（动力机械及工程专业论文）车用柴油机双弹簧喷油器喷射特性研究.pdf

摘要 摘要 本文全面研究了双弹簧喷油器喷射特性。分析了双弹簧喷油器的不同结构 参数对喷射特性的影响。在液力模拟计算和试验验证对比基础上，对双弹簧喷 油器系统的喷射压力、喷油量、预喷油量、喷油定时、喷油持续时间及喷油速 率的特点进行了研究。并对双弹簧喷油器的针阀基本运动方程进行了详细的推 导。分析了燃油系统结构参数对双弹簧喷油器喷射特性的影响。通过大量的数 值模拟和试验验涯对双弹簧喷油器喷射特性进行了理论分析和研究，取得了一 些具有重要的学术意义和实用价值的结果。 1 本课题详细推导出双弹簧喷油器喷射系统的计算数学模型。对柱塞、出油阀 等运动件分阶段地迸符了推导，并对双弹簧喷油器的针阀运动方程按一级升程、 二级升程分阶段地进符推导，为了解双弹簧喷油器的喷射特性提供了理论基础。 并对液力模拟计算模型进行了介绍，详细介绍了双弹簧喷油器的建模及对一些 关键参数进行了说明。 2 本文在困内首次运用骶d s 至麓液力诗算软件对双弹簧喷油器的喷油系统进行 了模拟计算分析。模拟和实验对比验证研究表明，双弹簧喷油器的一、二级升 程，一、二级弹簧刚度及一、二级弹簧开启压力的参数选择是决定双弹簧喷油 器调节喷射初期喷油量的功能以及一、二级升程的开启时间和喷射匿力的关键 参数。减少级秀程、提高、二级歼启压力能有利于控制喷射初期的喷= 浊量。 其中一级升程对控制喷射初期喷油量起关键的作用。一、二级弹簧刚度对喷射 压力有少许影响。 3 本文通过单、双弹簧喷油器喷射特性对比研究，双弹簧喷油器与单弹簧喷浊 器喷射特性有明显的不同，在所研究的系统巾，在1 0 0 0 r m i n 以下的中、低转速 情况下，一级升程开启阶段明显，从而使一级升程有明显的调节喷射初期喷油 量的效果，实现刀型喷油速率能起到先缓后急的调节功能。在高转速情况下， 一级升程开庙阶段变褥不明显，接近予常援单弹簧喷漓器赞阀升程的运动规律。 4 本文研究分析了双弹簧喷油器高压喷射燃油系统的系统结构参数对双弹簧 喷油器喷射特性的影响。分析了四种不同出油阀对双弹簧喷油器喷射性能的影 响，对等容出油阀供油特性进行探讨，对沈分析了不带澍扁和带渤扁等容密油 阀供i 虫特性，并分析7 不同削扁量对低速供油特性的影响。出于高压喷射引起 摘要 了双弹簧喷油器系统的二次喷射，为消除二次喷射对阻尼阀和等压阀方案进行 探讨，并详细分析了阻尼阀、等压阀的一些重要结构参数对双弹簧喷油器喷射 特性的影响。 5 本文联合使用a v l 的h y d s i m 和b o o s t 两个软件对双弹簧喷油器喷射特性及 其对发动机性能的影响进行了初步的模拟探索。 本文对双弹簧喷油器喷射特性的研究，希望为国内设计开发双弹簧喷油器 提供有价值的理论参考。 本文结合企业项目，通过近1 年半时间的研究，已达到令人满意的预期要 求。 关键词：柴油机，双弹簧喷油器，喷射特性，试验分析，模拟计算，么型 喷油速率，燃油喷射系统 a b s t r a c t a b s t r a c t t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ei n j e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft w o s p r i n gi n j e c t o r si n d e t a i l 。t h ee f f e c t so fs o m ei m p o r t a n t 爻m c l u f a lp a r a m e t e r so ft h et w o s p r i n gi n j e c t o r 0 1 1t h ep e r f o r m a n c e so ff u e li n j e c t i o ns y s t e ma r ed i s c u s s e d b a s e do n h y d r a u l i c s i m u l a t i o nc a l c u l a t i o na n de x p e r i m e n t s ，t h ei n j e c t i o np r e s s u r e ，t h ef u e lq u a n t i t y , t h e p r e i n j e c t i o nf u e lq u a n t i t y , t h ei n j e c t i o nt i m i n g , t h ei n j e c t i o n d u r a t i o na n dt h e i n j e c t i o nr a t eo ft h ef u e li n j e c t i o ns y s t e mw i t ht w o s p r i n gi n j e c t o r sa r ea n a l y z e d a t t h es a m et i m e ，t h eb a s i cm o t i o no fn e e d l eu n d e rt h ea c t i o n so ft w o - s p r i n gi sd e d u c e d t h o r o u g h l y w h a t sm o r e ，t h et h e s i sh a