx吸附储存起来，而在短暂的富燃阶段，NOx释放并被排气中的HC还原。

　　(2)SCR催化转化器。它是一种剂量系统，系统将还原剂(尿素)导入排气中，混合后再经过催化，可减少NOx的排放。

　　(3)NSCR。它是在去氮催化器中，用碳氢化合物作还原剂，将废气中的NO3还原。

　　(4)采用碳素纤维加载低电压技术。碳素纤维具有催化活性，能促进废气中的NO与C或HC进行氧化还原反应，随着电压的升高，可使NOx排放明显降低。

　　2.5　颗粒排放控制技术

　　(1)颗粒捕捉器。颗粒(PM)是柴油机尾气主要成分之一，对人体的危害也非常大。颗粒捕捉器能够将尾气中的颗粒物过滤掉，可以达到90%以上的净化效果。

　　(2)氧化催化器。氧化催化器是利用催化器中的催化剂来降低废气中的HC、CO和颗粒中的可溶有机成分的活化性能，使这些成分能与废气中的O2在较低的温度下发生反应，从而降低柴油机的有害物质排放量。

　　2.6　多气门技术

　　多气门发动机是指每一个气缸的气门数目超过两个，即两个进气门和一个排气门的三气门式;两个进气门和两个排气门的四气门式;三个进气门和两个排气门的五气门式。气门布置在气缸燃烧室中心两侧倾斜的位置上，是为了尽量扩大气门头的直径，加大气流通过面积，改善换气性能，形成一个火花塞位于中心的紧凑型燃烧室，有利于混合气的迅速燃烧，提高柴油机的经济性。

　　2.7　增压中冷技术

　　增压就是增加进入柴油机汽缸内的空气密度，中冷则是将压缩后的空气的温度降低。最终是提高进入气缸内的空气量，能够在不改变发动机排量的基础上提高柴油机输出功率，降低其升功率。

　　2.8　轻质量设计技术

　　在柴油机设计上，由于轻质量技术的应用以及材料和制造水平的提高，使得柴油机的比质量也有所下降，由汽油机派生出来的柴油机总质量约为汽油机的110%。

　　3　柴油机技术发展趋势

　　从当今世界各主要汽车与发动机公司开发的新一代柴油机的技术变化看来，尽管柴油机各有特点，但大体上反映了以下发展趋势：

　　3.1　优化结构设计

　　优化结构设计，减少摩擦与附件功率损失，提高机械效率。柴油机的有效效率等于指示效率与机械效率的乘积，因此，柴油机的燃油消耗率也直接受到机械效率的影响，国外在致力于完善缸内工作过程的同时，也十分重视减少摩擦损失和提高机械效率的研究。此外，以德国MTU公司为代表的可变排量技术也是一种有效手段。

　　3.2　发展各种代用燃料

　　代用燃料大多是二次能源，常用的有植物油、天然气、醇类燃料、氢和燃料电池等。各种代用燃料一般都有降低环境污染的效果，并且都有较为可靠的来源。

　　3.3　降污的柴油添加剂

　　研究节能降污的柴油添加剂，改善燃料的燃烧性能，对已投入使用的车辆来说，是较佳的技术处理方法之一。

　　4　结语

　　先进柴油机技术的应用使柴油机的综合性能有了极大的提高，因此柴油机在市场上的占有量正逐步提高。特别是在欧洲，柴油轿车的销售量已占轿车总销量的1/3以上，并且这一数字仍在不断增长。在我国，先进技术的柴油机汽车将得到广泛的采用。

　　参考文献

　　[1]　何林华.车用柴油发动机的发展趋势[J].客车技术与研究， 2004，(3).

　　[2]　李棠， 李理光.柴油机HCCI燃烧的均质混合气制备

　　[J].汽车技术，2004，(5).

　　[3]　周玉明. 减少柴油机NOx排放的机外措施[J].柴油机，2001，(1).

　　[4]　邓元望，朱梅林，向东.柴油机微粒排放控制方法评述

　　[J].柴油机，2001，(5).

　　[5]　廖梓珺， 陈国需， 陈淑莲.柴油机排放控制技术的研究进展[J]. 拖拉机与农用运输车，2009，(5).

