【柴油機(jī)探究現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述3900字】

柴油機(jī)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1.1國(guó)外柴油機(jī)研究現(xiàn)狀世界上一些技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，不同于我國(guó)，山區(qū)地區(qū)的面積占據(jù)全國(guó)國(guó)土面積的四分之三，因此關(guān)注柴油機(jī)問題并不是很早[5]。近年來對(duì)節(jié)能、環(huán)境污染以及從軍事上的考慮，數(shù)個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家開始致力開展環(huán)境技術(shù)研究。至于低溫問題，由于前蘇聯(lián)、加拿大、美國(guó)、北歐和日本都有較低溫和低溫地區(qū)，這方面的研究開展的較早較多[6]。美國(guó)1976年的報(bào)道中，已論述在高海拔地區(qū)開礦條件下，如何提高挖掘機(jī)的效率，海拔1000米以內(nèi)應(yīng)合乎標(biāo)牌規(guī)定的額定值，往上每升高1000米，額定值將減小0.4-1%使用，以保持挖掘機(jī)的溫升相等[6]。他們對(duì)電機(jī)絕緣、冷卻通風(fēng)，空氣過濾等都作了研究。印度1965年己研究高海拔地區(qū)補(bǔ)償內(nèi)燃機(jī)功率的增壓技術(shù)。柴油機(jī)的廢氣渦輪增壓在應(yīng)用是其應(yīng)用最早的領(lǐng)域之一。但最近引進(jìn)的工程機(jī)械項(xiàng)目，大都在海拔3000米以下使用，不降低功率額定值，其具體性能指標(biāo)到達(dá)什么程度尚鮮有人去關(guān)注，國(guó)內(nèi)也鮮有檢測(cè)記錄[7]。近些年來，隨著國(guó)際市場(chǎng)的開辟，由于有的國(guó)家大都為發(fā)展中國(guó)家，為占領(lǐng)市場(chǎng)，美國(guó)卡特彼勒、德國(guó)奔馳等公司己著手研制型產(chǎn)品，并陸續(xù)到南美的地區(qū)以及我國(guó)的青藏進(jìn)行整車試驗(yàn)[8]。R.A.C.Fosberry[9]等和J.W.Dennis[10]分別研究了大氣環(huán)境對(duì)自然吸氣柴油機(jī)和渦輪增壓柴油機(jī)動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的影響，并給出了一些經(jīng)驗(yàn)性的性能預(yù)測(cè)公式。T.Wu[11]等改進(jìn)了前人純經(jīng)驗(yàn)性的發(fā)動(dòng)機(jī)性能預(yù)測(cè)方法，將發(fā)動(dòng)機(jī)分解為進(jìn)氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)等子系統(tǒng)，通過各子系統(tǒng)的性能預(yù)測(cè)分析得出整機(jī)的預(yù)測(cè)性能。他們的半經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)公式適用于各種自然吸氣、渦輪增壓及增壓中冷柴油機(jī)，預(yù)測(cè)的參數(shù)不僅包括功率、燃油消耗率等動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性參數(shù)，還包括煙度、增壓器壓比、增壓器轉(zhuǎn)速、排氣溫度等參數(shù)。1981年報(bào)道英國(guó)波金斯公司5.8升柴油機(jī)，用廢氣渦輪增壓到南美洲波利維亞做試驗(yàn)，在海拔5200米能產(chǎn)生110PS/2500rpm，這說明本國(guó)沒有試驗(yàn)條件，也說明重視影響[12]。為了獲得試驗(yàn)條件，一般只能用較容易的進(jìn)氣模擬來試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)，如美國(guó)卡特皮勒公司的進(jìn)氣模擬實(shí)驗(yàn)室采用了蒸汽噴射模擬[13]。美國(guó)阿伯丁（公司）的試驗(yàn)設(shè)施，能模擬海拔3600米，少數(shù)幾家在70年代建立了調(diào)壓調(diào)溫、調(diào)濕、密封的人工氣候?qū)嶒?yàn)室，全面模擬環(huán)境，這要有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)和資金[14]。