柴油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展歷程

1、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程廣州漁業(yè)船舶檢驗(yàn)分局廣州漁業(yè)船舶檢驗(yàn)分局 梁梁 燕燕 內(nèi)燃機(jī)以其熱效率高、結(jié)構(gòu)湊，內(nèi)燃機(jī)以其熱效率高、結(jié)構(gòu)湊，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)著稱機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)著稱于世。一百多年以來(lái)，內(nèi)燃機(jī)的巨大于世。一百多年以來(lái)，內(nèi)燃機(jī)的巨大生命力經(jīng)久不衰。目前世界上內(nèi)燃機(jī)生命力經(jīng)久不衰。目前世界上內(nèi)燃機(jī)的擁有量大大超過(guò)了任何其它的熱力的擁有量大大超過(guò)了任何其它的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有相當(dāng)重要發(fā)動(dòng)機(jī)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有相當(dāng)重要的地位?，F(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)更是成為了當(dāng)今的地位?，F(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)更是成為了當(dāng)今用量最大、用途最廣、無(wú)一與之匹敵用量最大、用途最廣、無(wú)一與之匹敵的

2、的最重要的熱能機(jī)械。現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的的最重要的熱能機(jī)械?，F(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的最大功率為的最大功率為8萬(wàn)千瓦。萬(wàn)千瓦。 l1860年，法國(guó)發(fā)明家萊諾制成了第一臺(tái)實(shí)用年，法國(guó)發(fā)明家萊諾制成了第一臺(tái)實(shí)用內(nèi)燃機(jī)（單缸、二沖程、無(wú)壓縮和電點(diǎn)火的內(nèi)燃機(jī)（單缸、二沖程、無(wú)壓縮和電點(diǎn)火的煤氣機(jī)，輸出功率為煤氣機(jī)，輸出功率為0.741.47KW，轉(zhuǎn)速為，轉(zhuǎn)速為100r/min，熱效率為，熱效率為4%）。）。l1862年法國(guó)工程師德羅沙認(rèn)識(shí)到，要想盡可年法國(guó)工程師德羅沙認(rèn)識(shí)到，要想盡可能提高內(nèi)燃機(jī)的熱效率，就必須使單位氣缸能提高內(nèi)燃機(jī)的熱效率，就必須使單位氣缸容積的冷卻面積盡量減小，膨脹時(shí)活塞的速容積的冷卻面積盡量減小，膨脹

3、時(shí)活塞的速率盡量快，膨脹的范圍（沖程）盡量長(zhǎng)。在率盡量快，膨脹的范圍（沖程）盡量長(zhǎng)。在此基礎(chǔ)上，他在提出了著名的等容燃燒四沖此基礎(chǔ)上，他在提出了著名的等容燃燒四沖程循環(huán)：進(jìn)氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣。程循環(huán)：進(jìn)氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣。 1876年，德國(guó)人奧托制成了第一年，德國(guó)人奧托制成了第一臺(tái)四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)臺(tái)四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)（單缸、臥式、以煤氣為燃料、（單缸、臥式、以煤氣為燃料、功率大約為功率大約為2.21KW、180r/min）。在這部發(fā)動(dòng)機(jī)上，）。在這部發(fā)動(dòng)機(jī)上，奧托增加了飛輪，使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，奧托增加了飛輪，使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，把進(jìn)氣道加長(zhǎng)，又改進(jìn)了氣缸把進(jìn)氣道加長(zhǎng)，又改進(jìn)了氣缸蓋

4、，使混合氣充分形成。這是蓋，使混合氣充分形成。這是一部非常成功的機(jī)，奧托把三一部非常成功的機(jī)，奧托把三個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)思想：內(nèi)燃、壓個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)思想：內(nèi)燃、壓縮燃?xì)狻⑺臎_程融為一體，使縮燃?xì)?、四沖程融為一體，使這種內(nèi)燃機(jī)具有效率高、體積這種內(nèi)燃機(jī)具有效率高、體積小、質(zhì)量輕和功率大等一系列小、質(zhì)量輕和功率大等一系列優(yōu)點(diǎn)。在優(yōu)點(diǎn)。在1878年巴黎萬(wàn)國(guó)博覽年巴黎萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)上會(huì)上,被譽(yù)為被譽(yù)為“瓦特以來(lái)動(dòng)力機(jī)瓦特以來(lái)動(dòng)力機(jī)方面最大的成就方面最大的成就”。等容燃燒。等容燃燒四沖程循環(huán)由奧托實(shí)現(xiàn)四沖程循環(huán)由奧托實(shí)現(xiàn),也被稱也被稱為奧托循環(huán)。為奧托循環(huán)。 煤氣機(jī)雖然比蒸汽機(jī)具有很大的優(yōu)越性煤氣機(jī)雖然比蒸汽機(jī)具有

