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柴油发动机的发展与展望
柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机。它是由德国发明家鲁道夫·狄塞尔(Rudolf Diesel)于1892年发明的,为了纪念这位发明家,柴油就是用他的姓Diesel来表示,而柴油发动机也称为狄塞尔发动机(Diesel engine)。
简介
特点
柴油发动机的优点是扭矩大、经济性能好。柴油发动机的工作过程与汽油发动机有许多相同的地方,每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个冲程。但由于柴油机用的燃料是柴油,它的粘度比汽油大,不容易蒸发,而其自燃温度却比汽油低,因此,可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。不同之处主要有,柴油发动机的气缸中的混合气是压燃的,而非点燃的。柴油发动机工作时,进入气缸的是空气,气缸中的空气压缩到终点的时候,温度可以达到500-700℃,压力可以达到40—50个大气压。活塞接近上止点时,供油系统的喷油嘴以极高的压力在极短的时间内向气缸燃烧室喷射燃油,柴油形成细微的油粒,与高压高温的空气混合,可燃混合气自行燃烧,猛烈膨胀产生爆发力,推动活塞下行做功,此时温度可达1900-2000℃,压力可达60-100个大气压,产生的扭矩很大,所以柴油发动机广泛的应用于大型柴油设备上。
传统柴油发动机的特点:热效率和经济性较好,柴油机采用压缩空气的办法来提高空气温度,使空气温度超过柴油的自燃点,这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。因此,柴油发动机无需点火系统。同时,柴油机的供油系统也相对简单,因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要,柴油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机,同时在相同功率的情况下,柴油机的扭矩大,最大功率时的转速低,适合于载货汽车的使用。
但柴油机由于工作压力大,要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度,所以柴油机比较笨重,体积较大;柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高,所以成本较高;另外,柴油机工作粗暴,振动噪声大;柴油不易蒸发,冬季冷车时起动困难。由于上述特点,以前柴油发动机一般用于大、中型载重货车上。传统上,
柴油发动机由于比较笨重,升功率指标不如汽油机(转速较低),噪声、振动较高,炭烟与颗粒(PM)排放比较严重,所以一直以来很少受到轿车的青睐。特别是小型高速柴油发动机的新发展,一批先进的技术,例如电控直喷、共轨、涡轮增压、中冷等技术得以在小型柴油发动机上应用,使原来柴油发动机存在的缺点得到了较好的解决,而柴油机在节能与CO2排放方面的优势,则是包括汽油机在内的所有热力发动机无法取代的,成为“绿色发动机”,
发明者
柴油用英文表示为Diesel,这是为了纪念柴油发动机的发明者――鲁道夫·狄塞尔(RudolfDiesel).狄塞尔生于1858年,德国人,毕业于慕尼黑工业大学。1879年,狄塞尔大学毕业,当上了一名冷藏专业工程师。在工作中狄塞尔深感当时的蒸气机效率极低,萌发了设计新型发动机的念头。在积蓄了一些资金后,狄塞尔辞去了制冷工程师的职务,自己开办了一家发动机实验室。针对蒸汽机效率低的弱点,狄塞尔专注于开发高效率的内燃机。19世纪末,石油产品在欧洲极为罕见,于是狄塞尔决定选用植物油来解决机器的燃料问题(他用于实验的是花生油)。因为植物油点火性能不佳,无法套用奥托内燃机的结构。狄塞尔决定另起炉灶,提高内燃机的压缩比,利用压缩产生的高温高压点燃油料。后来,这种压燃式发动机循环便被称为狄塞尔循环。像所有伟大的发明家一样,狄塞尔的前进道路上困难重重。实验证明,植物油燃烧不稳定,成本也太高,难以承担狄塞尔的“重任”。好在当时石油制品在欧洲逐渐普及,狄塞尔选择了本来用于取暖的重馏分燃油———柴油作为机器的燃料。压燃式发动机的结构强度始终是个难题。一次实验中,汽缸上的零件象炮弹碎片一样四处飞散,差点儿造***员伤亡。实验不顺利,狄塞尔的资金也渐渐耗尽。他不得不回到制冷机工厂谋生。但狄塞尔没有向困难屈服,他利用业余时间继续实验,一步步完善自己的机器。
1892年,狄塞尔终于研发出一台实用的柴油动力压燃式发动机。这种发动机扭矩大,油耗低,可使用劣质燃油,显示出辉煌的发展前景。狄塞尔随即投入到柴油机生产的商业冒险中。不幸的是,作为优秀的工程师,狄塞尔缺乏商业头脑。他在经济上渐渐陷入困境。1913年狄塞尔已处于破产的边缘。但狄塞尔发明的柴油机,在汽车、
船舶和整个工业领域得到越来越广泛的发展。
1976年,德国大众首先在高尔夫轿车上采用柴油发动机;1989年,德国大众高尔夫柴油车获得“低排放车”的称号。同年大众从Fiat的研发机构获得部分技术,制造出第一台带有增压、直喷技术的5缸发动机R5 TDI,这台发动机被放在奥迪100车型上试用。1990年,德国大众正式推出增压、直喷系列柴油机TDI,从此德国大