世界功率最大的柴油機

　　柴油機的功率有高有低，而叫什麼呢?下面就和小編一起去了解下吧!

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　　世界首臺14缸低速船用柴油機，這是瓦錫蘭柴油機公司研製的目前世界上最大功率的低速船用柴油機，也是世界上最大柴油機之一。該機的成功建造實現了船用推進器的重大突破。

　　據介紹，傳統的低速船用柴油機最多隻有12個缸。近年來，隨著船舶日益大型化，船東提出需要更大功率的柴油機。瓦錫蘭公司提出了利用13缸和14缸機將功率增大到 80080千瓦的方案，推出了在RTA96C柴油機基礎上發展起來的12缸RT-flex96C柴油機的改進型14缸RT-flex96C柴油機。

　　14缸機採用了完善的 RT-flex共軌技術，提高了剛性,降低了結構應力，具有良好的可靠性、安全性和耐久性，且具有比同類機型維護更方便的優點。到目前為止，全球投入使用和已承接訂單的 RT-flex96C 和 RTA96C柴油機已達300多臺。

　　柴油發動機是燃燒柴油來獲取能量釋放的發動機。它是由德國發明家魯道夫·狄塞爾***RudolfDiesel***於1892年發明的，為了紀念這位發明家，柴油就是用他的姓Diesel來表示，而柴油發動機也稱為狄塞爾發動機。柴油發動機的優點是功率大、經濟效能好。柴油發動機工作時進入氣缸的是空氣，氣缸中的空氣壓縮到終點時，溫度在500-700oC，壓力40—50個大氣壓。

　　1 機器簡介

　　柴油發動機的工作過程與汽油發動機有許多相同的地方，每個工作迴圈也經歷進氣、壓縮、做功、排氣四個行程。但由於柴油機用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸發，而其自燃溫度卻較汽油低，因此可燃混合氣的形成及點火方式都與汽油機不同。不同之處主要是，柴油發動機氣缸中的混合氣是壓燃的，而不是點燃的。柴油發動機工作時進入氣缸的是空氣，氣缸中的空氣壓縮到終點時，溫度可達500-700℃，壓力可達40—50個大氣壓。活塞接近上止點時，供油系統的噴油嘴以極高的壓力在極短的時間內向氣缸燃燒室噴射燃油，柴油形成細微的油粒，與高壓高溫的空氣混合，可燃混合氣自行燃燒，猛烈膨脹，產生爆發力，推動活塞下行做功，此時的溫度可達1900-2000℃，壓力可達60-100個大氣壓，產生的功率很大，所以柴油發動機廣泛的應用於大型柴油裝置上。

　　2 機器特點

　　傳統柴油發動機的特點：熱效率和經濟性較好，柴油機採用壓縮空氣的辦法來提高空氣溫度，使空氣溫度超過柴油的自燃點，這時再噴入柴油、柴油噴霧和空氣混合的同時自己點火燃燒。因此，柴油發動機無需點火系統。同時，柴油機的供油系統也相對簡單，因此柴油發動機的可靠性要比汽油發動機的好。由於不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油機壓縮比很高。熱效率和經濟性都要好於汽油機，同時在相同功率的情況下，柴油機的扭矩大，最大功率時的轉速低，適合於載貨汽車的使用。

　　但柴油機由於工作壓力大，要求各有關零件具有較高的結構強度和剛度，所以柴油機比較笨重，體積較大;柴油機的噴油泵與噴嘴製造精度要求高，所以成本較高;另外，柴油機工作粗暴，振動噪聲大;柴油不易蒸發，冬季冷車時起動困難。 由於上述特點，以前柴油發動機一般用於大、中型載重貨車上。小型高速柴油發動機的新發展：排放已經達到歐洲III號的標準。傳統上，柴油發動機由於比較笨重，升功率指標不如汽油機***轉速較低***，噪聲、振動較高，炭煙與顆粒***PM***排放比較嚴重，所以一直以來很少受到轎車的青睞。特別是小型高速柴油發動機的新發展，一批先進的技術，例如電控直噴、共軌、渦輪增壓、中冷等技術得以在小型柴油發動機上應用，使原來柴油發動機存在的缺點得到了較好的解決，而柴油機在節能與CO2排放方面的優勢，則是包括汽油機在內的所有熱力發動機無法取代的，成為“綠色發動機”，