5、很大的優(yōu)越性,但在社會(huì)化大生產(chǎn)情況下但在社會(huì)化大生產(chǎn)情況下,仍不能滿足交通運(yùn)仍不能滿足交通運(yùn)輸業(yè)所要求的高速、輕便等性能。因?yàn)樗暂敇I(yè)所要求的高速、輕便等性能。因?yàn)樗悦簹鉃槿剂厦簹鉃槿剂?需要龐大的煤氣發(fā)生爐和管道系需要龐大的煤氣發(fā)生爐和管道系統(tǒng)。而且煤氣的熱值低統(tǒng)。而且煤氣的熱值低(約約1.751072.09107J/m3),故煤氣機(jī)轉(zhuǎn)速慢故煤氣機(jī)轉(zhuǎn)速慢,比功率小。比功率小。到到19世紀(jì)下半葉世紀(jì)下半葉,隨著石油工業(yè)的興起隨著石油工業(yè)的興起,用石油用石油產(chǎn)品取代煤氣作燃料已成為必然趨勢(shì)。產(chǎn)品取代煤氣作燃料已成為必然趨勢(shì)。 1883年，戴姆勒和邁巴赫制成了第一臺(tái)四沖程往復(fù)式汽油機(jī)汽油機(jī)，此發(fā)

6、動(dòng)機(jī)上安裝了邁巴赫設(shè)計(jì)的化油器，還用白熾燈管解決了點(diǎn)火問(wèn)題。以前內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速都不超過(guò)200r/min，而戴姆勒的汽油機(jī)轉(zhuǎn)速一躍為8001000r/min。它的特點(diǎn)是功率大，質(zhì)量輕、體積小、轉(zhuǎn)速快和效率高，特別適用于交通工具。與此同時(shí)，本茨研制成功了現(xiàn)在仍在使用的點(diǎn)火裝置和水冷式冷卻器。 柴油機(jī)幾乎是與汽油機(jī)同時(shí)柴油機(jī)幾乎是與汽油機(jī)同時(shí)發(fā)展起來(lái)的，它們具有許多相同發(fā)展起來(lái)的，它們具有許多相同點(diǎn)。所以柴油機(jī)的發(fā)展也與汽油點(diǎn)。所以柴油機(jī)的發(fā)展也與汽油機(jī)有許多相似之處，可以說(shuō)在整機(jī)有許多相似之處，可以說(shuō)在整個(gè)內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展史上，它們是相個(gè)內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展史上，它們是相互推動(dòng)的。德國(guó)狄塞爾博士于互推動(dòng)的。德國(guó)

7、狄塞爾博士于1892年獲得壓縮點(diǎn)火壓縮機(jī)的技年獲得壓縮點(diǎn)火壓縮機(jī)的技術(shù)專利術(shù)專利1897年制成了第一臺(tái)壓縮年制成了第一臺(tái)壓縮點(diǎn)火的點(diǎn)火的“狄塞爾狄塞爾”內(nèi)燃機(jī)，即柴內(nèi)燃機(jī)，即柴油機(jī)，從此揭開(kāi)了柴油機(jī)發(fā)展的油機(jī)，從此揭開(kāi)了柴油機(jī)發(fā)展的新編章。新編章。 柴油機(jī)的高壓縮比帶來(lái)眾多的優(yōu)點(diǎn)：柴油機(jī)的高壓縮比帶來(lái)眾多的優(yōu)點(diǎn)：1、不但可以省去化油器和點(diǎn)火裝置，提高了熱效率。、不但可以省去化油器和點(diǎn)火裝置，提高了熱效率。2、柴油機(jī)由于其壓縮比大、柴油機(jī)由于其壓縮比大,最大功率點(diǎn)、單位功率最大功率點(diǎn)、單位功率的油耗低。在現(xiàn)代優(yōu)秀的發(fā)動(dòng)機(jī)中的油耗低。在現(xiàn)代優(yōu)秀的發(fā)動(dòng)機(jī)中,柴油機(jī)的油耗約柴油機(jī)的油耗約為汽油機(jī)的為汽