如日本通產(chǎn)省工業(yè)技術(shù)院的機(jī)械技術(shù)研究所、日本汽車研究所就建起了這樣的試驗(yàn)室，他們的這些試驗(yàn)設(shè)施大都只能模擬海拔3000米以下[15]。至于整機(jī)的試驗(yàn)，就只能借助于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。汽車試驗(yàn)道試驗(yàn)場(chǎng)大都在海拔1600米以下[16]。如美國(guó)通用汽車公司在50年代就注意了特殊環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)的建設(shè)，他們有沙漠熱帶試驗(yàn)場(chǎng)、山區(qū)試驗(yàn)場(chǎng)、低溫試驗(yàn)場(chǎng)，其試車設(shè)施在丹佛市，該市海拔僅1600米[17]。美國(guó)卡特皮勒公司的Phoenix和Peoria試驗(yàn)場(chǎng)則只有海拔335-1035米的跑道，海拔都不高[18]。在50年代，匈牙利還來我國(guó)青藏做過汽車試驗(yàn)[19]。1984年，美國(guó)AMG公司的M925C12型軍用車也曾通過我國(guó)在青藏做試用考核試驗(yàn)[20]。另外，近年來發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)低溫產(chǎn)品單項(xiàng)技術(shù)的研究，在某些方面己具有一定的深度[21]。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)低溫起動(dòng)研究；低溫油料及低溫下液壓件配合間隙的研究；低溫密封材料的研究；低溫下金屬材料的冷脆問題等方面的研究等，其廣度和深度大大超過我國(guó)。而整機(jī)方面主要采取發(fā)動(dòng)機(jī)增壓，增大發(fā)動(dòng)機(jī)供氧儲(chǔ)備，以應(yīng)付海拔3000米以下環(huán)境的使用要求。據(jù)了解，美國(guó)丹佛科羅拉礦業(yè)學(xué)院，今年來也對(duì)地區(qū)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行專門的研究，但專用于海拔3000-5000米施工的工程機(jī)械整機(jī)，至今未見到資料報(bào)道[22]。國(guó)外為占領(lǐng)市場(chǎng)，美國(guó)、日本等國(guó)已著手研制型產(chǎn)品，近幾年已有幾臺(tái)試驗(yàn)車在青藏地區(qū)試驗(yàn)運(yùn)行[23]。如日本三菱公司的12噸型載重汽車；日本帝國(guó)活塞公司的型高壓機(jī)車；英國(guó)AMG公司的M925C12型軍用車載重汽車。在我國(guó)塔克拉馬干沙漠的石油勘探中，德國(guó)奔馳公司和美國(guó)貝卡公司的沙漠車輛，有較強(qiáng)的沙漠適用性等[24]。在國(guó)外，由于計(jì)算機(jī)、內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)以及試驗(yàn)條件等各方面都比較成熟，早在40年代，因單級(jí)增壓比較低，出現(xiàn)了二級(jí)渦輪增壓，且付之實(shí)用，但主要應(yīng)用于機(jī)車和低速船用發(fā)動(dòng)機(jī)[25]。俄羅斯斯科洛明機(jī)車廠對(duì)HH26/26型、4400kW的機(jī)車柴油機(jī)采用二級(jí)渦輪增壓，試驗(yàn)結(jié)果為[26]：在保持最大爆發(fā)壓力及指示效率不變的情況下，增壓壓力提高7%，掃氣系數(shù)提高5.8%，排氣溫度降低45攝氏度，55%標(biāo)定功率以上的運(yùn)行范圍效率超過60%，增壓器綜合效率變化平坦，在25%標(biāo)定功率以上運(yùn)行范圍內(nèi)的增壓壓力，大于排氣管壓力。此外，蘇聯(lián)中央柴油機(jī)研究所在HH26/34柴油機(jī)上進(jìn)行了高增壓研究，對(duì)單級(jí)增壓和二級(jí)增壓進(jìn)行了比較性計(jì)算研究，結(jié)果表明在低增壓時(shí)，二級(jí)增壓并不比單級(jí)增壓在性能參數(shù)上有明顯優(yōu)點(diǎn)，若進(jìn)一步提高壓比，二級(jí)增壓才顯示明顯優(yōu)勢(shì)[27]。近年來，二級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)在轎車上的應(yīng)用也日益廣泛。其中BMW公司從2004年秋末開始，在其頂級(jí)3.0L直列6缸共軌直噴式柴油機(jī)上，在世界轎車柴油機(jī)領(lǐng)域首次采用了二級(jí)廢氣渦輪增壓[28]。