　　3 機器發明

　　柴油用英文表示為Diesel，這是為了紀念柴油發動機的發明者――魯道夫·狄塞爾***RudolfDiesel***。

　　狄塞爾生於1858年，德國人，畢業於慕尼黑工業大學。1879年，狄塞爾大學畢業，當上了一名冷藏專業工程師。在工作中狄塞爾深感當時的蒸氣機效率極低，萌發了設計新型發動機的念頭。在積蓄了一些資金後，狄塞爾辭去了製冷工程師的職務，自己開辦了一家發動機實驗室。

　　針對蒸汽機效率低的弱點，狄塞爾專注於開發高效率的內燃機。19世紀末，石油產品在歐洲極為罕見，於是狄塞爾決定選用植物油來解決機器的燃料問題***他用於實驗的是花生油***。因為植物油點火效能不佳，無法套用奧托內燃機的結構。狄塞爾決定另起爐灶，提高內燃機的壓縮比，利用壓縮產生的高溫高壓點燃油料。後來，這種壓燃式發動機迴圈便被稱為狄塞爾迴圈。

　　像所有偉大的發明家一樣，狄塞爾的前進道路上困難重重。實驗證明，植物油燃燒不穩定，成本也太高，難以承擔狄塞爾的“重任”。好在當時石油製品在歐洲逐漸普及，狄塞爾選擇了本來用於取暖的重餾分燃油———柴油作為機器的燃料。壓燃式發動機的結構強度始終是個難題。一次實驗中，汽缸上的零件象炮彈碎片一樣四處飛散，差點兒造成人員傷亡。實驗不順利，狄塞爾的資金也漸漸耗盡。他不得不回到製冷機工廠謀生。但狄塞爾沒有向困難屈服，他利用業餘時間繼續實驗，一步步完善自己的機器。

　　1892年，狄塞爾終於研發出一臺實用的柴油動力壓燃式發動機。這種發動機功率大，油耗低，可使用劣質燃油，顯示出輝煌的發展前景。狄塞爾隨即投入到柴油機生產的商業冒險中。不幸的是，作為優秀的工程師，狄塞爾缺乏商業頭腦。他在經濟上漸漸陷入困境。1913年狄塞爾已處於破產的邊緣。這一年夏天，狄塞爾在乘坐英吉利海峽的渡輪時，突然失蹤，據認為是投海自殺。但狄塞爾發明的柴油機，在汽車、船舶和整個工業領域得到越來越廣泛的發展。

　　1976年，德國大眾首先在高爾夫轎車上採用柴油發動機;

　　***，德國大眾高爾夫柴油車獲得“低排放車”的稱號。同年大眾從Fiat的研發機構獲得部分技術，製造出第一臺帶有增壓、直噴技術的5缸發動機R5 TDI，這臺發動機被放在奧迪100車型上試用。

　　1990年，德國大眾正式推出增壓、直噴系列柴油機TDI，從此德國大眾在柴油動力技術的開發和應用上一直走在世界的前沿;

　　1993年，開發出4缸渦輪增壓直噴柴油發動機***TDI***;

　　1995年，開發出自然吸氣式直噴***SDI***柴油發動機;

　　1995年，開發出變截面渦輪增壓器VGT;

　　1998年，開發出泵噴嘴***Pumpe Düse***技術;

　　1999年，開發出百公里油耗3升的路波轎車柴油動力。而一升級柴油動力轎車的出世創造了百公里油耗0.99升的記錄，成為世界上最省油的轎車。發動機採用鋁製自然吸氣式單缸柴油機，採用了先進的高壓直接噴射技術，排量為0.3升;

　　2002年，一汽-大眾率先將捷達SDI轎車投放中國市場;

　　2004年，一汽-大眾引入TDI技術。

　　4 發展前景

　　柴油發動機應用廣泛，處在所屬產業鏈的相對核心的位置。在過去十多年的發展中，柴油發動機生產業形成了一系列的配套企業，很多的柴油發動機企業更多充當了總承裝配者的角色，而柴油發動機的一些關鍵的零部件：曲柄連桿、活塞、氣缸套、凸輪已交由專業公司生產。專業化分工使得柴油發動機廠商能更加集中自身的優勢，專注於柴油發動機的設計的和製造。

