濰柴華豐ZH4100G43鉆機(jī)鉆井機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是扭矩大、經(jīng)濟(jì)性能好。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)有許多相同的地方，每個(gè)工作循環(huán)也經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程。但由于柴油機(jī)用的燃料是柴油，它的粘度比汽油大，不容易蒸發(fā)，而其自燃溫度卻比汽油低，因此，可燃混合氣的形成及點(diǎn)火方式都與汽油機(jī)不同。不同之處主要有，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中的混合氣是壓燃的，而非點(diǎn)燃的。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，進(jìn)入氣缸的是空氣，氣缸中的空氣壓縮到終點(diǎn)的時(shí)候，溫度可以達(dá)到500-700℃，壓力可以達(dá)到40—50個(gè)大氣壓。活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，供油系統(tǒng)的噴油嘴以極高的壓力在極短的時(shí)間內(nèi)向氣缸燃燒室噴射燃油，柴油形成細(xì)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(chǎn)生爆發(fā)力，推動(dòng)活塞下行做功，此時(shí)溫度可達(dá)1900-2000℃，壓力可達(dá)60-100個(gè)大氣壓，產(chǎn)生的扭矩很大，所以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛的應(yīng)用于大型柴油設(shè)備上。
傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：熱效率和經(jīng)濟(jì)性較好，柴油機(jī)采用壓縮空氣的辦法來(lái)提高空氣溫度，使空氣溫度超過(guò)柴油的自燃點(diǎn)，這時(shí)再?lài)娙氩裼汀⒉裼蛧婌F和空氣混合的同時(shí)自己點(diǎn)火燃燒。因此，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)需點(diǎn)火系統(tǒng)。同時(shí)，柴油機(jī)的供油系統(tǒng)也相對(duì)簡(jiǎn)單，因此柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性要比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的好。由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油機(jī)壓縮比很高。熱效率和經(jīng)濟(jì)性都要好于汽油機(jī)，同時(shí)在相同功率的情況下，柴油機(jī)的扭矩大，最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速低，適合于載貨汽車(chē)的使用。
但柴油機(jī)由于工作壓力大，要求各有關(guān)零件具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，所以柴油機(jī)比較笨重，體積較大；柴油機(jī)的噴油泵與噴嘴制造精度要求高，所以成本較高；另外，柴油機(jī)工作粗暴，振動(dòng)噪聲大；柴油不易蒸發(fā)，冬季冷車(chē)時(shí)起動(dòng)困難。由于上述特點(diǎn)，以前柴油發(fā)動(dòng)機(jī)一般用于大、中型載重貨車(chē)上。傳統(tǒng)上，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)由于比較笨重，升功率指標(biāo)不如汽油機(jī)(轉(zhuǎn)速較低)，噪聲、振動(dòng)較高，炭煙與顆粒(PM)排放比較嚴(yán)重，所以一直以來(lái)很少受到轎車(chē)的青睞。特別是小型高速柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的新發(fā)展，一批先進(jìn)的技術(shù)，例如電控直噴、共軌、渦輪增壓、中冷等技術(shù)得以在小型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用，使原來(lái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)存在的缺點(diǎn)得到了較好的解決，而柴油機(jī)在節(jié)能與CO2排放方面的優(yōu)勢(shì)，則是包括汽油機(jī)在內(nèi)的所有熱力發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法取代的，成為“綠色發(fā)動(dòng)機(jī)”，
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用廣泛，處在所屬產(chǎn)業(yè)鏈的相對(duì)核心的位置。在過(guò)去十多年的發(fā)展中，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)業(yè)形成了一系列的配套企業(yè)，很多的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)更多充當(dāng)了總承裝配者的角色，而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的一些關(guān)鍵的零部件：曲柄連桿、活塞、氣缸套、凸輪已交由專(zhuān)業(yè)公司生產(chǎn)。專(zhuān)業(yè)化分工使得柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廠(chǎng)商能更加集中自身的優(yōu)勢(shì)，專(zhuān)注于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)的和制造。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于最終配套產(chǎn)品，比如大功率高速柴油機(jī)主要配套重型汽車(chē)、大型客車(chē)、工程機(jī)械、船舶、發(fā)電機(jī)組等。因此，柴油機(jī)行業(yè)的發(fā)展在很大程度上取決于相關(guān)終端產(chǎn)品市場(chǎng)情況。