sd i s c u s s e dt h ee f f e c to ff u e ls y s t e ms t r u c t u r a l p a r a m e t e r so ni n j e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft w o - s p r i n gi n j e c t o r s t h i si n v e s t i g a t i o nh a s g o t t e ns o m er e s u l t sw i t hi m p o r t a n ts c h o l a rs i g n i f i c a n c e sa n da p p l i c a t i o nv a l u e s 1 t h es u b j e c to f f e r st h eb a s i cc a l c u l a t i o nm a t h e m a t i cm o d e l sf o rt h ef u e li n j e c t i o n s y s t e mw i t ht w o s p r i n gi n j e c t o r s n o to n l yt h em o t i o n so ft h ep l u n g e ra n dd e l i v e r y v a l v ea r ed i v i d e di n t od i f f e r e n tp h a s e sc o r r e s p o n d i n gt ot h ed i s p l a c e m e n t ，b u ta l s o t h em o t i o ne q u a t i o n so ft w o - s p r i n gi n j e c t o r sa l ed i v i d e di n t ot w op h a s e sa c c o r d i n g t o p r i m a r ya n ds e c o n d a r yn e e d l el i f t t h e s eo f f e rt h et h e o r yo ft h ei n j e c t i o n c h a r a c t e r i s t i c sf o rt w o s p r i n gi n j e c t o r s b e s i d e s ，t h et h e s i sb r i e f l yd e s c r i b e sh o wt o b u i l dt h eh y d r a u l i cs i m u l a t i o nm o d e la n di n d e t a i li n t r o d u c e st h et w o s p r i n g i n j e c t o rm o d e l a n dt h ek e yp a r a m e t e r s 2 i ti sf i r s tt i m et h a tt h i s p a p e rh a sa p p l i e dt h eh y d r a u l i cs i m u l a t i o ns o f t w a r e - h y d s i mt ot h ef u e li n j e c t i o ns y s t e mw i t ht w o s p r i n gi n j e c t o r sa th o m e b a s e do n s i m u l a t i o nc a l c u l a t i o na n de x p e r i m e n t s ，t h er e s e a r c hd e m o n s t r a t e st h a tt h e p a r a m e t e r so ft w o - s p r i n gi n j e c t o r , s u c ha sp r i m a r yl i f t ，s e c o n d a r yl i f t ，p r i m a r y s p r i n gs t i f f n e s s , s e c o n d a r ys p r i n gs t i f f n e s s ，p r i m a r yo p e n i n gp r e s s u r e ，s e c o n d a r y o p e n i n gp r e s s u r e ，d e t e r m i n et h ei n j e c t i o nf u e lq u a n t i t yo ft h ep r e i n j e c t i o n ，t h e o p e n i n gt i m eo ft h ep r i m a r yl i f t a n dt h es e c o n d a r yl i f ta sw e l la st h ei n j e c t i o n p r e s s u r e i tc o n t r i b u t e st oc o n t r o lt h ep i l o tf u e lq u a n t i t