　　作者简介：王晓慧，女，浙江工贸职业技术学院助理讲师，硕士，研究方向：载运工具运用工程。

　　
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引言近年来，随着人们对环境保护的日趋重视，世界各国对内燃机废气排放的法规变得越来越严格对发动机排放控制技术的研究也在不断深入，各种类型的排气净化装置为机动车的污染控制提供了新的方法和途径。
车用柴油机排放物中碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）的量较少，而NOx及微粒的排放量相对较多，其控制的难度较大，国外在相关领域已经有成功的技术，国内也正在加紧研究和开发有效的控制技术和装置。
1　柴油机排放物的组成和降低方法柴油机排放物是一个复杂的气态、液态和固态物质的混合物。主要的有害排放物包括碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、碳烟及微粒排放物。
为满足日益严格的排放法规的要求，出现了各种柴油机污染物控制技术，针对不同的成分及其控制目标而采用不同的技术手段。
碳氢化合物（HC）是在燃烧过程中处于相对温度较低的区域的未燃燃料。主要来自润滑油、喷油器的压力室和喷孔中的燃料、活塞环上被冷却的混合气、着火期内形成的过稀混合气以及燃烧结束时混合不好的燃料[1]。降低HC的措施[2,6]主要包括：①消除喷油系统的各种问题（二次喷射、较大的喷嘴压力室容积等）；②改造燃烧室，减小死区容积；③提高压缩比；④合理的供油规律；⑤控制初期喷油速率。
氮氧化物（NOx）主要取决于燃烧室局部的最高温度。可采取下列措施减少NOx:①多气门技术；②增压中冷技术；③控制喷油速率；④废气再循环。
碳烟（烟度）主要是由于燃烧室局部空气不足，燃油与空气混合不好而产生的，可通过燃油与空气的精确控制及充分混合以减少碳烟。具体措施：①采用废气涡轮增压；②采用进气压力/燃料流量控制装置；③提高喷油压力；④增大低速时的燃油喷射速率；⑤减小传动机构磨损的敏感性。
微粒排放物（PM）主要取决于燃料燃烧是否完全，由燃烧后的一些固体和液体残余物组成，包括润滑油、未燃燃料、HC、碳烟等。为减少微粒要求燃料迅速而完全地燃烧，可采取下列一些措施：①提高喷射压力；②改进燃烧室结构；③减少机油消耗；④使用低硫燃油；⑤改善低速时的喷油率；⑥喷油提前；⑦增加着火延迟期内的燃油量。
以上措施有时是相互矛盾的，或者与发动机的其它特性（如经济性）相矛盾。比如，喷油定时对降低氮氧化物与减少微粒的作用相矛盾。燃烧室结构、进排气系统特性及燃油喷射装置的喷射特性等对排放的影响较大，必须寻求相关结构和参数的最佳匹配。
2　柴油机电子控制技术与排放控制柴油机的电子控制推动了柴油机的技术进步柴油机电控包含整机的控制与各子系统的控制。由于电子控制的柴油机具有控制的灵活性，这样有可能通过对各系统的优化控制，使柴油机在各种工况以及环境条件下实现各系统（如喷射系统、增压系统等）的最佳匹配，因此，柴油机采用电控技术为控制排放、节约能源、降低噪声、改善性能提供了灵活而有效的手段。
电控柴油机的核心部分是电控燃油喷射系统自70年代末期开始，国外在电控燃油喷射系统研究方面取得了巨大的进步。国外研制的电控燃油喷射系统有多种多样的结构形式，不同的系统应用于不同的领域。从技术发展的角度来看，柱塞泵式的燃油喷射系统已经由位置控制方式向时间控制方式发展，同时，共轨式电控喷射系统也正处于试用化研究和开发阶段。在我国，电子控制技术应用于柴油机的研究起步较晚，近几年来，对电控燃油喷射系统的研究在不断加强。燃油喷油系统正朝着高压喷射、喷油量、喷油时刻及喷射压力的灵活控制以及喷油速率柔性控制的方向发展。
柴油机电控技术的应用能极大地改善柴油机的综合性能，但并不是说柴油机采用电控就能使排放大幅度的降低。影响柴油机排放的结构因素多种多样，必须从改善柴油机工作过程的角度，实现进排气系统、燃烧系统、喷油系统结构与特性的优化从根本上减少有害排放物的生成，才能达到减少排气污染的目的。柴油机的电子控制能根据发动机的工况变化实现发动机各系统的结构与特性的优化匹配，从而达到降低柴油机排放的目的。