8、油機(jī)的70%，柴油機(jī)是目前熱效率最高的內(nèi)燃，柴油機(jī)是目前熱效率最高的內(nèi)燃機(jī)。機(jī)。3、柴油機(jī)因?yàn)閴嚎s比高、柴油機(jī)因?yàn)閴嚎s比高,發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)實(shí),故經(jīng)久耐用、故經(jīng)久耐用、壽命長(zhǎng)。壽命長(zhǎng)。同時(shí)高壓縮比也帶來(lái)了缺點(diǎn)同時(shí)高壓縮比也帶來(lái)了缺點(diǎn):1、柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)笨重。通常柴油的單位功率質(zhì)量約、柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)笨重。通常柴油的單位功率質(zhì)量約為汽油為汽油 機(jī)的機(jī)的1.53倍。倍。2、在同一排量下、在同一排量下,柴油機(jī)的輸出功率約為汽油機(jī)的柴油機(jī)的輸出功率約為汽油機(jī)的1/3。 當(dāng)今柴油機(jī)的技術(shù)水平表現(xiàn)為:優(yōu)良的燃燒系統(tǒng)；采用4氣門技術(shù)；超高壓噴射；增壓和增壓中冷；可控廢氣再循環(huán)和氧化催化器；降低噪聲的雙彈簧噴油器

9、；全電子發(fā)動(dòng)機(jī)管理等,集中體現(xiàn)在以采用電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)為特征的新一代柴油機(jī)上。 內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)內(nèi)燃機(jī)增壓技術(shù)內(nèi)燃機(jī)增壓技術(shù) 增壓技術(shù)在柴油機(jī)上的增壓技術(shù)在柴油機(jī)上的應(yīng)用。早在應(yīng)用。早在20年代就有人提年代就有人提出壓縮空氣提高進(jìn)氣密度的出壓縮空氣提高進(jìn)氣密度的設(shè)想，直到設(shè)想，直到1926年瑞士人年瑞士人A.J.伯玉希才第一次設(shè)計(jì)了伯玉希才第一次設(shè)計(jì)了一臺(tái)帶廢氣渦輪增壓器的增一臺(tái)帶廢氣渦輪增壓器的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)壓發(fā)動(dòng)機(jī)。由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平和工藝、材料的限制，水平和工藝、材料的限制，還難以制造出性能良好的渦還難以制造出性能良好的渦輪增壓器，加上二次大戰(zhàn)的輪增壓器

10、，加上二次大戰(zhàn)的影響，增壓技術(shù)未能迅速普影響，增壓技術(shù)未能迅速普及，直到大戰(zhàn)結(jié)后，增壓技及，直到大戰(zhàn)結(jié)后，增壓技術(shù)的研究和應(yīng)用才受到重視。術(shù)的研究和應(yīng)用才受到重視。1950年增壓技術(shù)才開(kāi)始在柴年增壓技術(shù)才開(kāi)始在柴油機(jī)上使用并作為產(chǎn)品提供油機(jī)上使用并作為產(chǎn)品提供市場(chǎng)。市場(chǎng)。50年代，增壓度約為年代，增壓度約為50%，四沖程機(jī)的平均有效，四沖程機(jī)的平均有效壓力約為壓力約為0.70.8MPa。 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣 發(fā)動(dòng)機(jī)排發(fā)動(dòng)機(jī)排氣氣渦輪增壓器渦輪增壓器 70年代，增壓度達(dá)年代，增壓度達(dá)200%以上，四沖程機(jī)已達(dá)以上，四沖程機(jī)已達(dá)2.0MPa以上，二沖程機(jī)已以上，二沖程機(jī)已1.3MPa

11、，普遍采用中冷，使高增壓普遍采用中冷，使高增壓（2.0MPa）四沖程機(jī)實(shí)用）四沖程機(jī)實(shí)用化。單級(jí)增壓比接近化。單級(jí)增壓比接近5，并發(fā)，并發(fā)展了兩級(jí)增壓和超高增壓系展了兩級(jí)增壓和超高增壓系統(tǒng)。統(tǒng)。 80年代，仍保持這種發(fā)展年代，仍保持這種發(fā)展勢(shì)頭。進(jìn)排氣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)勢(shì)頭。進(jìn)排氣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高充氣效率，充分利計(jì)，提高充氣效率，充分利用廢氣能量，出現(xiàn)諧振進(jìn)氣用廢氣能量，出現(xiàn)諧振進(jìn)氣系統(tǒng)和系統(tǒng)和MPC增壓系統(tǒng)?？勺?cè)鰤合到y(tǒng)。可變截面渦輪增壓器，使得單級(jí)截面渦輪增壓器，使得單級(jí)渦輪增壓比可達(dá)到渦輪增壓比可達(dá)到5甚至更高。甚至更高。采用超高增壓系統(tǒng)，壓力比采用超高增壓系統(tǒng)，壓力比可達(dá)可達(dá)10以上，而

