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        淺談柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展及關(guān)鍵零部件

        2021-09-10 07:22:44褚濤萬光前林騰
        內(nèi)燃機(jī)與配件 2021年6期
        關(guān)鍵詞:技術(shù)

        褚濤 萬光前 林騰

        摘要:本文主要介紹柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展史,詳細(xì)介紹柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展過程中相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)特點及機(jī)理,并對未來柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了展望。

        關(guān)鍵詞:柴油機(jī);電控;技術(shù);零部件

        中圖分類號:U664.121? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-957X(2021)06-0036-02

        0? 引言

        100多年前,魯?shù)婪颉さ胰麪枺≧udolf Diesel)為解決蒸汽機(jī)及點燃式內(nèi)燃機(jī)熱效率低的問題,發(fā)明了世界首臺壓燃式內(nèi)燃機(jī)。在隨后的柴油機(jī)發(fā)展歷程中,有四次技術(shù)突破使柴油機(jī)飛速發(fā)展:機(jī)械式燃油系統(tǒng)、增壓中冷技術(shù)、電控噴油技術(shù)、尾氣后處理技術(shù)。

        1? 機(jī)械式燃油系統(tǒng)

        機(jī)械式燃油系統(tǒng)依靠柱塞、齒輪、凸輪軸、彈簧等機(jī)械元件,實現(xiàn)發(fā)動機(jī)燃油供給及噴射??梢园凑瞻l(fā)動機(jī)的工作順序、負(fù)荷大小,定時、定量、定壓地向發(fā)動機(jī)噴射高壓柴油。機(jī)械式燃油系統(tǒng)的核心部件是燃油泵,常見的機(jī)械式燃油系統(tǒng)有柱塞泵系統(tǒng)、PT泵系統(tǒng)。

        1.1 柱塞泵系統(tǒng)介紹

        柱塞泵燃油系統(tǒng)是常見的一種機(jī)械式燃油系統(tǒng),其中柱塞泵集成輸油泵、噴油泵及調(diào)速器,產(chǎn)生高壓油,限制、穩(wěn)定轉(zhuǎn)速,而與之配套使用的噴油器只有燃油噴射作用。柱塞泵燃油系統(tǒng)如圖1所示。

        柱塞泵總成是這套燃油系統(tǒng)的核心部件,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。噴油泵總成油若干個分泵組成,分泵數(shù)量與發(fā)動機(jī)缸數(shù)相等;驅(qū)動凸輪軸控制各分泵的噴油次序;柱塞偶件有效行程控制循環(huán)噴油量;油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(齒條或撥叉)控制柱塞偶件有效行程;出油閥組件控制噴油壓力和噴油停止時間。

        1.2 PT泵系統(tǒng)介紹

        PT泵燃油系統(tǒng)是康明斯的專利技術(shù),應(yīng)用廣泛的NT855系列柴油機(jī)就采用這種燃油系統(tǒng),其中PT分別為英文壓力和時間的首字母。PT泵集成輸油泵及調(diào)速器,可限制、穩(wěn)定轉(zhuǎn)速但不產(chǎn)生高壓油;噴油器具有燃油加壓和燃油噴射所用。PT泵燃油系統(tǒng)如圖3所示。

        PT泵總成及PT噴油器是這套燃油系統(tǒng)的核心部件,其外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。PT泵集成調(diào)速器,可控制發(fā)動機(jī)高低怠速;PT泵確定燃油流量,并向噴油器輸送低壓燃油;噴油器通過凸輪軸驅(qū)動產(chǎn)生高壓燃油并噴射;噴油器凸輪軸確定各缸噴油次序及噴油量。

        2? 電控燃油系統(tǒng)

        電控燃油系統(tǒng),通過ECM、傳感器及執(zhí)行器實現(xiàn)柴油機(jī)運行信息采集、運算及合理執(zhí)行,完全可以滿足“高噴射壓力、噴油規(guī)律可控”的需求。電控燃油系統(tǒng)的優(yōu)勢如下:

        ①高噴油壓力:普遍在150MPa以上,最高可達(dá)240MPa,而機(jī)械式燃油系統(tǒng)的噴油壓力在120MPa左右的水平。

        ②速度特性好:噴油壓力、噴油正時獨立于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,可以改善發(fā)動機(jī)低速性能。

