柴油發(fā)動(dòng)原理及發(fā)展史機(jī).doc

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)知識(shí)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)概述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是燃燒柴油來(lái)獲取能量開釋的發(fā)動(dòng)機(jī).它是由德國(guó)發(fā)明家魯?shù)婪?狄塞爾(RudolfDiesel)于1892年發(fā)明的,為了紀(jì)念這位發(fā)明家,柴油就是用他的姓Diesel來(lái)表示,而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)也稱為狄塞爾發(fā)動(dòng)機(jī).柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是功率大、經(jīng)濟(jì)功能好.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)有眾多相同的地方,每個(gè)工作循環(huán)也經(jīng)歷進(jìn)氣、削減、做功、排氣四個(gè)行程.但由于柴油機(jī)用的燃料是柴油,其粘度比汽油大,不易蒸發(fā),而其自燃溫度卻較汽油低,因此可燃混合氣的形成及點(diǎn)火方式都與汽油機(jī)不同.不同之處重要是,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的混合氣是壓燃的,而不是點(diǎn)燃的.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)進(jìn)入氣缸的是空氣,氣缸中的空氣削減到盡頭時(shí),溫度在500-700,壓力40m50個(gè)大氣壓.活塞接近上止點(diǎn)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)上的高壓泵以高壓向氣缸中噴射柴油,柴油形成細(xì)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(chǎn)生爆發(fā)力,推動(dòng)活塞下行做功.此時(shí)的溫度可1900-2000oC,壓力可達(dá)60-100個(gè)大氣壓,功率很大,所以,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛的應(yīng)用于大型柴油汽車上.而柴油機(jī)在節(jié)能與二氧化碳排放方面的優(yōu)勢(shì),則是包括汽油機(jī)在內(nèi)的所有熱力發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法取代的,因此,優(yōu)秀的小型高速柴油發(fā)動(dòng)機(jī),其排放曾經(jīng)達(dá)到歐洲III號(hào)的標(biāo)準(zhǔn),成為綠色發(fā)動(dòng)機(jī),目前曾經(jīng)成為歐美眾多新轎車的動(dòng)力裝置.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)歷史1905年,德國(guó)的狄塞爾發(fā)明柴油機(jī);1976年,德國(guó)大眾首先在高爾夫轎車上采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī);1989年,德國(guó)大眾高爾夫柴油車獲得低排放車的稱號(hào);1990年,德國(guó)大眾首次推出增壓、直噴柴油機(jī),德國(guó)大眾在柴油動(dòng)力技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用上一直走在世界的前沿;1993年,開發(fā)出四缸渦輪增壓直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(TDI);1995年,開發(fā)出自然吸氣式直噴(SDI)柴油發(fā)動(dòng)機(jī);1995年,開發(fā)出變截面渦輪增壓器;1998年,開發(fā)出泵噴嘴技術(shù);1999年,開發(fā)出3升路波轎車柴油動(dòng)力是未來(lái)的主流技術(shù).未來(lái)的柴油動(dòng)力將創(chuàng)造一個(gè)光輝燦爛的新經(jīng)濟(jì)時(shí)代,德國(guó)大眾一升轎車的出生令全部世界震驚,這種柴油概念轎車的百公里油耗落實(shí)了創(chuàng)記錄的0.99升-世界上最省油的轎車.發(fā)動(dòng)機(jī)采用鋁制自然吸氣式單缸柴油機(jī),采用了優(yōu)秀的高壓直接噴射技術(shù),排量為0.3升;2002年,一汽-大眾率先將捷達(dá)SDI轎車投放中國(guó)市場(chǎng);2004年,一汽-大眾引入TDI技術(shù),領(lǐng)路中國(guó)汽車新動(dòng)力時(shí)代.