大型商用车用柴油机降低油耗的技术

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1、大型商用车用柴油发动机降低油耗的技术原作：福岛吉也尾头卓概要近年来，随着地球温暖化问题的日趋严峻化，降低汽车油耗的技术已成为一个重要的课题。这里主要从循环理论的角度出发，阐述了关于热效率高，广泛应用于商用汽车的柴油发动机，降低油耗的基本技术。并且介绍了大型商用车用柴油发动机降低油耗的几种试验结果及其对气体排放的影响。1前言目前，世界上有6亿多台汽车广泛应用于人们的经济活动和日常生活中，但就日本国内，汽车保有量也由1980年的4000万台左右增加到1990年的6000万台，日益深入到人们的社会生活之中。另一方面，由于经济的高速增长，全

2、球性的环境问题也日益严重，其中以由温室效应所引起的地球温暖化问题最为严重。在日本，交通运输部门占CO2总排放量的20%左右，因而减少汽车CO2的排放（即降低油耗）成为一个重要的课题。作为汽车的动力，柴油发动机比汽油发动机热效率高，对减少CO2的排放比较有效，而且耐用性，通用性好，因而广泛应用于商用汽车（见图１）。在这种背景下，人们采取各种既符合环境要求，由又满足市场需求的改进措施，以达到同时降低油耗（CO2排放）和气体排放的目的。图２反映了各年度柴油发动机满负荷最低燃耗率的变化趋势，从中可以看出其最低油耗率是在逐年改善的。要降低车辆

3、整体的燃油消耗，改善发动机但记得燃油耗率以及降低功率消耗（转动阻力、空气阻力、传动系的耗损等）都是不可缺少的。本高主要谈一谈发动机单机降低油耗的技术。2降低油耗的基本技术所谓的降低油耗就是提高由燃料的化学能转化为机械能，到作为正味仕事输出位置的各阶段的效率，并尽量减少附带的无用能量的消耗。降低柴油发动机油耗的手段基本上可以分４种来考虑：（１）提高理论效率（２）提高指示效（３）提高机械效率（４）各种最优化（实用性降低油耗的手段）6图３列举了具体的降低油耗的手段，但在气体排放法规日趋严格的情况下，关键是如何使降低油耗与气体排放相互平衡。

4、2.1提高理论效率理论效率就是使燃料在气缸内燃烧，将其化学能转换为燃烧气体的压力时的效率，通常的车用柴油发动机，这个理论循环就是图4所示的双燃循环(Sabathecycle)。虽然增大压缩比就可以提高理论热效率，但也带来机械损耗的增加以及最大缸内压力（pmax）的增加，因而需要提高各部的刚性，增加强度等。提高理论热效率的另一个方法就是提高燃烧气体的比热比，以尽可能的接近空气的比热比。而增压化就是其典型的手段。不管哪一种情况，都必须包括燃烧在内从总体上实现最优化。2.2提高指示效率燃烧气体的压力在由活塞承受之后转换为机械能,但实际上在

5、这个过程中却伴随着各种损耗这时气体燃料所做的功与燃料能量的比就是指示效率。下面来谈一谈相对于理论周期，实际周期中的各种损耗。压缩、点火、燃烧过程中的损失有因点火时间而产生的损失，以及由于燃烧时间的延迟而产生的损失，要减少这些损失，就必须设定喷射时间，使预混合燃烧期间热发生率的峰值接近上限。为了在达到上限后，在尽短的时间内完成燃烧，只要缩短扩散燃烧时间，缩短后燃烧即可。采用4气门结构、高喷射率化、优化喷射时间等等都是其典型的手段，这些同时也是解决气体排放问题的手段。膨胀行程中的损失有因汽缸壁的冷却而产生的热损失，要降低这种热损失，最有

6、效的办法是发动机各部采取隔热措施，但是从发动机各部的改造程度、规模、可靠性等，以及降低油耗的效果来均衡考虑，在实用方面难度较大。而且如果过分增加隔热率，就会由于气缸壁表面温度的上升，而导致燃料与空气的混合不足，以及吸入的空气量减少，反而会出现燃油消耗恶化的情况。因此需要选择最佳的隔热状态。发动机进气时的泵气损失是由于排气行程和进气行程的压力差而产生的。要减少这种损失，通过改进进、排气系统，，降低进、排气阻力，或者提高增压机的效率等都是有效的方法。而采用4气门机构减少泵气损失，则是通过使排气阀打开排气时的气缸压力比2气门机构下降更为迅

7、速，缩短临界状态的时间，来提高排出气体的流出特性高压缩比可调压缩比可调气门配气正时(增大膨胀比)增大压缩比提高理论效率6增压化高增压化，二级增压根据负荷控制增压提高中冷器效率进气惯性增压气门配气正时、气门升程的最优化增大比热比高喷射压力化高喷射率化加大喷嘴喷口面积改进喷射断流缩短喷射时间燃烧搅动(促进混合)喷射时间控制利用废气再循环(EGR)优化喷射时间减少无用容积搅拌燃烧气体喷射压缩比等的最优化提高燃烧效率优化燃烧时间改进增压机减少进、排气阻力改进增压方式降低油耗提高增压效率优化喷射量控制减少负荷变动量优化排气量、气缸数优化最高转

8、速电控系统减少空转断油控制最优化减少辅机传动损失减少摩擦损失减少机械损失提高机械效率搅拌燃烧多气门化减少时间损失增压化废气涡轮复合使用热电子元件回收排气热减少排气损失高增压化、二级增压缩小冷却面积隔热材料、结构、冷却系统的小型化防止过