（热动1001班，李发凯，1003100712）
前言
1882年德国人狄赛尔（Rudolf Diesel）提出了柴油机工作原理， 1896年制成了第一台四冲程柴油机。一百连年来，柴油机技术得以全面的进展，应用领域起来越普遍。大量研究功效说明，柴油机是目前被产业化应用的各类动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型。装备了最先进技术的柴油机，升功率可达到30～50kWh/L，扭矩储蓄系数可达到0.35以上，最低燃油耗可达到198g/kWh，标定功率油耗可达到204g/kWh；柴油机被普遍应用于船舶动力、发电、浇灌、车辆动力等广漠的领域，尤其在车用动力方面的优势最为明显。全世界车用动力"柴油化"趋势业已形成。在美国、日本和欧洲100%的重型汽车利用柴油机为动力。在欧洲，90%的商用车及33%的轿车为柴油车。在美国，90%的商用车为柴油车。在日本，38%的商用车为柴油车，9.2%的轿车为柴油车。据专家预测，在尔后20年，乃至更长的时刻内柴油机将成为世界车用动力的主流。世界汽车工业发达国家政府对柴油机进展也给予了高度重视，从税收、燃料供给等方面采取方法增进柴油机的普及与进展。
在美国、日本和欧洲100%的重型汽车利用柴油机为动力。在欧洲，90%的商用车及33%的轿车为柴油车。在美国，90%的商用车为柴油车。在日本，38%的商用车为柴抽车，9.2%的轿车为柴油车。据专家预侧，在尔后20年，乃至更长的时刻内柴油机将成为世界车用动力的主流。世界汽车工业发达国家政府对柴油机进展也给予了高度重视，从税收、燃料供给等方面采取方法增进柴油机的普及与进展。
一、国外柴油机技术的现状与进展 现代的调整高性能柴油机由于热效率比汽油机高、污染物排放比汽油机少， 作为汽车动力应用日趋普遍。西欧国家不但载货汽车和客车利用柴油发动机，而且轿车采纳柴油机的比例也相当大。最近， 美国联邦政府能源部和以美国三大汽车公司为代表的美国汽车研究所理事会正在开发新一代经济型轿车一样将柴油机作为动力配置。通过量年的研究、大量新技术的应用，柴油机最大的问题烟度和噪声取得重大冲破，达到了汽油机的水平。 下面是国外柴油机应用的一些先进技术： （一）共轨与四气门技术 国外柴油机目前一样采纳共轨新技术、四气门技术和涡轮增压中冷技术相结合， 使发动机在性能和排放限值方面取得较好的成效，能知足欧3排放限值法规的要求。每一个汽缸盖拥有四个气门，大大提高了空气进出入汽缸的效率。这意味不论发动机在任何转速下您都能享受到车辆卓越的性能, 平稳的运行和意想不到的低油耗。通过将每一个汽缸的换 气单元分为两个进气门和两个排气门，四气门技术确保发动性能够吸入更多新鲜空气，更快地排出废气，进而提高车辆的输出功率和扭矩。四个气门在气缸盖周围的位置和燃烧室本身的形状的设计，都尽可能地考虑到燃油效率，由此带来了燃油效率的显著改良。配备直喷系统的柴油发动机也从四气门技术中受益，因为在气缸盖周围配置四个气门使得燃油喷射嘴能够垂直定位在中心，如此活塞碗也位于中央，确保燃烧室内的喷雾对称，而这正是高效燃烧的重要前提。四气门结构（二进气二排气）不仅能够提高充气效率，更由于喷油嘴能够居中布置， 使多孔油束均匀散布，可为燃油和空气的良好混合制造条件；同时，能够在四气门缸盖上将进气道设计成两个独立的具有为同形状的结构，以实现可变涡流。 这些因素的和谐配合，可大大提高混合气的形成质量（品质），有效降低碳烟颗粒、HC 和 NOX 排放并提高热效率。 （二）高压喷射和电控喷射技术 高压喷射和电控喷射技术是目前国外降低柴油机排放的重要方法之一， 高压喷射和电控喷射技术的有效采纳，可使燃油充分雾化，各缸的燃油和空气混合达到最正确，从而降低排放，提高整机（车）性能。
电控高压共轨燃油喷射技术（CRDi）能够解读为“高压”、“共轨”和“电控”三个方面，“高压”确实是指在由高压油泵、公共供油管道和喷油器等部件组成的封锁系统里，喷射压力的