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明者柴油用英文表示為Diesel,這是為了紀(jì)念柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明者魯?shù)婪?狄塞爾(RudolfDiesel).狄塞爾生于1858年,德國(guó)人,畢業(yè)于墨尼黑工業(yè)大學(xué).1879年,狄塞爾大學(xué)畢業(yè),當(dāng)上了一名冷藏專業(yè)工程師.在工作中狄塞爾深感當(dāng)時(shí)的蒸氣機(jī)效率極低,萌發(fā)了設(shè)計(jì)新款發(fā)動(dòng)機(jī)的念頭.在積蓄了一些資金后,狄塞爾辭去了制冷工程師的職務(wù),自己開辦了一家發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)室.針對(duì)蒸汽機(jī)效率低的弱點(diǎn),狄塞爾專注于開發(fā)高效率的內(nèi)燃機(jī).19世紀(jì)末,石油產(chǎn)品在歐洲極為罕見,于是狄塞爾決定錄取植物油來(lái)解決機(jī)器的燃料問題(他用于實(shí)驗(yàn)的是花生油).因?yàn)橹参镉忘c(diǎn)火功能不佳,無(wú)法套用奧托內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu).狄塞爾決定另起爐灶,提高內(nèi)燃機(jī)的削減比,利用削減產(chǎn)生的高溫高壓點(diǎn)燃油料.后來(lái),這種壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)便被稱為狄塞爾循環(huán).像所有奇?zhèn)サ陌l(fā)明家一樣,狄塞爾的前進(jìn)道路上困難重重.實(shí)驗(yàn)證明,植物油燃燒不穩(wěn)定,成本也太高,難以承擔(dān)狄塞爾的重任.好在當(dāng)時(shí)石油制品在歐洲逐漸普及,狄塞爾選擇了本來(lái)用于取暖的重餾分燃油mmm柴油作為機(jī)器的燃料.壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度始終是個(gè)難題.一次實(shí)驗(yàn)中,汽缸上的零件象炮彈碎片一樣四處飛散,差點(diǎn)兒造成人員傷亡.實(shí)驗(yàn)不順利,狄塞爾的資金也漸漸耗盡.他不得不回到制冷機(jī)工廠謀生.但狄塞爾沒有向困難屈服,他利用業(yè)余光陰延續(xù)實(shí)驗(yàn),一步步完善自己的機(jī)器.1892年,狄塞爾終于研發(fā)出一臺(tái)實(shí)用的柴油動(dòng)力壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī).這種發(fā)動(dòng)機(jī)功率大,油耗低,可使用劣質(zhì)燃油,顯現(xiàn)出燦爛的發(fā)展前景.狄塞爾隨即投入到柴油機(jī)出產(chǎn)的商業(yè)冒險(xiǎn)中.不幸的是,作為優(yōu)秀的工程師,狄塞爾缺乏商業(yè)頭腦.他在經(jīng)濟(jì)上漸漸陷入困境.1913年狄塞爾已處于破產(chǎn)的邊緣.這一年夏天,狄塞爾在乘坐英吉利海峽的渡輪時(shí),突然失蹤,據(jù)認(rèn)為是投海自殺.但狄塞爾發(fā)明的柴油機(jī),在汽車、船舶和全部工業(yè)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的發(fā)展柴油機(jī)特點(diǎn)傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn):熱效率和經(jīng)濟(jì)性較好,柴油機(jī)采用削減空氣的辦法提高空氣溫度,使空氣溫度超過(guò)柴油的自燃燃點(diǎn),這時(shí)再噴入柴油、柴油噴霧和空氣混合的一起自己點(diǎn)火燃燒.因此,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)需點(diǎn)火系.一起,柴油機(jī)的供油系統(tǒng)也相對(duì)簡(jiǎn)單,因此柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性要比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的好.由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要,柴油機(jī)削減比很高.