        ③噴油控制精確:電磁閥控制噴油開始結(jié)束時間,更精確;ECM計算噴油量,燃油系統(tǒng)速度特性、規(guī)律性更好。

        目前,已成熟應(yīng)用的電控燃油系統(tǒng)有:電控高壓共軌系統(tǒng)、電控泵噴嘴系統(tǒng)、電控單體泵系統(tǒng)。

        2.1 電控高壓共軌系統(tǒng)

        電控高壓共軌系統(tǒng)(CRS-Common Rail System)是一種蓄壓器噴射系統(tǒng),ECM通過接收各傳感器的信號,計算分析后控制噴油器電磁閥,讓柴油以正確的噴油壓力在正確的時間噴射出正確的噴油量。其主要由燃油泵、共軌管、噴油器構(gòu)成,結(jié)構(gòu)如圖5所示。

        2.2 電控泵噴嘴系統(tǒng)

        電控泵噴嘴系統(tǒng)(UIS-Unit Injector System)中噴油泵和噴油器組成一個單元,發(fā)動機(jī)的每一氣缸都安裝這樣一個單元。它直接通過搖臂驅(qū)動或者通過搖臂加推桿驅(qū)動,產(chǎn)生高的噴射壓力,在結(jié)構(gòu)上省去了高壓油管,更簡潔。其主要由燃油泵和泵噴嘴構(gòu)成,結(jié)構(gòu)如圖6所示。

        2.3 電控單體泵系統(tǒng)

        電控單體泵系統(tǒng)(UPS-Unit Pump System)是一種模塊式結(jié)構(gòu)的高壓噴射系統(tǒng)。其噴嘴和油泵用一根較短的噴射油管連接,每個缸都設(shè)置有一個單柱塞噴油泵,由凸輪軸驅(qū)動。各單體泵安裝在泵總成殼體內(nèi)。其結(jié)構(gòu)如圖7所示。

        3? 尾氣后處理技術(shù)

        在嚴(yán)苛的法規(guī)下,單純依靠電控燃油系統(tǒng)與增壓中冷技術(shù)已經(jīng)無法滿足排放法規(guī)要求,柴油機(jī)尾氣后處理技術(shù)順勢而生且快速成熟。目前成熟且常用的尾氣后處理技術(shù)有:DOC、DPF、SCR,柴油機(jī)生產(chǎn)廠家根據(jù)柴油機(jī)排量、功率段等參數(shù)選擇一種或幾種尾氣后處理技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。

        ①DOC是氧化還原(DOC=Diesel Oxidation Catalyst)的英文簡稱,要是通過催化劑的氧化反應(yīng)除去微粒物中的可揮發(fā)有機(jī)物(SOF),減少PM排放,同時可除去尾氣中的HC、CO污染物和醛類、多環(huán)芳烴等排放標(biāo)準(zhǔn)未限制污染物。②DPF是柴油機(jī)微粒捕集器(DPF-Diesel Particulate Filter)的英文簡稱,主要用來捕集排氣污染物中的PM,降低PN值。其主要的捕集材質(zhì)為陶瓷纖維、泡沫陶瓷等。③SCR是選擇性還原技術(shù)(SCR-Selective Catalyst Reduction)的英文簡稱,通過向廢氣中噴射一定濃度的尿素溶液,來還原尾氣中的NOX。

        4? 未來展望

        盡管目前最先進(jìn)的排放控制技術(shù)已經(jīng)將柴油機(jī)尾氣處理的非常清潔,但技術(shù)的進(jìn)步是永無止境的。未來的柴油機(jī)排放控制重點應(yīng)該是:進(jìn)一步降低PN值,同時降低總的碳排放量。為滿足未來更嚴(yán)格的排放要求,柴油機(jī)會迎來一次新的技術(shù)飛躍,采用混合動力等手段使柴油機(jī)更節(jié)能、更“綠色”。在未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi),柴油機(jī)會以一種“集成式動力單元”的形式繼續(xù)存在。

        參考文獻(xiàn):

        [1]韋承東. 發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)零部件優(yōu)化設(shè)計[J]. 裝備制造技術(shù),2009,10:67-68.

        [2]邱英杰,賀文東.基于高壓共軌柴油發(fā)動機(jī)的SCR處理系統(tǒng)[J].環(huán)境工程,2010,28(4):69-72.

        [3]吳永平.工程機(jī)械柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 機(jī)務(wù)管理,2011,09:127-128.

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