产生和喷射进程彼此完全分开，发动机在任何工况下都能取得较高的燃油喷射压力，一样那个压力能达到1600bar以上；“共轨”确实是指发动机的各喷油器燃油由公共供油管道提供，确保了各个喷油器燃油压力的一致，幸免了喷油器各自供油产生的振动，使发动机运转更为平顺；“电控”确实是指通过ECU精准操纵喷油器电磁阀开启时刻、持续时刻从而操纵喷射提早角、燃油喷射量，确保了以最小的燃油消耗取得最理想的动力输出。 （三）增压中冷技术
增压可使柴油机在排量不变，重量增加不大的情形下达到增加输出功率的目的。与相同功率的非增压柴油机相较，增压柴油机不仅体积小，重量轻，功率大，而且还降低了单位功率的本钱。因此，增压技术不仅普遍应用在柴油机上，而且还推行到汽油机，是改善内燃发动机的重要技术手腕。可是事物总有矛盾性，空气压力的提高确实是空气密度的提高，空气密度的提高必然会使空气温度也同时增高，这犹如给轮胎打气时泵会发烧一样。发动机涡轮增压器的出风口温度也会随着压力增大而升高，温度提高反过来会限制空气密度的提高，要进一步提高空气密度就要降低增压空气的温度。据实验显示，在相同的空燃比条件下，增压空气温度每下降10摄氏度，柴油机功率能提高3%－5%，还能降低排放中的氮氧化合物（NOx），改善发动机的低速性能。因此，也就产生了中间冷却技术。 化学镀镍磷合金柴油
机中间冷却技术的类型分两种，一种是利用柴油机的循环冷却水对中冷器进行冷却，另一种是利用散热器冷却，也确实是用外界空气冷却。当利用冷却水冷却时，需要添置一个独立循环水的辅助系统才能达到较好的冷却成效，这种方式本钱较高而且机构复杂。因此，汽车柴油机多数采纳空气冷却式中冷器。 空气冷却式中冷器利用管道将压缩空气通到一个散热器中，利用风扇提供的冷却空气强行冷却。空气冷却式中冷器能够安装在发动机水箱的前面、隔壁或另外安装在一个独立的位置上，它的波形铝制散热片和管道与发动机水箱结构相似，热传导效率高，可将增压空气的温度冷却到50至60摄氏度。 中间冷却技术不是一项简单的技术，过热无成效白搭功夫，过冷在进气管中形成冷凝水会弄巧成拙。因此要将中冷器和涡轮增压器进行精准的匹配，使得紧缩空气达到要求的冷却温度。 采纳涡轮增压增加柴油机的空气量，提高燃烧的过量空气因数是降低大负荷工况排气烟度、 PM 排放量和燃油消耗的有效方法。有效的空——空中冷系统，可使增压空气温度下降到50℃以下，工作循环温度的下降有助于NOX的低排放和PM的下降，故目前重型车用柴油机都普遍是增压中冷型，不仅有助于低排放而且燃油经济性良好。另外，涡轮前排气旁通阀的应用，不仅能降低PM和CO排放， 还能够改善涡轮增压柴油机的瞬态性能和低速扭矩。 （四）排气再循环（EGR）技术的应用
发动机的有害排放物是造成大气污染的一个要紧来源，随着环境爱惜问题的重要性日趋增加，降低发动机有害排放物这一目标成为现今世界上发动机进展的一个重要方向。随着世界石油制品的消耗量逐年上升，国际油价居高不下，柴油车的经济性日渐突出,这使得柴油机在车用动力中占据着愈来愈重要的地位。因此开展柴油机有害排放物操纵方式的研究，是从事柴油机设计者的首要任务。本文在那个地址简述降低有害排放物的操纵技术中的一种-----废气再循环系统。
废气再循环系统(Exhaust Gas Recirculation)简称EGR，是将柴油机产生的废气的一小部份再送回气缸。再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧进程，也确实是说燃烧速度将会放慢从而致使燃烧室中的压力形成进程放慢，这确实是氮氧化合物会减少的要紧缘故。另外，提高废气再循环率会使总的废气流量(mass flow) 减少，因此废气排放中总的污染物输出量将会相对减少。EGR系统的任务确实是使废气的再循环量在每一个工作点都达到最正确状况，从而使燃烧进程始终处于最理想的情形，最终保证排放物中的污染成份最低。由于废气再循环量的改变会对不同的污染成份可能产生截然相反的阻碍，因此所谓的最正确状况往往是一种折衷的，使相关污染物总的排放达到最正确的方案。例如说，尽管提高废气再循环率对减少氮氧化物（NOx）的排放有踊跃的阻碍, 但同时这也会对颗粒物和其他污