熱效率和經(jīng)濟(jì)性都要好于汽油機(jī),一起在相同功率的情況下,柴油機(jī)的扭矩大,最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速低,適合于載貨汽車的使用.但柴油機(jī)由于工作壓力大,要求各有關(guān)零件擁有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度,所以柴油機(jī)比較笨重,體積較大;柴油機(jī)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(jī)工作粗暴,振動(dòng)噪聲大;柴油不易蒸發(fā),冬季冷車時(shí)起動(dòng)困難.由于上述特點(diǎn),從前柴油發(fā)動(dòng)機(jī)一般用于大、中型載重貨車上.小型高速柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的新發(fā)展:排放曾經(jīng)達(dá)到歐洲III號(hào)的標(biāo)準(zhǔn).傳統(tǒng)上,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)由于比較笨重,升功率指標(biāo)不如汽油機(jī)(轉(zhuǎn)速較低),噪聲、振動(dòng)較高,炭煙與顆粒(PM)排放比較嚴(yán)重,所以一直以來(lái)很少受到轎車的青睞.但隨著近年來(lái)柴油機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,特別是小型高速柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的新發(fā)展,一批優(yōu)秀的技術(shù),例如電控直噴、共軌、渦輪增壓、中冷等技術(shù)得以在小型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用,使原來(lái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)存在的缺點(diǎn)得到了較好的解決,而柴油機(jī)在節(jié)能與CO2排放方面的優(yōu)勢(shì),則是包括汽油機(jī)在內(nèi)的所有熱力發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法取代的,因此,優(yōu)秀的小型高速柴油發(fā)動(dòng)機(jī),其排放曾經(jīng)達(dá)到歐洲III號(hào)的標(biāo)準(zhǔn),成為綠色發(fā)動(dòng)機(jī),目前曾經(jīng)成為歐美眾多新轎車的動(dòng)力裝置,可以預(yù)見,我國(guó)將出現(xiàn)越來(lái)越多的柴油轎車.柴油機(jī)與汽油機(jī)的區(qū)別汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一般將汽油噴入進(jìn)氣管同空氣混合成為可燃混合氣再進(jìn)入汽缸,經(jīng)火花塞點(diǎn)火燃燒膨脹作功.人們通常稱它為點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī).而柴油機(jī)一般是通過(guò)噴油泵和噴油咀將柴油直接噴入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸,和在氣缸內(nèi)經(jīng)削減后的空氣勻稱混合,在高溫、高壓下自燃,推動(dòng)活塞作功.人們把這種發(fā)動(dòng)機(jī)通常稱之為壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī).汽油機(jī)汽車擁有轉(zhuǎn)速高(轎車用汽油機(jī)轉(zhuǎn)速可高達(dá)5000m6000轉(zhuǎn)/分,貨車用汽油機(jī)達(dá)4000轉(zhuǎn)/分左右)質(zhì)量輕、工作時(shí)噪聲小、起動(dòng)簡(jiǎn)便、制造和維修開銷低等特點(diǎn),故在轎車和中、小型貨車及軍用越野車上得到廣泛應(yīng)用.其不足之處是燃油消耗較高,所以燃油經(jīng)濟(jì)性較差.柴油機(jī)汽車因削減比高,燃油消耗平均比汽油機(jī)汽車低30%左右,所以燃油經(jīng)濟(jì)性較好.如最近上市的一汽大眾出產(chǎn)的TDI1.7升柴油轎車比1.6升汽油轎車每百公里可節(jié)約2升油.一般貨車大都采用柴油機(jī).柴油機(jī)的弱點(diǎn)是轉(zhuǎn)速較汽油機(jī)低(一般最高轉(zhuǎn)速在2500m3000轉(zhuǎn)/分左右)、質(zhì)量大、制造和維修開銷高(因?yàn)閲娪捅煤蛧娪推骷庸ぞ纫蟾?.但目前柴油機(jī)的這些弱點(diǎn)正在逐漸得到克服,它的應(yīng)用范圍正在向中、輕型貨車擴(kuò)展.國(guó)外柴油轎車也有很快的發(fā)展,其最高轉(zhuǎn)速可達(dá)5000轉(zhuǎn)/分.