　　柴油發動機主要用於最終配套產品，比如大功率高速柴油機主要配套重型汽車、大型客車、工程機械、船舶、發電機組等。因此，柴油機行業的發展在很大程度上取決於相關終端產品市場情況。

　　在農用柴油機領域，發展中國家的市場增長將彌補發達國家的市場滑落，全球人口的快速增長，以及老舊裝置的更新換代都對農業機械有較大需求，全球農用柴油機市場將呈現高速增長。在航空發動機領域，發動機產業是航空工業的核心細分子行業，未來發展前景非常廣闊。綜合以上對各領域的分析，我們認為，全球柴油發動機將保持8%的速度穩步向前發展。

　　5 工作原理

　　柴油發動機的工作過程其實跟汽油發動機一樣的，每個工作迴圈也經歷進氣、壓縮、作功、排氣四個行程。

　　柴油機在進氣行程中吸入的是純空氣。在壓縮行程接近終了時，柴油經噴油泵將油壓提高到10MPa以上，通過噴油器噴入氣缸，在很短時間內與壓縮後的高溫空氣混合，形成可燃混合氣。由於柴油機壓縮比高***一般為16-22***，所以壓縮終了時氣缸內空氣壓力可達3.5-4.5MPa，同時溫度高達750-1000K***而汽油機在此時的混合氣壓力會為0.6-1.2MPa，溫度達600-700K***，大大超過柴油的自燃溫度。因此柴油在噴入氣缸後，在很短時間內與空氣混合後便立即自行發火燃燒。氣缸內的氣壓急速上升到6-9MPa，溫度也升到2000-2500K。在高壓氣體推動下，活塞向下運動並帶動曲軸旋轉而作功，廢氣同樣經排氣管排入大氣中。

　　普通柴油機的是由發動機凸輪軸驅動，藉助於高壓油泵將柴油輸送到各缸燃油室。這種供油方式要隨發動機轉速的變化而變化，做不到各種轉速下的最佳供油量。

　　共軌噴射式供油系統由高壓油泵、公共供油管、噴油器、電控單元***ECU***和一些管道壓力感測器組成，系統中的每一個噴油器通過各自的高壓油管與公共供油管相連，公共供油管對噴油器起到液力蓄壓作用。工作時，高壓油泵以高壓將燃油輸送到公共供油管，高壓油泵、壓力感測器和ECU組成閉環工作，對公共供油管內的油壓實現精確控制，徹底改變了供油壓力隨發動機轉速變化的現象。其主要特點有以下三個方面：

　　1.噴油正時與燃油計量完全分開，噴油壓力和噴油過程由ECU適時控制。

　　2.可依據發動機工作狀況去調整各缸噴油壓力，噴油始點、持續時間，從而追求噴油的最佳控制點。

　　3.能實現很高的噴油壓力，並能實現柴油的預噴射。

　　相比起汽油機，柴油機具有燃油消耗率低***平均比汽油機低30%***，而且柴油價格較低，所以燃油經濟性較好;同時柴油機的轉速一般比汽油機來得低，扭距要比汽油機大，但其質量大、工作時噪音大，製造和維護費用高，同時排放也比汽油機差。但隨著現代技術的發展，柴油機的這些缺點正逐漸的被克服。

　　柴油機曲軸連桿機構

　　工作條件：柴油機工作時，內部曲柄連桿機構直接與高溫高壓氣體接觸，曲軸的旋轉速度又很高，活塞往復運動的線速度相當大，同時與可燃混合氣和燃燒廢氣接觸，曲柄連桿機構還受到化學腐蝕作用，並且潤滑困難。可見，曲柄連桿機構的工作條件相當惡劣，它要承受高溫、高壓、高速和化學腐蝕作用。

　　組成：曲柄連桿機構的主要零件可以分為三組，機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組。

　　功用：曲柄連桿機構是柴油機實現工作迴圈，完成能量轉換的傳動機構，用來傳遞力和改變運動方式。工作中，曲柄連桿機構在作功行程中把活塞的往復運動轉變成曲軸的旋轉運動，對外輸出動力，而在其他三個行程中，即進氣、壓縮、排氣行程中又把曲軸的旋轉運動轉變成活塞的往復直線運動。總的來說曲柄連桿機構是發動機藉以產生並傳遞動力的機構。通過它把燃料燃燒後發出的熱能轉變為機械能。