染成份的增加产生消极的阻碍。 EGR 是目前发达国家先进内燃机中普遍采纳的技术，其工作原理是将少量废气引入气缸内， 这种不可再燃烧的 CO2 及水蒸汽废气的热容量较大，能使燃烧进程的着火延迟期增加，燃烧速度变慢， 缸内最高燃烧温度下降，破坏 NOX 的生成条件。EGR技术可使机动车NOX排放明显降低，但对重型车用柴油机而言，目前偏向于利用中冷EGR技术，因为其不仅能明显降低NOX， 还能维持其他污染物的低水平。 （五）后处置技术
柴油机的要紧排放物是NOx和颗粒物。关于乘用车柴油机来讲，NOx排放要紧通过推延喷油时刻，提高冷却EGR比例来降低，但同时会增加颗粒物排放，通常采纳柴油颗粒捕集器(diesel particulate Filter，DPF)来排除，转换效率能够达到90 %以上。DPF面临的核心问题是捕集器的再生，在全工况范围内实现再生具有相当大的难度。另外，燃油中的含硫量对DPF有明显的阻碍，硫燃烧后转化为硫酸盐，会致使有贵金属涂层的颗粒物后处置系统被钝化，转换效率急剧下降。因此装备DPF系统的发动机对燃油的硫含量的操纵比较苛刻(要求含硫量低于50 ppm(1 ppm=10-6)。总结现代柴油机的先进技术,能够说,当前国际先进水平的乘用车柴油机大多数均采纳电控高压喷射+多孔数小孔径喷孔喷油器+四气门+浅盆型缩口X燃烧室+涡轮增压+(冷却)EGR+排气后处置系统的技术组合。
柴油机后处置的目标是进一步改善PM和NOX的排放。 目前要紧采纳加装氧化型催化转化器和研究开发 NOX 催化转化器和具有良好再生能力的微粒捕集器。 （六）柴油 柴油的生产和贮存条件，是保证柴油发动机（车）正常运转延长利用寿命和维持低排放的重要保证。 例如瑞典的一级柴油利用中可减少CO排放达54%，HC 和 NOX 排放达10%，PM 排放减少14%～47%。 发达国家已普遍利用燃料清净剂，既能节省燃料，又能清除积碳、降低排放。 塑料口罩（七）乳化柴油的应用 柴油加水掺合乳化剂，使其形成较为稳固的含水乳化柴油， 这种改良型燃料的利用可明显降低柴油机（车）的排放，尤其是NOX和PM。目前美国报导这方面进展较多，我国也在这方面进行研究，且已取得可喜进展。加水20%乳化柴油（70天不分层），在大型柴油机上100%负载工况下，功率不减，节油明显，动力输出比柴油上升4.3%，且烟度和NOX排放下降明显。但是，尽管这项技术对低排放有益处，但其潜在的问题如水结冰、 水对发动机的侵蚀等问题尚待解决。 （八）降低机油消耗 柴油机排放的颗粒物中，有相当一部份来自馏分较重的机油的燃烧。 为了知足日趋严格的柴油机（车）排放限值标准的要求，必需把来自机油的燃烧降至最低限度，即在保证发动机正常运转的前提下，最大限度地减少机油的消耗。为了降低柴油机的机油消耗， 活塞环的优化设计和制造及缸套间的科学配置超级重要。简易淋浴器二、我国柴油机产业的现状与进展 中国现有
的车用柴油机绝大多数采纳传统的柴油机技术,与现今世界上普遍应用的现代柴油机技术有专门大的差距。技术水平相当于20世纪90年代前的国际水平,部份柴油车比如农用柴油机的技术水平乃至还达不到。柴油车仍普遍冒黑烟,有明显的噪音和振动。从我国柴油机燃油经济性与国际先进水平之间的差距即可见一斑。以整车整备质量大于1 090 kg而小于1 205 kg的乘用车为例,我国燃油消耗量第一时期限值是8. 9 L/100 km,第二时期限值是8. 1 L/100 km,而日本2002年的油耗量水平是在7. 2 L/100 km, 2020年标准定为6. 9 L/100 km,我国第二时期限值相较日本2002年的油耗水平还高了12. 5%,比日本2020年标准高了17. 4%。
