商用车柴油机发展史-商用车柴油机检修从入门到精通

　　由上述可知，柴油机压缩比大，所以热效率高，因此较汽油机省油，但由于柴油机要求燃油喷射压力高，混合燃烧做功过程组织困难，故柴油机发展一直滞后于汽油机。　　客观地讲，柴油机确实存在着不少缺陷，其中最大的问题就是重量。柴油机气缸压力比汽油机高很多，因而柴油机的缸体要比汽油机粗壮许多。通常，柴油机的单位功率重量为汽油机的1.5～3倍。柴油机压缩比高，爆发压力也高，可达汽油机的1.5倍左右(不增压的情况下)。为承受高温高压，就要求结构结实，所以柴油机最初只是作为一种固定式发动机使用。在同等排量下，柴油机的输出功率约为汽油机的1/3。因为柴油机把燃料直接喷入气缸，不能充分利用空气，相应功率输出低。假设汽油机的空气利用率为100％，那么柴油机仅为80％～90％。柴油机功率输出小的另一原因是压缩比大，发动机的摩擦损失比汽油机大。这种摩擦损失与转速成正比，不能期望通过增加转速来提高功率。转速最高的汽油机可达10000r/min以上(如赛车发动机)，而柴油机的最高转速却只有5000r/min。同时，早期的柴油机为压缩空气所使用的空气压缩机质量也非常大，这就使得柴油机整体上十分笨重，极不适应当时骨架还很娇小的汽车。　　但柴油机拥有汽油机不可比拟的转矩优势，在功率相同时柴油机又拥有很大的燃油经济性优势，这就让人们并没有放弃它。

图1-2 预燃室原理

　　1909年，奔驰公司的普劳斯珀尔·劳兰治(Prosper L’Orange)申请了带预燃室的柴油机的专利。这种柴油机带有一个半球形状的预燃室，预燃室通过一个小通道与主燃烧室相连，如图1-2所示。其开始部分的燃烧是在预燃室内进行的，因为其中空气量的限制，只有少部分燃油燃烧，温度、压力上升使未燃烧柴油充分雾化并被高速排入主燃烧室。这种方式大大提高了柴油机油气混合气形成过程的效率，并且结构简单、成本很低，至今一直在沿用。　　1923年，第一台装载在道路货车上的柴油机出现在奔驰的产品序列里，燃油消耗率降低25％。　　柴油机技术的另一个早期发展方向是直接喷射，通过一个喷嘴直接将柴油喷射到气缸内，借助较高的喷射压力实现柴油的雾化。　　1924年，美国的康明斯公司正式采用了喷油器，这一发明有效地降低了柴油机的重量，同年在柏林汽车展览上MAN公司展示了一台装备柴油机的载货汽车(图1-3)，这是第一台装有柴油机的汽车。不久以后，博世公司开始正式生产标准泵喷油器。正是由于柱塞泵的普及，才为柴油机安装在汽车上提供了基础。　　1926年，MAN公司推出功率110kW，负载10t的柴油载货汽车，搭载直喷柴油机，如图1-4所示。

(www.xing528.com)

图1-3 直喷柴油机(MAN，1924)

图1-4 柴油动力载货汽车(MAN，1926)

　　1927年，MAN公司制造了废气涡轮增压器，可以极大地提高柴油机的进气量，从而增大喷油量以提高发动机功率。　　1936年，奔驰公司生产出了第一台柴油机轿车260D，这时距狄塞尔去世已经23年。　　20世纪50年代以后，两大阵营在坦克柴油机功率方面的军备竞赛，无形中大大加速了柴油机技术的发展。　　在这个时期，康明斯公司研制成功完全不同于柱塞泵的PT喷油系统，从而大规模地提高了喷油压力。　　如果要把柴油机引入轿车领域，那么必须解决柴油机的排放和振动问题。实际上，柴油机排气中CO和HC比汽油机少得多，NOx排放量与汽油机相近，只是排气微粒较多，这与柴油机燃烧机理有关。　　经过研究发现：柴油机喷油规律、喷入燃料的雾化质量、气缸内气体的流动，以及燃烧室形状等均直接影响燃烧过程的进展及有害排放物的生成。　　除了靠提高喷油压力和柴油雾化效果来改善排放，使用预喷射也是行之有效的方法。预喷射就是在主喷射之前的某一时刻精确地喷入1～2mL的预喷油量，从而使燃烧室被加热，缩短了随后进行的主喷射的着火延迟期。于是温度与压力上升减缓，降低了燃烧噪声水平和NOx。　　20世纪70年代以后，博世公司把电控汽油机喷射技术引入柴油机，从而让柴油机的发展和使用进入了一个新纪元。　　最先出现的是电控喷油泵技术，而后又发展出了电控泵喷嘴技术和高压共轨喷射技术，后两种技术是现在最主要的柴油机电控喷射技术。其中，电控泵喷嘴技术的喷油压力非常高，可以达到250MPa，并且泵和喷嘴装在一起，所以只需要很短的高压油引导部分。泵喷嘴系统也可以实现很小的预喷量，喷油呈三角形，并采用了分段式预喷射，很符合发动机的要求(大众公司的TDI发动机就是使用这种技术)。但电控泵喷嘴技术的喷油压力受发动机转速影响，使用蓄压系统的高压共轨技术可以解决这个问题，但它的喷油压力低于泵喷嘴系统，约为160MPa。有些公司看中了高压共轨技术对任意缸数的发动机喷油压力调节很宽泛的特点，对其大加采用(最早使用高压共轨的轿车是阿尔法·罗密欧156和奔驰C级车)。