　　負荷特性

　　柴油機的負荷通常是指柴油機阻力矩的大小。由於平均有效壓力與扭矩成正比，所以常用平均有效壓力來表示負荷。柴油機的工況是由轉速和負荷共同決定的。所謂負荷特性是指柴油機轉速不變時，其他主要效能引數***燃油消耗率ge、耗油量Gf和排氣溫度tr等***隨負荷而變化的關係。這時由於轉速是常數，所以有效功率可以用來作度量負荷。在發動機除錯過程中，經常用負荷特性作為其效能比較的標準。另外，負荷特性給出了在等速條件下，發動機的負荷與燃油消耗率的關係，因此，對負荷可以在很大範圍內改變，而轉速基本維持不變的固定式發動機***如發電機組用發動機***具有特殊的意義。如果從發動機上測出一系列不同轉速下的負荷特性曲線，則可選擇出固定式或運輸式發動機的最經濟工況。柴油機在運轉中，充氣量變化不大，主要是通過改變每迴圈供油量來改變混合氣的濃度***即過量空氣係數***，從而調節柴油機的負荷***稱為質調節〉。換句話說，柴油機主要是通過改變噴油泵調節杆的位置，用增加或減少供油量的方法來改變負荷。圖是柴油機按負荷特性運轉時一些引數隨負荷變化的一般規律。柴油機增加負荷就意味著增加每迴圈供油量，所以耗油量Gf隨負荷的增加而增加，而過量空氣係數a隨負荷的增加而減小;供油量多，放熱也多，使排氣溫度tr隨負荷的增加而升高。

　　在空負荷時，Ne=0，Pi=Pm，這時m= 0，所以ge為無窮大。隨著負荷的增加，m迅速上升，而ge反而下降。當負荷增加到A點時，ge達到最小值。再繼續增加負荷，由於過量空氣係數a減小，混合氣形成和燃燒惡化，ge反而升高。

　　排氣煙度隨負荷的增加曲'增加，但在低負荷時增加緩慢，且低負荷時煙度很小，肉眼看不出，通常被認為是排氣無煙。在離負荷時，煙度迅速增加.當接近最大功率時，由於a減小，混合氣形成和燃燒惡化，燃燒不完全，排氣煙度急劇增加***圖中B點***，此時燃油消耗率ge也迅速升髙。

　　活塞和汽缸蓋等機件的熱負荷也迅速増大。如果再繼續增加供油量，則柴油機排氣大量冒黑煙，功率反而下降，因此柴油機存在一個冒煙極限。為了保證柴油機安全可靠地執行，不允許柴油機在冒煙極限下工作。

　　感測器

　　美國德爾福宣佈開發出了可更準確檢測出機油狀態的柴油發動機機油感測器。該感測器通過檢測機油的狀態來確定機油更換時間，比根據行駛週期進行推算，可大幅度延長更換機油和過濾器的時間間隔。新感測器除測定原來的粘度和介電率外，還測定煤煙含量和燃料對機油的稀釋度，從而能更準確地檢測出機油狀態。將於2009年開始面向卡車廠商量產。

　　由於柴油發動機引擎控制使用多個後噴射的情況增多，經由活塞環摻入機油而稀釋機油的燃料量不斷增加，這樣很容易降低機油的潤滑性和粘度。另外，煤煙通過EGR***排氣再迴圈***混入機油的量增加，導致新增劑效果降低、機油粘度升高。由於只測定粘度，容易受這兩個相反因素的影響，難以準確掌握機油的惡化程度。

　　燃料對機油的稀釋度，可通過改進過的粘度測定系統根據對流時間進行測定。另一方面，煤煙的含有量可通過檢測出的介電率變化進行推算。該感測器可測定機油溫度和機油量，設想安裝於機油箱底殼或引擎體上，外形設計為小尺寸。

　　該感測器除可用於商用卡車柴油發動機外，還可用於大型SUV和皮卡車等輕型車柴油發動機以及工業用柴油發動機等。