119b目前实现柴油机乘用车节能减排的核心先进技术仍然被国外公司高度垄断。近10年来国内大体上是通过产业引进和国外公司联合开发等方式来取得先进技术。昆明云内动力股分、玉林柴油机厂和长城汽车等单位陆续开发出知足国3、国4排放标准的乘用车柴油机,但尚未实现批量化生产。在燃烧技术方面,天津大学、上海交通大学等在新型燃烧系统领域已经取得必然的功效,但目前国内在乘用车柴油机燃烧系统开发方面尚未成熟的应用。而在柴油机治理系统(engine manage-ment system,EMS)、电控高压共轨燃油喷射系统等关键零部件技术方面,国内一些高校如北京理工大学、清华大学、上海交通大学等也在踊跃开展研究工作,有的已经取得时期性功效。无锡油泵油嘴研究所在电控高压共轨喷射技术方面已经取得
相当的功效。目前这些功效没有产业化,而且实验应用对象尚未轿车柴油机。
我国企业和研究单位在柴油动力的开发进程中，由于没有把握如高效清洁燃烧技术、电控高压燃油喷射技术、柴油机电控治理技术、柴油机及整车标定等关键技术，只能花费昂贵的代价以技术合作的方式向国外企业购买，而通过这种方式取得的技术存在很多问题。一方面,外方提供的技术往往不是最新技术，等到技术被消化时已经不具有先进性；另一方面，由于不把握核心技术，使得引进的技术不具有继承性和成长性，行业产品陷入掉队，引进，再掉队，再引进的怪圈。因此，国内乘用车动力行业亟需加速柴油动力的创新进展，开发出具有自主知识产权的乘用车柴油机技术，缩短与国际先进水平的差距，以知足国民经济进展的需要。
我国柴油机产业自20世纪80年代以来有了较快的进展， 随着一批先进机型和技术的引进，我国柴油机整体技术水平已经达到国外80年代末90年代初水平，一些国外柴油机近几年开始采纳的排放操纵技术在少数国产柴油机上也有应用。 最新开发投产的柴油机产品的排放水平已经达到欧1排放限值要求，一些乃至能够达到欧2排放限值要求。 但我国柴油机产业的整体进展仍然面临着许多问题。 （一）我国重型柴油车的产量在逐年增加，中型、轻型
车柴油化步伐也在加速，但在微型汽车、轿车领域，柴油车所占比例仍为零。而另一方面，我国中型柴油机市场已呈现供大于求，轻型柴油机市场也趋向饱和，但骨干企业正在生产的多数产品从技术角度已应是淘汰产品，进展潜力不大。 （二）柴油机行业投入不足，严峻制约了生产工艺水平、规模进展和自主开发能力的提高。 此刻，我国柴油机技术基础薄弱，整体技术水平掉队于国际先进水平10至20年，也掉队于国内车用汽油机的进展，还不具有完整的全新柴油机产品和关键零部件开发能力。 许多国外已经普遍采纳的技术在我国仍处于研究时期，有些乃至仍是空白。 （三）铸铁工艺我国柴油机技术的掉队、产品质量差和车辆利用中维修保养方法不力，致使低性能、高排放柴油车在利用中对城市环境和大气质量造成不良阻碍，使社会产生"厌柴"心理。 （四）柴油品质差、柴油标准的制修订严峻滞后于汽车工业进展的需要，对柴油机技术的进展和各类新技术、 改善柴油机排放方法的应用造成障碍。 有关专家近日指出，应慢慢减少行政干与，增强宏观调控。 不同类型的车辆均应以知足法规作为统一标准，鼓舞和支持技术先进柴油车的利用； 做好车用柴油机进展的全面计划，有步骤、有打算地解决技术水平掉队、产品不全、"缺重少轿"等问题， 从而提高柴油机的产品质量；加大对柴油机的科技投入，开展重点科技项目的攻关工作； 尽快成立和完善排放及能源法规；尽快实施燃油税，汽油和柴油的燃油税应同时实施，
对高品质的燃油实行税收优惠政策；采取切实可行的方法以提高车用柴油的品质， 并尽快制定车用柴油标准。 科技部、中国内燃机、中国汽车工程学会、公共汽车公司和国内柴油机生产企业等国内外知名汽车专家们呼吁：应当用一分为二的观点来看待各类车用动力的进展，以完善的法规、科学的政策引导车辆的利用， 以是不是知足标准限值作为衡量一个产品可否在市场销售的唯一标准，有效发挥各类车用动力形式在不同运输环境中的作用。我国柴油机技术的攻关重点应放在电控技术、排放后处置技术、整机开发和匹配技术等关键技术研究和材料开发上；提高柴油品质，为各类柴油机新技术的应用奠定基础；把高速公路利用8吨以上柴油载货车作为我国柴油车进展的重点， 并为进展柴油轿车做好前期预备。
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