在人們的印象中,柴油機都是傻大黑粗,技術落後,除了動力強勁之外一無是處。其實現代的柴油機随着現代科技的發展,也搭載了越來越多的先進技術,讓柴油機的動力性、經濟性越來越突出,而且噪音和排放控制得越來越好。當今先進的柴油機,是一種集冶金、材料、加工、自動控制、傳感器、化工為一體的高科技産品。下面老侯就來給大家說說現代柴油機上的先進技術有哪些。
1、發動機材質與鑄造:材料永遠是現代工業的第一王牌。傳統的柴油機一般使用灰鑄鐵鑄造,現代的柴油機為了滿足高強度和輕量化,越來越多地使用蠕墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵中的石墨呈蠕蟲狀,兼具球墨鑄鐵的高強度和灰鑄鐵的鑄造特性,性能優異。在某些乘用車上使用的小型柴油機也可以使用鋁合金鑄造。鑄造技術也越來越先進,通常使用壓力鑄造、半固态鑄造等措施,可以大幅提高零件的尺寸精度、縮短凝固時間、提升零部件強度,部分鑄造零部件強度接近于鍛造。在氣缸體型式上,一般采用整體式氣缸蓋、龍門式曲軸箱,可以大幅度地提升氣缸的剛性。
2、低摩擦、高強度活塞與活塞環:常規的柴油機活塞使用鋁合金鑄造,也有少量的柴油機采用鑄鐵活塞。為了保證強度大多采用全裙式拖闆。現代的柴油機可以使用鍛造半拖闆式活塞,減輕活塞的重量。同時在活塞表面上塗覆一個特殊的塗層,可以大幅度降低活塞與氣缸壁之間的摩擦,并降低拉缸風險。活塞環通常采用梯形環或者扭曲環,表面鍍鉻,強度更高、更耐磨,而摩擦系數卻比較小,密封性更強。同時在活塞上有專門的冷卻油道,采用機油噴油冷卻,并在第一道氣環處澆鑄導熱層,加強活塞的散熱與潤滑。
3、高強度曲軸:現代柴油機一般使用整體式鑄造曲軸,材質為球墨鑄鐵或者鑄鋼。随着現代機械加工技術的進步,曲軸的加工精度越來越高,甚至可以控制到微米級。曲軸的軸頸表面通常使用氮化技術,以增強表面硬度,提高耐磨性能,提高曲軸的抗疲勞強度。
4、鍛造連杆與連杆漲斷技術:現代的柴油機越來越多地使用鍛造連杆,并采用噴丸強化技術,可以大幅度提高連杆的強度、剛度以及抗疲勞強度。同時在連杆大頭端定位,越來越多地使用漲斷技術,安裝後的連杆大頭更接近于真園,連杆定位更精準,可以有效避免曲軸偏磨和活塞偏缸。
5、先進的進氣與燃燒技術:現代的柴油機為了讓更多的空氣進入燃燒室,通常都使用渦輪增壓、進氣中冷、多氣門(四氣門)技術,可以把柴油機的功率和扭矩提升30%以上。部分乘用車柴油機還采用可變進氣正時、可變氣門升程、可變截面渦輪增壓器、雙增壓器等技術,有效提升充氣系數。現代柴油機大多采用ω型燃燒室,較小的面容比,中置噴油器,進氣可以形成更強勁的進氣渦流,燃燒更加穩定、柔和、充分,有利于提升柴油機的動力性能和排放水平。
6、電控燃油噴射技術:現代柴油機大多使用電控燃油噴射技術,它是通過采集各種傳感器的信号,比如進氣流量、進氣壓力、燃油溫度、水溫、曲軸位置、噴油壓力等參數,通過微電腦來對噴油量、噴油規律、噴油時刻進行控制的技術。當今電控燃油噴射技術主要包括電控高壓共軌、電控泵噴嘴、電控單體泵等,其中以高壓共軌技術最先進。其中的噴油器是該技術的核心零部件,噴射壓力高達2500bar,并且可以實現預噴射、主噴射、後噴射等多次噴射。常規的噴油器使用電磁閥控制,現在更先進的噴油器采用壓電晶體替代電磁閥,噴油器的反應時間提高了一倍,實現了噴油曲線的自由控制,最新一代的壓電晶體噴油器能對燃油進行二次加壓,使噴油壓力能提高到3000bar以上。
7、先進的尾氣處理技術:柴油機的尾氣中還有較高的氮氧化物和顆粒物,對大氣的污染比較嚴重。現代柴油機大多使用廢氣再循環技術,将燃燒後廢氣的一部分(10%左右)返回燃燒室參與燃燒,這樣可以降低燃燒溫度,降低氮氧化物排放。還采用了低壓縮比技術,可以降低氮氧化物的生成。同時還使用了更先進的尾氣處理技術,包括顆粒捕捉器(DPF)和還原催化器(SCR)來降低氮氧化物的排放。所謂的“最貴排氣管”就是從這兒來的。