yt h r o u g hr e d u c i n gt h e p r i m a r yl i f ta n di n c r e a s i n gb o t ht h ep r i m a r yo p e n i n gp r e s s u r ea n dt h es e c o n d a r y o p e n i n gp r e s s u r e e s p e c i a l l y , t h ep r i m a r yl i f tp l a yak e y r o l ei nc o n t r o l l i n gt h ep i l o t i i i a b s t r a c t f u e l q u a n t i t y t h ep r i m a r ys t i f f n e s s a n dt h es e c o n d a r ys t i f f n e s sh a v eal i t t l e i n f l u e n c eo nt h ei n j e c t i o np r e s s u r e 3 t h r o u g hc o m p a r i s o nr e s e a r c ho nt h ei n j e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft w o - s p r i n gi n j e c t o r a n ds i n g l e - s p r i n gi n j e c t o r , t h ei n v e s t i g a t i o ns h o w st h a tt h e r ei so b v i o u sd i f f e r e n c e i nt h ei n j e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，p a r t i c u l a r l y , a tm e d i u m0 1 l o we n g i n es p e e d t w o s p r i n gi n j e c t o r sh a v et h ee f f e c t so fr e a l i z i n g 么t y p ef u e li n j e c t i o nr a t ea tl o w s p e e d , b c c 毽u s ct h ep r i m a r yl i f t c a rc o n t r o lt h ep i l o tf u e lq u a n t i t y b u tw i t h i n c r e a s i n gs p e e da n dl o a d ，t h el o wf l o wr a t eo ft h ef i r s ts t a g el i f tv i r t u a l l yd i s a p p e a r a th i g h e rs p e e d sa n dl o a d s , t h et w o - s p r i n gi n j e c t o r ss e e m e dt op e r f o r mv e r y s i m i l a r l yt ot h es t a n d a r ds i n g l e s p r i n gi n j e c t o r s 4 i nt h ep a p e rt h ef u e li n j e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft w o s p r i n gi n j e c t o r sh a v eb e e n s t u d i e dt h r o u g ha d j u s t i n gt h es t r u c t u r a lp a r a m e t e r so fh i g hp r e s s u r ei n j e c t i o n s y s t e m t h ee f f e c t so ff o u rd i f f e r e n td e l i v e r yv a l v eo nt h ei n j e c t i o nc h a r a c t e d s t i c s o ft w o s p r i n gi n j e c t o r sa r ei n v e s t i g a t e d f i r s t l y , t h ef u e ld e l i v e r yc h a r a c t e r i s t i c so f c o n s t a n td e l i v e r yv a l v ei ss t u d i e d s e c o n d l y , t h r o u g hc o m p a r i s o nr e s e a r c ho nt h e i n j e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c sb e t w e e n t h es t a n d a r d c o n s t a n td e