這種技術(shù)除了能將比功率提高到67kW/L之外，還可將可用轉(zhuǎn)速范圍從4000r/min擴(kuò)展到5000r/min，從而能達(dá)到迄今為止只有8缸柴油機(jī)才能達(dá)到的行駛功率，且MVEG行駛循環(huán)燃油耗只有8L/100km。OPEL公司對(duì)其1.9L柴油機(jī)匹配了二級(jí)增壓系統(tǒng)，其標(biāo)定點(diǎn)功率達(dá)到156kW，最大扭矩點(diǎn)轉(zhuǎn)速僅為1400r/min，最大扭矩值達(dá)到400N.m，平均有效壓力2.6MPa，排放達(dá)到歐IV標(biāo)準(zhǔn)[29]。1.2國(guó)內(nèi)柴油機(jī)研究現(xiàn)狀柴油機(jī)的增壓系統(tǒng)往往是根據(jù)海平面工況匹配的，當(dāng)其在地區(qū)工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)低速大負(fù)荷時(shí)壓氣機(jī)易喘振，而高速大負(fù)荷時(shí)易堵塞，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作動(dòng)力性能嚴(yán)重下降，重新匹配高效率、大流量增壓器有利于內(nèi)燃機(jī)功率恢復(fù)[29]。為了提高柴油機(jī)高海拔適應(yīng)能力，董素榮[30]對(duì)匹配GT17和GT20增壓器的SOFIM8142.43柴油機(jī)進(jìn)行了高海拔性能模擬試驗(yàn)，通過更換壓氣輪、改變壓氣機(jī)葉輪輪徑比和渦輪機(jī)葉輪直徑，對(duì)GT20C101（56）NS111（44）渦輪增壓器進(jìn)行了改進(jìn)，通過對(duì)增壓器的優(yōu)選以及改進(jìn)，極大地提升了柴油機(jī)在高海拔中的低速動(dòng)力性能。除了增壓器的重新匹配，改進(jìn)排氣管路設(shè)計(jì)可以提高地區(qū)廢氣能量利用率；改善燃油系統(tǒng)以提高霧化效果，優(yōu)化供油提前角；改進(jìn)熱平衡系統(tǒng)等措施往往也在內(nèi)燃機(jī)功率恢復(fù)時(shí)組合使用。這些措施可以部分改善柴油機(jī)運(yùn)行性能，但是內(nèi)燃機(jī)變海拔運(yùn)行要兼顧高低海拔性能，而傳統(tǒng)增壓壓氣機(jī)是根據(jù)固定海拔工況進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化的，變海拔工作時(shí)會(huì)發(fā)生匹配失調(diào)。近年來，可變截面渦輪增壓、兩級(jí)增壓、電動(dòng)增壓等技術(shù)迅速發(fā)展，通過合理的匹配和控制，這些技術(shù)可以使增壓柴油機(jī)在更寬廣的海拔范圍內(nèi)運(yùn)行，有效提高了增壓內(nèi)燃機(jī)的適應(yīng)性[31]。90年代可變截面渦輪增壓技術(shù)進(jìn)一步成熟，得到廣泛應(yīng)用?？勺兘孛鏈u輪增壓技術(shù)通過調(diào)節(jié)可調(diào)葉片改變渦輪喉口的等效截面積來改變渦輪性能，以適應(yīng)不同內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速或者不同海拔工況對(duì)渦輪性能的要求，充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣能量，采用合理的變海拔控制策略能使可變截面渦輪增壓器與柴油機(jī)在全海拔范圍內(nèi)獲得良好的匹配，從而有效提高增壓內(nèi)燃機(jī)的適應(yīng)性[32]。朱振夏[33]總結(jié)了環(huán)境對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各方面性能的影響，以及研究人員針對(duì)功率下降提出的解決措施。把增壓系統(tǒng)的改進(jìn)作為目前主要研究方向，介紹了兩類改進(jìn)措施：增壓匹配和可調(diào)增壓技術(shù)。以帶放氣閥的增壓器、可調(diào)截面渦輪、二級(jí)增壓、相繼增壓、電輔助增壓和復(fù)合增壓這幾種典型的可調(diào)增壓為重點(diǎn)，介紹了各種技術(shù)的原理、發(fā)展、應(yīng)用現(xiàn)狀，并討論了這些技術(shù)在環(huán)境下的應(yīng)用前景。通過研究成果的總結(jié)和方案之間的對(duì)比可知，可變截面渦輪、二級(jí)增壓、轉(zhuǎn)速可控復(fù)合增壓方案不僅能夠使柴油機(jī)獲得較好的功率恢復(fù)效果，而且具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。