通常,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比熱效率高30%,所以從節(jié)約能源、降低燃料成本角度上講,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)轎車的推廣使用擁有重大意義.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比擁有功率大,壽命長(zhǎng),動(dòng)力功能好的特點(diǎn),它排放產(chǎn)生的溫室效應(yīng)比汽油低45%,一氧化碳與碳?xì)渑欧乓驳?在整車的使用壽命期氮氧化合物排放略大于汽油機(jī).柴油機(jī)的不足之處是有害顆粒物排放大.近年來(lái),柴油發(fā)動(dòng)機(jī)采用渦輪增壓、中冷、直噴、尾氣催化轉(zhuǎn)換和顆粒捕集器等優(yōu)秀技術(shù),柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的排放已達(dá)到歐III、歐IV排放標(biāo)準(zhǔn).在歐洲,柴油轎車比較普及,隨著環(huán)保與節(jié)能可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)格要求,今后汽車,特別是柴油小轎車將是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì).目前我國(guó)一汽大眾曾經(jīng)開發(fā)出捷達(dá)、寶來(lái)柴油轎車,并已在國(guó)內(nèi)部分城市上市.汽車在定然的使用條件下,以最小的燃料消耗量完成單位運(yùn)輸工作的能力稱為汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性.汽車燃料經(jīng)濟(jì)性是汽車的重要使用功能之一.通常,燃料的消耗開銷占到汽車運(yùn)行開銷的37%左右.影響汽車燃料經(jīng)濟(jì)性的重要因素有:從汽車本身講,首先要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率、進(jìn)氣效率和降低摩擦損失.其次要減少車身重量,減少空氣阻力,減少車輪的滾動(dòng)阻力.第三,提高傳動(dòng)效率,合理匹配變速比.從使用方面講,不同等級(jí)的路面跑起來(lái)耗油不同.交通擁擠、堵塞嚴(yán)重的狀況與暢達(dá)行駛的耗油完全不同.風(fēng)、雨、氣候變化對(duì)汽車的耗油量都有影響.操縱者的技術(shù)對(duì)耗油水平也有很重要的作用.影響汽車燃料油經(jīng)濟(jì)性的因素十分多,其中最重要的還是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)本身.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程其實(shí)跟汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣的,每個(gè)工作循環(huán)也經(jīng)歷進(jìn)氣、削減、作功、排氣四個(gè)行程.但由于柴油機(jī)用的燃料是柴油,其粘度比汽油大,不易蒸發(fā),而其自燃溫度卻較汽油低,因此可燃混合氣的形成及點(diǎn)火方式都與汽油機(jī)不同.柴油機(jī)在進(jìn)氣行程中吸入的是純空氣.在削減行程接近終了時(shí),柴油經(jīng)噴油泵將油壓提高到10MPa以上,通過(guò)噴油器噴入氣缸,在很短光陰內(nèi)與削減后的高溫空氣混合,形成可燃混合氣.由于柴油機(jī)削減比高(一般為16-22),所以削減終了時(shí)氣缸內(nèi)空氣壓力可達(dá)3.5-4.5MPa,一起溫度高達(dá)750-1000K(而汽油機(jī)在此時(shí)的混合氣壓力會(huì)為0.6-1.2MPa,溫度達(dá)600-700K),大大超過(guò)柴油的自燃溫度.因此柴油在噴入氣缸后,在很短光陰內(nèi)與空氣混合后便立即自行發(fā)火燃燒.氣缸內(nèi)的氣壓急速上升到6-9MPa,溫度也升到2000-2500K.在高壓氣體推動(dòng)下,活塞向下運(yùn)動(dòng)并帶領(lǐng)曲軸回旋而作功,廢氣同樣經(jīng)排氣管排入大氣中.普通柴油機(jī)的是由發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸驅(qū)動(dòng),借助于高壓油泵將柴油輸送到各缸燃油室.這種供油方式要隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化,做不到各種轉(zhuǎn)速下的最佳供油量.而現(xiàn)在曾經(jīng)愈來(lái)愈普遍采用的電控柴油機(jī)的共軌噴射式系統(tǒng)可以較好解決了這個(gè)問題.