12、發(fā)動(dòng)機(jī)的壓以上，而發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比可降至縮比可降至6以下發(fā)動(dòng)機(jī)的功以下發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出可提高率輸出可提高23倍。進(jìn)一倍。進(jìn)一步發(fā)展到與動(dòng)力渦輪復(fù)合式步發(fā)展到與動(dòng)力渦輪復(fù)合式二級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)。提高平二級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)。提高平均有效壓力可以大幅度地提均有效壓力可以大幅度地提高效率，減輕量。一臺(tái)增壓高效率，減輕量。一臺(tái)增壓中冷柴油機(jī)可以使功率成倍中冷柴油機(jī)可以使功率成倍提高，而造價(jià)僅提高提高，而造價(jià)僅提高15%30%，即每馬力造價(jià)可平均，即每馬力造價(jià)可平均降低降低40%。 內(nèi)燃機(jī)電子控制技術(shù)內(nèi)燃機(jī)電子控制技術(shù) 內(nèi)燃機(jī)電子控制技術(shù)產(chǎn)生內(nèi)燃機(jī)電子控制技術(shù)產(chǎn)生于于20世紀(jì)世紀(jì)60年代后期年代后期,通過(guò)通過(guò)70

13、年代的發(fā)展年代的發(fā)展,80年代趨于成熟。年代趨于成熟。隨著電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展隨著電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,內(nèi)燃機(jī)電子控制技術(shù)內(nèi)燃機(jī)電子控制技術(shù),其控制其控制面會(huì)更寬面會(huì)更寬,控制精度會(huì)更高控制精度會(huì)更高,智能化水平也會(huì)更高。諸如智能化水平也會(huì)更高。諸如燃燒室容積和形狀變化的控燃燒室容積和形狀變化的控制、壓縮比變化控制、工作制、壓縮比變化控制、工作狀態(tài)的機(jī)械磨損檢測(cè)控制等狀態(tài)的機(jī)械磨損檢測(cè)控制等較大難度的內(nèi)燃機(jī)控制將成較大難度的內(nèi)燃機(jī)控制將成為現(xiàn)實(shí)并得到廣泛用。內(nèi)燃為現(xiàn)實(shí)并得到廣泛用。內(nèi)燃機(jī)電子控制是由單獨(dú)控制向機(jī)電子控制是由單獨(dú)控制向綜合、集中控制方向發(fā)展綜合、集中控制方向發(fā)展,是是由控制的低效

14、率及低精度向由控制的低效率及低精度向控制的高效率及高精度發(fā)展控制的高效率及高精度發(fā)展的。內(nèi)燃機(jī)電子控制技術(shù)是的。內(nèi)燃機(jī)電子控制技術(shù)是內(nèi)燃機(jī)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的內(nèi)燃機(jī)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的主要技術(shù)依托主要技術(shù)依托,也是內(nèi)燃機(jī)保也是內(nèi)燃機(jī)保持持21世紀(jì)輝煌的重要影響因世紀(jì)輝煌的重要影響因素。素。內(nèi)燃機(jī)材料技術(shù)內(nèi)燃機(jī)材料技術(shù) 內(nèi)燃機(jī)使用的傳統(tǒng)材料是鋼、鑄鐵和有色金屬及其合金。內(nèi)燃機(jī)使用的傳統(tǒng)材料是鋼、鑄鐵和有色金屬及其合金。在內(nèi)燃機(jī)發(fā)展過(guò)程中，人們不斷對(duì)其經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、排在內(nèi)燃機(jī)發(fā)展過(guò)程中，人們不斷對(duì)其經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、排放等提出了更高的要求，從而對(duì)內(nèi)燃機(jī)材料的要求相應(yīng)提放等提出了更高的要求，從而對(duì)內(nèi)燃機(jī)