柴油機(jī)高增壓技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室針對(duì)某柴油機(jī)面臨的變海拔適應(yīng)性問題，基于可變截面增壓器，建立了柴油機(jī)變海拔自適應(yīng)增壓系統(tǒng)，利用柴油機(jī)功率模擬試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行了0~4000m性能模擬對(duì)比試驗(yàn)，研究了環(huán)境下增壓對(duì)換氣過程及柴油機(jī)功率的影響[34]。研究結(jié)果表明：通過采用可變截面增壓技術(shù)，柴油機(jī)高海拔性能下降得以改善，并解決了柴油機(jī)在高海拔低速工況下不能工作、增壓器喘振等問題，使柴油機(jī)4000m海拔下最大扭矩點(diǎn)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到原機(jī)平原條件下的轉(zhuǎn)速1300r/min，扭矩降幅小于50N.m。通過初步研究得出可變截面增壓技術(shù)在柴油機(jī)恢復(fù)功率、降低熱負(fù)荷方面具有一定的潛力。兩級(jí)增壓技術(shù)根據(jù)兩個(gè)渦輪增壓器連接方式不同，可以分為串聯(lián)式和并聯(lián)式。研究表明，通過兩級(jí)增壓壓氣機(jī)與渦輪系統(tǒng)的合理控制，可以大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速下的動(dòng)力性，瞬態(tài)響應(yīng)特性及發(fā)動(dòng)機(jī)適應(yīng)性。上海交通大學(xué)鄧康耀等和北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所邢衛(wèi)東等針對(duì)上海柴油機(jī)廠生產(chǎn)的D6114增壓水冷柴油機(jī)進(jìn)行了變海拔適應(yīng)性研究，進(jìn)行兩級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)的變海拔適應(yīng)性計(jì)算研究。采用二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)使海拔0-3000m之內(nèi)的各轉(zhuǎn)速功率大于原機(jī)平原功率，這是因?yàn)楦摺⒌蛪杭?jí)增壓器的共同壓縮進(jìn)氣，充分補(bǔ)償了因海拔升高引起的進(jìn)氣量下降。扭矩在高海拔下得到大幅度提升，而且最大扭矩所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速也不像單級(jí)增壓系統(tǒng)一樣向高轉(zhuǎn)速區(qū)域移動(dòng)。上述措施從增壓部件調(diào)節(jié)及系統(tǒng)控制著手提高增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的適應(yīng)性，但這些系統(tǒng)中的壓氣機(jī)等關(guān)鍵部件仍然是根據(jù)固定海拔面工況需求進(jìn)行設(shè)計(jì)的，沒有針對(duì)內(nèi)燃機(jī)變海拔工作需求進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。壓氣機(jī)等關(guān)鍵部件性能是系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)，決定了系統(tǒng)優(yōu)化的改進(jìn)幅度和潛力，所以還應(yīng)對(duì)增壓器基礎(chǔ)部件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)王向陽.淺談漁船柴油機(jī)的拉缸及預(yù)防措施[C]//2005中國(guó)漁船技術(shù)發(fā)展論壇論文集.2005.張海波,萬會(huì)發(fā),林偉初.漁船柴油機(jī)尾氣余熱利用探討[J].中國(guó)水運(yùn)月刊,2013,13(12):162-164.王超.淺談漁船用柴油機(jī)的功率標(biāo)定[J].黑龍江水產(chǎn),2011(4):23-24.張信安.讓漁船主機(jī)功率名實(shí)相符——漁船用柴油機(jī)型譜公布施行[J].中國(guó)水產(chǎn),2015(2):21-21.姚殿志.淺析漁船主機(jī)功率“大機(jī)小標(biāo)”的危害及對(duì)策[J].齊魯漁業(yè),2016(9):51-