【柴油機探究現(xiàn)狀文獻綜述3900字】

柴油機研究現(xiàn)狀國內(nèi)外文獻綜述1.1國外柴油機研究現(xiàn)狀世界上一些技術(shù)、經(jīng)濟比較發(fā)達的國家，不同于我國，山區(qū)地區(qū)的面積占據(jù)全國國土面積的四分之三，因此關(guān)注柴油機問題并不是很早[5]。近年來對節(jié)能、環(huán)境污染以及從軍事上的考慮，數(shù)個發(fā)達國家開始致力開展環(huán)境技術(shù)研究。至于低溫問題，由于前蘇聯(lián)、加拿大、美國、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1976年的報道中，已論述在高海拔地區(qū)開礦條件下，如何提高挖掘機的效率，海拔1000米以內(nèi)應(yīng)合乎標牌規(guī)定的額定值，往上每升高1000米，額定值將減小0.4-1%使用，以保持挖掘機的溫升相等[6]。他們對電機絕緣、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)補償內(nèi)燃機功率的增壓技術(shù)。柴油機的廢氣渦輪增壓在應(yīng)用是其應(yīng)用最早的領(lǐng)域之一。但最近引進的工程機械項目，大都在海拔3000米以下使用，不降低功率額定值，其具體性能指標到達什么程度尚鮮有人去關(guān)注，國內(nèi)也鮮有檢測記錄[7]。近些年來，隨著國際市場的開辟，由于有的國家大都為發(fā)展中國家，為占領(lǐng)市場，美國卡特彼勒、德國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)以及我國的青藏進行整車試驗[8]。R.A.C.Fosberry[9]等和J.W.Dennis[10]分別研究了大氣環(huán)境對自然吸氣柴油機和渦輪增壓柴油機動力性和燃油經(jīng)濟性的影響，并給出了一些經(jīng)驗性的性能預(yù)測公式。T.Wu[11]等改進了前人純經(jīng)驗性的發(fā)動機性能預(yù)測方法，將發(fā)動機分解為進氣系統(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)測分析得出整機的預(yù)測性能。他們的半經(jīng)驗預(yù)測公式適用于各種自然吸氣、渦輪增壓及增壓中冷柴油機，預(yù)測的參數(shù)不僅包括功率、燃油消耗率等動力性、經(jīng)濟性參數(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年報道英國波金斯公司5.8升柴油機，用廢氣渦輪增壓到南美洲波利維亞做試驗，在海拔5200米能產(chǎn)生110PS/2500rpm，這說明本國沒有試驗條件，也說明重視影響[12]。為了獲得試驗條件，一般只能用較容易的進氣模擬來試驗發(fā)動機，如美國卡特皮勒公司的進氣模擬實驗室采用了蒸汽噴射模擬[13]。美國阿伯丁（公司）的試驗設(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)嶒炇?，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)院的機械技術(shù)研究所、日本汽車研究所就建起了這樣的試驗室，他們的這些試驗設(shè)施大都只能模擬海拔3000米以下[15]。至于整機的試驗，就只能借助于現(xiàn)場環(huán)境。汽車試驗道試驗場大都在海拔1600米以下[16]。如美國通用汽車公司在50年代就注意了特殊環(huán)境試驗場的建設(shè)，他們有沙漠熱帶試驗場、山區(qū)試驗場、低溫試驗場，其試車設(shè)施在丹佛市，該市海拔僅1600米[17]。美國卡特皮勒公司的Phoenix和Peoria試驗場則只有海拔335-1035米的跑道，海拔都不高[18]。在50年代，匈牙利還來我國青藏做過汽車試驗[19]。1984年，美國AMG公司的M925C12型軍用車也曾通過我國在青藏做試用考核試驗[20]。另外，近年來發(fā)達國家對低溫產(chǎn)品單項技術(shù)的研究，在某些方面己具有一定的深度[21]。例如，發(fā)動機和液壓系統(tǒng)低溫起動研究；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。