共軌噴射式供油系統(tǒng)由高壓油泵、公共供油管、噴油器、電控單元(ECU)和一些管道壓力傳感器組成,系統(tǒng)中的每一個(gè)噴油器通過(guò)各自的高壓油管與公共供油管相連,公共供油管對(duì)噴油器起到液力蓄壓作用.工作時(shí),高壓油泵以高壓將燃油輸送到公共供油管,高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成閉環(huán)工作,對(duì)公共供油管內(nèi)的油壓落實(shí)精確控制,徹底改變了供油壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的現(xiàn)象.其重要特點(diǎn)有以下三個(gè)方面:1、噴油正時(shí)與燃油計(jì)量完全分開,噴油壓力和噴油過(guò)程由ECU適時(shí)控制.2、可依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況去調(diào)整各缸噴油壓力,噴油始點(diǎn)、持續(xù)光陰,從而追求噴油的最佳控制點(diǎn).3、能落實(shí)很高的噴油壓力,并能落實(shí)柴油的預(yù)噴射.相比起汽油機(jī),柴油機(jī)擁有燃油消耗率低(平均比汽油機(jī)低30%),而且柴油價(jià)格較低,所以燃油經(jīng)濟(jì)性較好;一起柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速一般比汽油機(jī)來(lái)得低,扭距要比汽油機(jī)大,但其質(zhì)量大、工作時(shí)噪音大,制造和維護(hù)開銷高,一起排放也比汽油機(jī)差.但隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展,柴油機(jī)的這些缺點(diǎn)正逐漸的被克服,現(xiàn)在的不是高級(jí)轎車都曾經(jīng)開始使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)了.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的分類按用途工程機(jī)械配套柴油發(fā)動(dòng)機(jī)農(nóng)用機(jī)械配套柴油發(fā)動(dòng)機(jī)井下設(shè)施配套柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛配套柴油發(fā)動(dòng)機(jī)叉車配套柴油發(fā)動(dòng)機(jī)削減機(jī)配套柴油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組,焊機(jī),泵配套柴油發(fā)動(dòng)機(jī)船機(jī)配套柴油發(fā)動(dòng)機(jī)按排量缸數(shù)2 、 3 、 4 、5 、 6 、 8 、 10 、 12 缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料使用指南-柴油根據(jù)國(guó)標(biāo)(GB252m87),輕柴油規(guī)格按凝點(diǎn)分為10、0、-10、-20、-35和-50六個(gè)牌號(hào),分別表示凝點(diǎn)不高于10、0、-10、-20、-35和-50;牌號(hào)越高,凝點(diǎn)越低.柴油是應(yīng)用于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)(即柴油發(fā)動(dòng)機(jī))的專用燃料.柴油的外觀為水白色、淺黃色或棕褐色的液體.柴油又分為輕柴油與重柴油二種.輕柴油是用于1000r/min以上的高速柴油機(jī)中的燃料,重柴油是用于1000r/min以下的中低速柴油機(jī)中的燃料. 一般加油站所銷售的柴油均為輕柴油.輕柴油產(chǎn)品目前執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)為GB 252-2000 輕柴油標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)中柴油的牌號(hào)分為10號(hào)、5號(hào)、0號(hào)、-10號(hào)、-20號(hào)、-35號(hào)、-50號(hào),柴油的牌號(hào)劃分依據(jù)是柴油的凝固點(diǎn).冷濾點(diǎn)是權(quán)衡輕柴油低溫功能的重要指標(biāo),能夠反映柴油低溫實(shí)際使用功能,最接近柴油的實(shí)際起碼使用溫度.用戶在錄取柴油牌號(hào)時(shí),應(yīng)一起兼顧本地氣溫和柴油牌號(hào)對(duì)應(yīng)的冷濾點(diǎn).5號(hào)輕柴油的冷濾點(diǎn)為8,0號(hào)輕柴油的冷濾