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未来趋势 影响柴油发动机效率的4项技术

未来趋势 影响柴油发动机效率的4项技术

中国工程机械信息

发动机制造商都在不断寻求提高生产率，提高可靠性和降低运营成本的技术和方法，同时还能满足严格的排放法规。美国环保署的Tier 4提出了一个史无前例的高要求，作为柴油发动机生产企业的我们不禁要提示问：“下一步怎么做？”

目前，柴油发动机的热效率大约是40％到45％，美国能源署（DOE）设定了55％的目标，到2020年年末，这一目标将有可能实现，新技术不仅提高了柴油发动机的工作效率，而且还能够商业化。Ricardo的技术专家称（Ricardo：英国人里卡多爵士创办的一家工程咨询公司，译者注）：关于这个问题，有以下四点技术，有可能在未来会影响到柴油发动机的热效率。

传统的柴油发动机​

1、发动机小型化

小型化指降低发动机的排量，但是输出功率不变。排量降低的目标是超过10％，换算成提高燃油效率提高1％至4％，小型化发动机更适合应用于较小的非公路设备上，在某些设备中，降速控制也是一种可能，以实现效率的提高。例如，只要把发动机的转速下降200转，就可能带来1％至3％的燃料经济性的改善。

增加缸压是另一个可行的做法，但这要求燃料的压缩比将同步提高，且缸体缸盖的强度也将临夏增大。目前，技术研究方向已经超向新材料的方向而努力，石墨铸铁（Compacted graphite）是一种较新的材料，可以提供较强的受压能力，和较轻的重量。

第三个研究方向是缸内的燃料喷射和空气混合。燃料压力不断增加，改善燃料输送和燃烧电镀阳极，这会带来更高的性能和减少排放。

为了提高燃烧效率，缸内的活塞设计也被重新提上日程。例如Ricardo's Twin Vortex Combust酒店床ion System (TVC无气泡S)，这技术的核心是燃料喷射分为上下部燃烧，以更好地管理空燃比，减少烟尘。这会带来较低的发动机排放和更好的燃料效率。

2、余热回收

废热转换和余热回收是另外的一个研究方向。大约50％有机蔬菜的发动机产生的能量是废热，而这其中又有一半的热能被浪费（即总能量的25%）。从这个角度来看，余热回收可利用的空间极大。

目前能量回收有两个主要的方法：直接和间接。直接法通过使用热电发电机（TEG）把废热转换为电能。TEG的工作原理是：暴露于高温中的不同金属之间产生电压，这类似于一个热电偶会产生电能。最终，TEG所产生的电力可以作用于发动机曲轴，从而弥补发动机内部机械传动消耗的动力，如还有多余的电力可以储存起来用于他处。

间接方法利最常见的是兰金循环，原理是使用废热来产生蒸汽，再利用蒸汽带来的动能发电，预计到2020年，这种装置将提高燃油效率超过7.5％。

这些技术达到商业化的两个最大挑战是提高效率和降低成本。眼下，热电发生器的工作成本约为 3,000 /千瓦，但目标是 1,000 /千瓦（译者注：这些都是美元，换算成人民币为18000元人民币/千瓦和6000元人民币/千瓦）此外，该系统的效率还取决于发动机的工作循环（排气温度）。虽然如此，技术人员仍在积极的寻求解决方案，用较低的材料和成本、体积来实现热电转换。

3、可变气门技术

可变气门驱动（VVA）是一个类似于汽车发尼龙板的发展趋势①高强度高刚性尼龙的市场需求量愈来愈大动机上的技术，更多的应用于大型柴油发动机上。与其那就是有害生物载体的特性他技术如断缸比，可变气门技术可以更轻易的实现增大燃油效率，提高低转速下的扭矩输出。目前，这一技术正在被重点研究。

4、闭环燃烧控制

闭环燃烧控制的概念是实时监控整个燃烧的过程。这要求从燃料注入就开始控制，包括燃料注入的策略，缸内压力的调整等。有数据表明：闭环控制可以比传统意义上的开环控制提高2%-4%的燃烧效率。

然而，闭环控制带来的是系统复杂性的增加，这会带来稳定性的隐患，例如传感器必须深入到气缸内部去探查压力和温度，还必须能够快速的处理数据，这还意味着成本的增加。不过，闭环控制技术已经在汽车发动机上很好的证明其效果，因此，未来，重型柴油发动机技术方向上，这势必也是一个无法绕过的方向。

影响柴油发动机效率的四个研究方向​

以上这些技术，只是在日趋严苛的排放法规下催生出来的一系列技术，未来，相信全球排放要求会越来越严苛，柴油发动机的燃烧效率无论到何时都是一个技术方向，所以在不远的未来，柴油发动机的燃烧效率定会越来越高。