而整機方面主要采取發(fā)動機增壓，增大發(fā)動機供氧儲備，以應(yīng)付海拔3000米以下環(huán)境的使用要求。據(jù)了解，美國丹佛科羅拉礦業(yè)學(xué)院，今年來也對地區(qū)使用的發(fā)動機進行專門的研究，但專用于海拔3000-5000米施工的工程機械整機，至今未見到資料報道[22]。國外為占領(lǐng)市場，美國、日本等國已著手研制型產(chǎn)品，近幾年已有幾臺試驗車在青藏地區(qū)試驗運行[23]。如日本三菱公司的12噸型載重汽車；日本帝國活塞公司的型高壓機車；英國AMG公司的M925C12型軍用車載重汽車。在我國塔克拉馬干沙漠的石油勘探中，德國奔馳公司和美國貝卡公司的沙漠車輛，有較強的沙漠適用性等[24]。在國外，由于計算機、內(nèi)燃機設(shè)計技術(shù)以及試驗條件等各方面都比較成熟，早在40年代，因單級增壓比較低，出現(xiàn)了二級渦輪增壓，且付之實用，但主要應(yīng)用于機車和低速船用發(fā)動機[25]。俄羅斯斯科洛明機車廠對HH26/26型、4400kW的機車柴油機采用二級渦輪增壓，試驗結(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%標定功率以上的運行范圍效率超過60%，增壓器綜合效率變化平坦，在25%標定功率以上運行范圍內(nèi)的增壓壓力，大于排氣管壓力。此外，蘇聯(lián)中央柴油機研究所在HH26/34柴油機上進行了高增壓研究，對單級增壓和二級增壓進行了比較性計算研究，結(jié)果表明在低增壓時，二級增壓并不比單級增壓在性能參數(shù)上有明顯優(yōu)點，若進一步提高壓比，二級增壓才顯示明顯優(yōu)勢[27]。近年來，二級渦輪增壓系統(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3.0L直列6缸共軌直噴式柴油機上，在世界轎車柴油機領(lǐng)域首次采用了二級廢氣渦輪增壓[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擴展到5000r/min，從而能達到迄今為止只有8缸柴油機才能達到的行駛功率，且MVEG行駛循環(huán)燃油耗只有8L/100km。OPEL公司對其1.9L柴油機匹配了二級增壓系統(tǒng)，其標定點功率達到156kW，最大扭矩點轉(zhuǎn)速僅為1400r/min，最大扭矩值達到400N.m，平均有效壓力2.6MPa，排放達到歐IV標準[29]。1.2國內(nèi)柴油機研究現(xiàn)狀柴油機的增壓系統(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，發(fā)動機低速大負荷時壓氣機易喘振，而高速大負荷時易堵塞，導(dǎo)致發(fā)動機工作動力性能嚴重下降，重新匹配高效率、大流量增壓器有利于內(nèi)燃機功率恢復(fù)[29]。為了提高柴油機高海拔適應(yīng)能力，董素榮[30]對匹配GT17和GT20增壓器的SOFIM8142.43柴油機進行了高海拔性能模擬試驗，通過更換壓氣輪、改變壓氣機葉輪輪徑比和渦輪機葉輪直徑，對GT20C101（56）NS111（44）渦輪增壓器進行了改進，通過對增壓器的優(yōu)選以及改進，極大地提升了柴油機在高海拔中的低速動力性能。除了增壓器的重新匹配，改進排氣管路設(shè)計可以提高地區(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；改進熱平衡系統(tǒng)等措施往往也在內(nèi)燃機功率恢復(fù)時組合使用。這些措施可以部分改善柴油機運行性能，但是內(nèi)燃機變海拔運行要兼顧高低海拔性能，而傳統(tǒng)增壓壓氣機是根據(jù)固定海拔工況進行設(shè)計和優(yōu)化的，變海拔工作時會發(fā)生匹配失調(diào)。近年來，可變截面渦輪增壓、兩級增壓、電動增壓等技術(shù)迅速發(fā)展，通過合理的匹配和控制，這些技術(shù)可以使增壓柴油機在更寬廣的海拔范圍內(nèi)運行，有效提高了增壓內(nèi)燃機的適應(yīng)性[31]。