8、先進的潤滑技術:現代柴油機采用更先進的潤滑技術,比如集成式機油模塊、機油水冷、轉子機油泵、活塞噴射潤滑與冷卻等,保證柴油機高速、高負荷工況下的潤滑需求。同時現代柴油機越來越多的使用長效機油,換油周期甚至超過十萬公裡,極大的降低了保養費用,縮短了保養時間。
9、先進的冷卻技術:柴油機的散熱與熱管理是非常重要的,也是發動機設計中的一個難題。現代柴油機一般使用強制循環水冷卻系統,合理設計發動機氣缸體水道,可以讓冷卻液均勻地流過發動機每一個角落,讓散熱更均衡,避免了老式柴油機部分氣缸冷卻不足的缺陷。現代柴油機大多使用免維護水泵,樹脂葉輪,碳化矽密封圈,葉輪重量更輕、更耐腐蝕,防滲漏能力更強,使用壽命大大延長。為了避免冷卻液腐蝕發動機,一般都使用專用防凍液,不允許用普通防凍液替代。同時采用電控矽油風扇離合器,可以更精準地控制風扇的轉速,讓發動機盡快升溫,并保證高負荷時的冷卻強度。
10、排氣制動技術:現代柴油機一般都有排氣制動技術,就是在氣門上安裝一套電控裝置,可以在汽車滑行時控制氣門的開啟與關閉,以發動機制動來輔助行車制動,降低行車制動的負荷。
11、先進的螺栓連接技術:現代的柴油機工作壓力大,負荷高,對零部件的連接強度提出了更高的要求。柴油機絕大多數零部件采用螺栓連接,一般采用高強度螺栓,擠壓成型的螺栓孔,連接更可靠,防松動能力更強。對于氣缸蓋螺栓、曲軸連杆螺栓、飛輪螺栓等重要部位,一般采用高屈服強度螺栓,直接扭緊到螺栓的屈服點,最大程度保證連接強度。這種螺栓需要用規定的扭緊方式,并且螺栓是一次性的,不允許重複使用。
12、先進的密封技術:老式柴油機漏油是非常普遍的現象,現代的柴油機漏油現象大大減少,主要歸功于先進的密封技術以及更精密的加工技術。曲軸的前、後油封,越來越多地使用 PTFE(含聚四氟乙烯高分子化學材料),密封性、抗高低溫性能、耐腐蝕、耐老化性能更強,使用壽命更長。在各密封面,由于精密的機加工技術,平面度非常高,一般使用普通的厭氧密封膠就可以實現良好的密封,不再采用密封墊結構。
13、先進的啟動技術:現代柴油機不論是冷啟動能力還是熱啟動能力都非常強,幾乎都可以做到“點火就着”。這是因為現代柴油機有一套先進的啟動技術。首先是有一個大功率的起動機,保證柴油機有足夠的啟動轉速;其次是有先進的啟動控制邏輯,在啟動階段的噴油正時、噴油量等控制更精準;最後就是有火焰預熱啟動系統,可以在氣溫較低時加熱進入燃燒室的空氣,讓冷啟動更容易。
14、先進的技術參數:現代柴油機的技術參數,與傳統柴油機簡直是天地之差。現代十升左右排量的柴油機,最大功率一般都在400馬力以上,最高可以超過600馬力,最大扭矩超過1800牛米,發動機經濟轉速比較低,一般在1100~1400轉/分鐘之間。現代柴油機的燃油經濟性也非常好,燃油消耗率一般在190~210 g/kw.h之間。作為對比,汽油機的燃油消耗率一般在230~260 g/kw.h之間,所以柴油機的燃油經濟性是優于汽油機的。
所以,現代的柴油機并不是我們傳統印象中的那麼粗鄙不堪,而是一款高科技的産物。現今世界上比較先進的車用柴油機有德國的道依茨、曼、奔馳,美國的康明斯、卡特皮勒,日本的五十鈴、三菱等。中國裝機量比較大的柴油機是濰柴、玉柴、錫柴、康明斯等,這幾款發動機都有各自的優勢,搭載在不同的車型上。不過,現代柴油機的核心技術我們并沒有掌握,比如電控燃油噴射系統,電控單元、噴油器、傳感器等,基本被德國博世公司壟斷。對此我隻想說:革命尚未成功,我輩仍需努力!
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