在農(nóng)用柴油機(jī)領(lǐng)域，發(fā)展中國(guó)家的市場(chǎng)增長(zhǎng)將彌補(bǔ)發(fā)達(dá)國(guó)家的市場(chǎng)滑落，全球人口的快速增長(zhǎng)，以及老舊設(shè)備的更新?lián)Q代都對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械有較大需求，全球農(nóng)用柴油機(jī)市場(chǎng)將呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)是航空工業(yè)的核心細(xì)分子行業(yè)，未來(lái)發(fā)展前景非常廣闊。綜合以上對(duì)各領(lǐng)域的分析，我們認(rèn)為，全球柴油發(fā)動(dòng)機(jī)將保持8%的速度穩(wěn)步向前發(fā)展。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程其實(shí)跟汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣的，每個(gè)工作循環(huán)也經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程。
柴油機(jī)在進(jìn)氣行程中
吸入的是純空氣。在壓縮行程接近終了時(shí)，柴油經(jīng)噴油泵將油壓提高到10MPa以上，通過(guò)噴油器噴入氣缸，在很短時(shí)間內(nèi)與壓縮后的高溫空氣混合，形成可燃混合氣。由于柴油機(jī)壓縮比高（一般為16-22），所以壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)空氣壓力可達(dá)3.5-4.5MPa，同時(shí)溫度高達(dá)750-1000K（而汽油機(jī)在此時(shí)的混合氣壓力會(huì)為0.6-1.2MPa，溫度達(dá)600-700K），大大超過(guò)柴油的自燃溫度。因此柴油在噴入氣缸后，在很短時(shí)間內(nèi)與空氣混合后便立即自行發(fā)火燃燒。氣缸內(nèi)的氣壓急速上升到6-9MPa，溫度也升到2000-2500K。在高壓氣體推動(dòng)下，活塞向下運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)而作功，廢氣同樣經(jīng)排氣管排入大氣中。
普通柴油機(jī)的供油系統(tǒng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸驅(qū)動(dòng)，借助于高壓油泵將柴油輸送到各缸燃油室。這種供油方式要隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，做不到各種轉(zhuǎn)速下的最佳供油量。
共軌噴射式供油系統(tǒng)由高壓油泵、公共供油管、噴油器、電控單元（ECU）和一些管道壓力傳感器組成，系統(tǒng)中的每一個(gè)噴油器通過(guò)各自的高壓油管與公共供油管相連，公共供油管對(duì)噴油器起到液力蓄壓作用。工作時(shí)，高壓油泵以高壓將燃油輸送到公共供油管，高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成閉環(huán)工作，對(duì)公共供油管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制，徹底改變了供油壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的現(xiàn)象。其主要特點(diǎn)有以下三個(gè)方面：
1．噴油正時(shí)與燃油計(jì)量完全分開(kāi)，噴油壓力和噴油過(guò)程由ECU適時(shí)控制；
2．可依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況去調(diào)整各缸噴油壓力，噴油始點(diǎn)、持續(xù)時(shí)間，從而追求噴油的最佳控制點(diǎn)；
3．能實(shí)現(xiàn)很高的噴油壓力，并能實(shí)現(xiàn)柴油的預(yù)噴射。
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工作條件：柴油機(jī)工作時(shí)，內(nèi)部曲柄連桿機(jī)構(gòu)直接與高溫高壓氣體接觸，曲軸的旋轉(zhuǎn)速度又很高，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度相當(dāng)大，同時(shí)與可燃混合氣和燃燒廢氣接觸，曲柄連桿機(jī)構(gòu)還受到化學(xué)腐蝕作用，并且潤(rùn)滑困難?？梢?jiàn)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作條件相當(dāng)惡劣，它要承受高溫、高壓、高速和化學(xué)腐蝕作用。
組成：曲柄連桿機(jī)構(gòu)的主要零件可以分為三組，機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組。
功用：曲柄連桿機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)傳遞力和改變運(yùn)動(dòng)方式。工作中，曲柄連桿機(jī)構(gòu)在作功行程中把活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)外輸出動(dòng)力，而在其他三個(gè)行程中，即進(jìn)氣、壓縮、排氣行程中又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成活塞的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)?？偟膩?lái)說(shuō)曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)借以產(chǎn)生并傳遞動(dòng)力的機(jī)構(gòu)。通過(guò)它把燃料燃燒后發(fā)出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。