15、材料的要求相應(yīng)提高。對(duì)內(nèi)燃機(jī)材料的要求主要集中在絕熱性、耐熱性、耐高。對(duì)內(nèi)燃機(jī)材料的要求主要集中在絕熱性、耐熱性、耐磨性、減摩性、耐腐蝕性及熱膨脹小、質(zhì)量輕等方面?，F(xiàn)磨性、減摩性、耐腐蝕性及熱膨脹小、質(zhì)量輕等方面?，F(xiàn)代的陶瓷材料具有無(wú)可比擬的絕熱性和耐熱性，陶瓷材料代的陶瓷材料具有無(wú)可比擬的絕熱性和耐熱性，陶瓷材料和工程塑料和工程塑料(如纖維增強(qiáng)塑料如纖維增強(qiáng)塑料)具有比傳統(tǒng)材料優(yōu)越的減摩性、具有比傳統(tǒng)材料優(yōu)越的減摩性、耐磨性和耐腐蝕性耐磨性和耐腐蝕性,其比重與鋁合金不相上下而比鋼和鑄鐵其比重與鋁合金不相上下而比鋼和鑄鐵輕得多。因此輕得多。因此,陶瓷材料陶瓷材料(高性能陶瓷高性能陶瓷)憑借其優(yōu)

16、良的綜合性憑借其優(yōu)良的綜合性能，可用在許多內(nèi)燃機(jī)零件上，如噴油點(diǎn)火零件、燃燒室、能，可用在許多內(nèi)燃機(jī)零件上，如噴油點(diǎn)火零件、燃燒室、活塞頂?shù)葢?yīng)用。若能克服脆性、成本等方面的弱點(diǎn)，在新活塞頂?shù)葢?yīng)用。若能克服脆性、成本等方面的弱點(diǎn)，在新世紀(jì)里將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。工程塑料也可用于許多內(nèi)燃機(jī)世紀(jì)里將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。工程塑料也可用于許多內(nèi)燃機(jī)零件，如內(nèi)燃機(jī)上的各種罩蓋、活塞裙部、正時(shí)齒輪、推零件，如內(nèi)燃機(jī)上的各種罩蓋、活塞裙部、正時(shí)齒輪、推桿等，隨著工藝水平的提高及價(jià)格的降低桿等，隨著工藝水平的提高及價(jià)格的降低,未來(lái)工程塑料在未來(lái)工程塑料在內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用將會(huì)與日俱增。內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用將會(huì)與日俱增。l精細(xì)陶瓷

17、又稱高性能陶瓷、高技術(shù)陶瓷。按其用途可分成工程陶瓷和功能陶瓷兩大類。前者主要利用它們的高硬度、高熔點(diǎn)、耐磨損、耐腐蝕性能；后者主要利用它們的光、聲、電、熱、磁等物理特性。按化學(xué)組成可分成氧化物類和非氧化物類。前者包括各種氧化物和含氧酸鹽；后者包括氮化物、碳化物、硼化物等。前一類一般作功能陶瓷用，后一類作工程陶瓷用。精細(xì)陶瓷主要用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)部件、汽車部件、電視機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、火災(zāi)警報(bào)器、高溫?cái)D型模具等，還可用于制造耐高溫噴嘴。l納米級(jí)的材料稱為納米材料,納米（）是長(zhǎng)納米（）是長(zhǎng)度單位，度單位，1納米是納米是10 米米 （一納米為10億分之一米）人的頭發(fā)絲的直徑一般為人的頭發(fā)絲的直徑一般為70008

18、000，紅細(xì)胞的直徑一般為，紅細(xì)胞的直徑一般為3000-5000，l納米材料主要特性：l高抗菌、防污、耐磨、強(qiáng)度大（鋼的100倍）、材料輕（鋼的1/10）l納米碳化硅是高溫納米碳化硅是高溫,高頻和高壓等苛刻環(huán)境下理高頻和高壓等苛刻環(huán)境下理想的結(jié)構(gòu)和功能材料，在航空航天、國(guó)防和原子想的結(jié)構(gòu)和功能材料，在航空航天、國(guó)防和原子能等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。碳化硅納米線具有良好能等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。碳化硅納米線具有良好的彈性和柔韌性，是一種比碳化硅微米晶須性能的彈性和柔韌性，是一種比碳化硅微米晶須性能更好的金屬、陶瓷和樹(shù)脂復(fù)合材料增強(qiáng)劑。更好的金屬、陶瓷和樹(shù)脂復(fù)合材料增強(qiáng)劑。 內(nèi)燃機(jī)代用燃料內(nèi)燃機(jī)代用燃料由于世界石油危機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣對(duì)環(huán)境的污染日由于世界