90年代可變截面渦輪增壓技術(shù)進一步成熟，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)燃機轉(zhuǎn)速或者不同海拔工況對渦輪性能的要求，充分利用發(fā)動機排氣能量，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)燃機的適應(yīng)性[32]。朱振夏[33]總結(jié)了環(huán)境對發(fā)動機各方面性能的影響，以及研究人員針對功率下降提出的解決措施。把增壓系統(tǒng)的改進作為目前主要研究方向，介紹了兩類改進措施：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，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)和方案之間的對比可知，可變截面渦輪、二級增壓、轉(zhuǎn)速可控復(fù)合增壓方案不僅能夠使柴油機獲得較好的功率恢復(fù)效果，而且具有較強的實用價值。柴油機高增壓技術(shù)國家級重點實驗室針對某柴油機面臨的變海拔適應(yīng)性問題，基于可變截面增壓器，建立了柴油機變海拔自適應(yīng)增壓系統(tǒng)，利用柴油機功率模擬試驗臺，進行了0~4000m性能模擬對比試驗，研究了環(huán)境下增壓對換氣過程及柴油機功率的影響[34]。研究結(jié)果表明：通過采用可變截面增壓技術(shù)，柴油機高海拔性能下降得以改善，并解決了柴油機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4000m海拔下最大扭矩點轉(zhuǎn)速恢復(fù)到原機平原條件下的轉(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)在柴油機恢復(fù)功率、降低熱負荷方面具有一定的潛力。兩級增壓技術(shù)根據(jù)兩個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，通過兩級增壓壓氣機與渦輪系統(tǒng)的合理控制，可以大幅度提高發(fā)動機低轉(zhuǎn)速下的動力性，瞬態(tài)響應(yīng)特性及發(fā)動機適應(yīng)性。上海交通大學(xué)鄧康耀等和北方發(fā)動機研究所邢衛(wèi)東等針對上海柴油機廠生產(chǎn)的D6114增壓水冷柴油機進行了變海拔適應(yīng)性研究，進行兩級可調(diào)增壓系統(tǒng)的變海拔適應(yīng)性計算研究。采用二級可調(diào)增壓系統(tǒng)使海拔0-3000m之內(nèi)的各轉(zhuǎn)速功率大于原機平原功率，這是因為高、低壓級增壓器的共同壓縮進氣，充分補償了因海拔升高引起的進氣量下降。扭矩在高海拔下得到大幅度提升，而且最大扭矩所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速也不像單級增壓系統(tǒng)一樣向高轉(zhuǎn)速區(qū)域移動。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)動機的適應(yīng)性，但這些系統(tǒng)中的壓氣機等關(guān)鍵部件仍然是根據(jù)固定海拔面工況需求進行設(shè)計的，沒有針對內(nèi)燃機變海拔工作需求進行優(yōu)化和改進。壓氣機等關(guān)鍵部件性能是系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)，決定了系統(tǒng)優(yōu)化的改進幅度和潛力，所以還應(yīng)對增壓器基礎(chǔ)部件的設(shè)計和優(yōu)化進一步研究。參考文獻王向陽.淺談漁船柴油機的拉缸及預(yù)防措施[C]//2005中國漁船技術(shù)發(fā)展論壇論文集.2005.張海波,萬會發(fā),林偉初.漁船柴油機尾氣余熱利用探討[J].中國水運月刊,2013,13(12):162-164.王超.淺談漁船用柴油機的功率標定[J].黑龍江水產(chǎn),2011(4):23-24.張信安.讓漁船主機功率名實相符——漁船用柴油機型譜公布施行[J].中國水產(chǎn),2015(2):21-21.姚殿志.淺析漁船主機功率“大機小標”的危害及對策[J].齊魯漁業(yè),2016(9):51-