柴油機(jī)的負(fù)荷通常是指柴油機(jī)阻力矩的大小。由于平均有效壓力與扭矩成正比，所以常用平均有效壓力來(lái)表示負(fù)荷。柴油機(jī)的工況是由轉(zhuǎn)速和負(fù)荷共同決定的。所謂負(fù)荷特性是指柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，其他主要性能參數(shù)（燃油消耗率ge、耗油量Gf和排氣溫度tr等）隨負(fù)荷而變化的關(guān)系。這時(shí)由于轉(zhuǎn)速是常數(shù)，所以有效功率可以用來(lái)作度量負(fù)荷。在發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)試過(guò)程中，經(jīng)常用負(fù)荷特性作為其性能比較的標(biāo)準(zhǔn)。另外，負(fù)荷特性給出了在等速條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷與燃油消耗率的關(guān)系，因此，對(duì)負(fù)荷可以在很大范圍內(nèi)改變，而轉(zhuǎn)速基本維持不變的固定式發(fā)動(dòng)機(jī)（如發(fā)電機(jī)組用發(fā)動(dòng)機(jī)）具有特殊的意義。如果從發(fā)動(dòng)機(jī)上測(cè)出一系列不同轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性曲線(xiàn)，則可選擇出固定式或運(yùn)輸式發(fā)動(dòng)機(jī)的最經(jīng)濟(jì)工況。柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中，充氣量變化不大，主要是通過(guò)改變每循環(huán)供油量來(lái)改變混合氣的濃度(即過(guò)量空氣系數(shù))，從而調(diào)節(jié)柴油機(jī)的負(fù)荷（稱(chēng)為質(zhì)調(diào)節(jié)〉。換句話(huà)說(shuō)，柴油機(jī)主要是通過(guò)改變噴油泵調(diào)節(jié)桿的位置，用增加或減少供油量的方法來(lái)改變負(fù)荷。圖是柴油機(jī)按負(fù)荷特性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)一些參數(shù)隨負(fù)荷變化的一般規(guī)律。柴油機(jī)增加負(fù)荷就意味著增加每循環(huán)供油量，所以耗油量Gf隨負(fù)荷的增加而增加，而過(guò)量空氣系數(shù)a隨負(fù)荷的增加而減??；供油量多，放熱也多，使排氣溫度tr隨負(fù)荷的增加而升高。在空負(fù)荷時(shí)，Ne=0，Pi=Pm，這時(shí)m= 0，所以ge為無(wú)窮大。隨著負(fù)荷的增加，m迅速上升，而ge反而下降。當(dāng)負(fù)荷增加到A點(diǎn)時(shí)，ge達(dá)到最小值。再繼續(xù)增加負(fù)荷，由于過(guò)量空氣系數(shù)a減小，混合氣形成和燃燒惡化，ge反而升高。排氣煙度隨負(fù)荷的增加曲'增加，但在低負(fù)荷時(shí)增加緩慢，且低負(fù)荷時(shí)煙度很小，肉眼看不出，通常被認(rèn)為是排氣無(wú)煙。在高負(fù)荷時(shí)，煙度迅速增加.當(dāng)接近最大功率時(shí)，由于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(diǎn)），此時(shí)燃油消耗率ge也迅速升髙?；钊推咨w等機(jī)件的熱負(fù)荷也迅速増大。如果再繼續(xù)增加供油量，則柴油機(jī)排氣大量冒黑煙，功率反而下降，因此柴油機(jī)存在一個(gè)冒煙極限。為了保證柴油機(jī)安全可靠地運(yùn)行，不允許柴油機(jī)在冒煙極限下工作。
傳感器
美國(guó)德?tīng)柛Ｐ奸_(kāi)發(fā)出了可更準(zhǔn)確檢測(cè)出機(jī)油狀態(tài)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油傳感器。該傳感器通過(guò)檢測(cè)機(jī)油的狀態(tài)來(lái)確定機(jī)油更換時(shí)間，比根據(jù)行駛周期進(jìn)行推算，可大幅度延長(zhǎng)更換機(jī)油和過(guò)濾器的時(shí)間間隔。新傳感器除測(cè)定原來(lái)的粘度和介電率外，還測(cè)定煤煙含量和燃料對(duì)機(jī)油的稀釋度，從而能更準(zhǔn)確地檢測(cè)出機(jī)油狀態(tài)。將于2009年開(kāi)始面向卡車(chē)廠(chǎng)商量產(chǎn)。
由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)引擎控制使用多個(gè)后噴射的情況增多，經(jīng)由活塞環(huán)摻入機(jī)油而稀釋機(jī)油的燃料量不斷增加，這樣很容易降低機(jī)油的潤(rùn)滑性和粘度。另外，煤煙通過(guò)EGR（排氣再循環(huán)）混入機(jī)油的量增加，導(dǎo)致添加劑效果降低、機(jī)油粘度升高。由于只測(cè)定粘度，容易受這兩個(gè)相反因素的影響，難以準(zhǔn)確掌握機(jī)油的惡化程度。
燃料對(duì)機(jī)油的稀釋度，可通過(guò)改進(jìn)過(guò)的粘度測(cè)定系統(tǒng)根據(jù)對(duì)流時(shí)間進(jìn)行測(cè)定。另一方面，煤煙的含有量可通過(guò)檢測(cè)出的介電率變化進(jìn)行推算。該傳感器可測(cè)定機(jī)油溫度和機(jī)油量，設(shè)想安裝于機(jī)油箱底殼或引擎體上，外形設(shè)計(jì)為小尺寸。
該傳感器除可用于商用卡車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)外，還可用于大型SUV和皮卡車(chē)等輕型車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以及工業(yè)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等。
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