l i v e r yv a l v ea n dt h e b y p a s sd e l i v e r yv a l v e ，t h ef u e ld e l i v e r yc h a r a c t e r i s t i c sa r ea n a l y z e da tl o ws p e e d w i t ht h ei n c r e a s i n gi n j e c t i o np r e s s u r eo ff u e li n j e c t i o ns y s t e m ，t h et w o s p r i n g i n j e c t o r ss y s t e ma p p e a r e ds e c o n d a r yi n j e c t i o n t h ei m p r o v e m e n tm e a s u r e m e n t so f r e s i s t a n c et y p ed e l i v e r yv a l v ea n dc o n s t a n tp r e s s u r ed e l i v e r yv a l v ea r er a i s e dt o e l i m i n a t et h es e c o n d a r yi n j e c t i o nt h a to c c u r r e di nt h ei n v e s t i g a t e dt w o - s p r i n g i n j e c t o r ss y s t e m s t h ee f f e c t so fs o m ek e ys t r u c t u r a lp a r a m e t e r so fr e s i s t a n c et y p e v a l v ea n dc o n s t a n tp r e s s u r ev a l v eo nt h ei n j e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft w o s p r i n g i n j e c t o r sa r ei n v e s t i g a t e dc o m p l e t e l y 5 i nt h ep a p e rt h ef u e li n j e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft w o s p r i n gi n j e c t o r sh a v eb e e n s t u d i e dp r i m a r i l yb yc o m b i n i n gt h ea v ls o f t w a r e sh y d s i mw i t hb o o s t t h ei n j e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h et w o - s p r i n gi n j e c t o r sh a v eb e e ni n v e s t i g a t e d b yt h i st h e s i s i ti se x p e c t e dt h a tt h ei n v e s t i g a t i o n sw i l lb eav a l u a b l er e f e r e n c ef o rt h e r e s e a r c ha n dt h ed e v e l o p m e n to ft w o - s p i n gi n j e c t o r s t h i sp r o j e c tr e l a t e di nt h i sp a p e ri sc o l l a b o r a t e dw i t haf u e li n j e c t i o ne q u i p m e n t c o m p a n y t h r o u g ht h ee f f o r t so ft h ed e v e l o p m e n ta n dt h er e s e a r c hf o r1 5 y e a r s ，t h e i v a b s t r a c t g o a ls e ta tt h eb e g i n i n go fp r o j e c th a sb e e nr e a c h e ds a t i s f a c t o r i l y k e yw o r d s ：d i e s e le n g i n e ，t w o s p r i n gi n j e c t o r ,i n j e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c s , e x p e r i m e n ta n a l y s i s ， s i m u l a t i o nc a l c u l a t i o n ， 1 t y p e f u e l i n j e c t i o nr a t e ， f u e li n j e c t i o ns y s t e m v 目录 第7 章全文总结和工作展望1 0 7 致谢1 0 9 l ；l l 最i1 0 个入简历在读期闻发表的学术论文与研究成果11 5 第一章图表 圈1 1 图i 艺 表1 1 表i - 2 表】o 表1 4 表1 s 表l 石 表1 7 表1 8 双弹簧喷油器喷射特性。