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。