3　柴油机排气后处理的方法柴油机颗粒排放物是固态和液态的有机和无机组分的混合物，它是在某一定温度下在具有一定稀释比的通道中利用滤纸所收集到的除水以外的所有物质。柴油机微粒由三部分组成，即固态的未燃碳微粒的聚合物、可溶性有机微粒物和无机盐类。其中可溶性有机物微粒是未燃的HC,一部分吸附在碳微粒表面，另一部分呈现蒸气态单独存在。
通过排气后处理来降低柴油机微粒排放量的方式一般有微粒捕集器和催化氧化器。
3·1　微粒捕集器微粒捕集器装置主要由过滤材料制成，所采用的过滤材料主要有金属丝网、陶瓷纤维、泡沫塑料和单石体陶瓷等。微粒通过扩散、沉积和撞击作用被过滤材料所捕集。微粒捕集装置所捕集到的微粒物必须通过一定的方式及时从捕集器中清除（捕集器的再生），否则会引起柴油机排气背压升高，甚至使发动机产生破坏。微粒捕集器的再生一般采用燃烧法，可以采用外部再生或内部再生，外部再生是使柴油机工作一段时间以后将微粒捕集装置卸下来将捕集到的微粒清除掉，而内部再生则是在微粒捕集装置中自动地将捕集到的微粒烧掉。再生也可分为被动再生和主动再生，被动再生是利用柴油机本身所具有的能量进行再生，主动再生是利用外加能源进行再生。再生装置的工作可靠性是微粒捕集装置关键技术问题，尽管在技术上存在可行性，但一套高效的微粒捕集装置的成本还很高，目前还难以得到广泛的使用。
3·2　催化转化装置柴油机催化转化装置是通过采用氧化型催化器（OCC）如图1所示，降低排气微粒物中的可溶性HC （SOF）的含量，从而降低总的微粒排放量；还可以有效地降低排气中的气态有害物HC和CO。
OCC对微粒的捕集效率远不及微粒捕集器，但由于HC的点火温度较低，所以OCC不需要附加昂贵的再生系统，投资费用较低。影响OCC可靠性工作的最主要因素是排气温度和燃油的含硫量。较高的废气温度将有助于SOF的氧化，提高转化效率但在过高的温度下（400℃~500℃以上）， SOx和燃油中的S转化为硫酸盐的量将大大增加，这样有可能使总的微粒量增加而不是减少。另外，硫酸盐覆盖在OCC内表面将使得OCC失去活性，大大降低其转化效率。总而言之， OCC的使用一般要求柴油机使用燃油中的含硫量要小于0·05%,甚至达0·01%。
图1　催化转化装置的结构图4　柴油机排气净化装置的研制4·1　排气净化装置的结构特点由于微粒捕捉与再生装置的结构比较复杂，对微粒捕捉与再生过程的控制需要复杂的控制系统其成本较高。而催化转化装置具有结构简单的特点，但其转化率及工作温度范围都存在一定的局限性。在分析上述两种方法特点的基础上，作者研制了一种新型柴油机排气净化装置，如图2所示。
图2　新型柴油机排气净化装置结构原理图在该净化装置中，起燃单元主要由涂有催化剂的金属网板组成，它能使排气中的部分HC氧化而使排气温度适当升高；保温单元主要由陶瓷蜂窝构成，它能使排气保持较高的温度，以利于催化氧化；微粒催化净化单元则由催化剂和过滤器组合而成，主要作用在于捕捉部分排气微粒，在催化剂的作用下使之氧化，从而减少柴油机排气中的微粒排放；消声单元则用于降低排气噪声。该装置具有如下特点①微粒捕捉与催化转化相结合的结构设计②合理的空速，即在温度在25℃和压力为100Kpa的标准状态下，排气容积流量（L/H）与催化剂载体容积（L）之比值③适当的工作温度范围（250°-650°④不需要附加的再生装置。
4·2　排放特性试验在一台IVECO增压柴油机上，笔者按照上述原理设计了两种结构的净化器，并且对几种结构的净化装置进行了试验对比，试验结果如图3所示。
其中净化器方案1和净化器方案2为自行设计的排气净化装置，原装净化器为国外直接为IVECO发动机配套的净化器。由图2可见，所开发的净化器1和2对烟度的降低有一定的效果，特别是方案使发动机外特性的烟度降低0·5-1·0 Rb。
图3　全负荷烟度试验结果在整车上进行了自由加速试验，试验结果如表1所示。可以看出，使用净化器以后，自由加速烟度降低的幅度达50%。
表1　自由加速烟度试验结果原车净化消声器烟度变化率自由加速烟度2·6 Rb 1·5　结论（1）降低柴油机的排气污染可以从机内和机外两方面采取必要的措施，但最根本还是在发动机内部通过合理组织燃烧过程，减少有害排放物的生成。
（2）电控柴油机技术的应用为控制污染物的生成提供有效的途径。
（3）排气后处理装置在一定的程度上能减少排气污染物的排放量。
（4）所开发的排气净化装置对于减小柴油机的烟度具有一定的效果，为该项技术的应用作出了有益的尝试。