9 双弹簧喷油器示意图。1 l 19 8 5 - 2 0 0 3 年柴油汽车产量增长及比例变化( 万辆) ，2 美国轻型车 放限制( 翊滟) 3 欧洲轻型车排放限值1 ) t g k m ) 。3 美国踅型车用柴油机排放限值( g k w h ) 4 欧湃重型车藤柴油机排放限值( g k w 氇) 4 日本汽车排放限值和1 9 9 7 年1 1 月公布的目标限值表5 我国相当欧2 排放的实施对闻5 我国率重大予3 5 吨柴油机排放标准型式试黢，生产一致性5 第二章图表 图2 。l 双弹簧喷泊器结构及针阀舜。程。2 6 图2 2 带阻尼阀的双弹簧喷油器燃油喷射系统仿真模型2 7 图2 0 喷油泵初始容积的定义承意图2 8 图2 4出漓阀初始容积的定义示意图。2 8 图2 5出油阀初始容积的定义示意图2 9 图3 1 图3 - 2 图3 0 图3 4 图3 5 图3 ，6 图3 。7 蘸3 8 图3 - 9 图3 1 0 圈3 1 | 图3 1 2 图3 1 3 图3 1 4 图3 1 5 第三章图表 喷射特性及喷油规律测试系统示意图。3 2 b d 8 5 0 c m c 型油泵试验台3 4 t h a 多通道油泵性能试验数据采集处理系统3 4 双弹簧喷油器燃油喷射系统结构简图3 7 带粼赢出淮阉的双弹簧喷油器燃油喷射系统建模3 8 双弹簧喷油器燃油系统的泵端压力试验和仿真结果对比3 9 双弹簧喷油器燃油系统的嘴端压力试验和仿真结果对比4 0 全负蘅不同馥轴转速下泵腔压力、喷嘴腔压力| 嵇针阕拜程瑶4 l 不同转速和不同负荷下初期喷油量4 3 不同柱塞直径对喷射压力的影响4 4 不弼商压油管豹管径积管长对喷射压力的影镌。4 4 柱塞腔、出油阀腔和喷嘴腔容积对喷射压力的影响4 6 一级升程变化对双弹簧喷油器喷油规律的影响4 7 一、= 级弹簧转皮对喷射压力豹影响_ 毒? 一、：级弹簧刚度对喷油持续期的影响。4 8 i x 髫录 图3 1 6 一、二级弹簧剐度对针阀落座速度的影响4 9 图3 1 7 在发动机转速1 0 0 0 r m i n 一、二弹簧开启压力对喷射压力等影响5 0 图3 1 8 不厨喷孔尺寸对喷射蓬力盼影响5 l 图3 1 9 压力室容积对喷油规律的影响5 3 图3 - 2 0 燃油弹性模数对喷射压力的影噙5 4 表3 1试验燃油喷油器燃油系统主要结构参数3 5 表3 - 2b d 8 5 0 c m c 型油泵试验台主要功能、技术参数及特点3 5 表3 3 试验所用主要仪器及设备览表3 6 表3 - 4 双弹簧喷油器不同的工况下喷射压力试验与仿真络果的比较4 0 表3 - 5 不同方案的喷孔孔径和蘧积5l 图4 - l 踅毒- 2 图4 3 图4 一 图4 5 图4 图4 _ 7 图4 8 图鹌 图4 1 0 图霹1 l 图4 1 2 图4 1 3 表4 - l 表4 2 圈5 1 图5 2 图5 3 图5 _ 4 图5 5 圈5 - 6 图5 7 图5 8 图5 - 9 图5 1 0 图5 1 l 第四章图表 双弹簧喷油器和单弹簧喷油器泵端压力试验对比5 8 双弹簧嵝油器稀单弹簧喷油器精端压力试验对比5 9 双弹簧喷油器和单弹簧喷油器泵端压力试验对比6 0 双弹簧喷油器和单弹簧喷涌器嘴湍压为试验对比6 0 单、双弹簧喷油器结构。6 l 单、双弹簧喷油器系统仿真模型比较。6 3 单、双弹簧喷浊器系统仿真结果6 5 带等压出油阀的单、双弹簧喷油器系统仿真模型6 6 嫠等压出油阙的单、双弹簧喷油器系统彷真结果6 8 单、双弹簧喷油器喷油提前角和喷油持续角对比。6 9 单、双弹簧喷嘴腔喷射压力峰值_ 鞠平均有效喷射嚣力眈较7 0 在不同转速下，单、双弹簧喷油器喷油速率比较7 l 在不同转速下，单、双弹簧喷器针阀落座速度的比较7 2 单、双弹簧喷浊器燃油系统主要结构参数5 7 等压出油阀和原等容出油阀主簧参数。6 7 第五章图表 不带削扃的等容出油阀秘带削扁等容出油阀鲶供涌特性比较。7 8 带等压阀的双弹簧喷油器系统仿真模型7 8 泵端、嘴端压力实验和仿真结采对比。7 9 带削扇和不带削扁的等容出油阀系统建模对比8 l 等容出油阀和带削扁等容出油阀喷射特性比较。8 2 出浊润磨边校芷。8 3 不同的减压阀容积对二次喷射的影响8 4 带阻尼阀的燃油系统计算建模8 6 阻尼阀和带削扁等容出油阀燃油系统喷射特性比较8 7 阻尼出浦阀不同的豳油节流孔孔径对喷油篾律的影响s 8 阻尼阀出油阀腔容积对喷射压力的影响。8 9 x 目录 图5 1 2 阻尼阀卸载阀腔的容积对喷射压力的影响8 9 图5 1 3 等压出油阀中的卸载阀输入参数含义9 0 图5 - 1 4 等压出油阀和阻尼阕出油阕燃油系统的建模对比9 2 图5 1 5 等压出油阀、阻尼出油阀及带削扁等容出油阀燃油系统喷射特性比较9 3 图5 1 6 等压阀的节流孔孔径对喷油规律的影响9 4 图5 1 7 等压阀的钢球直径对有关参数的影响。9 5 图5 1 9 钢球截止阀开启压力对喷油规律的影响9 6 表5 1 等容出油阀及带削扁的等容出油阀主要参数一7 5 表5 2 试验燃油喷油器燃油系统主要结构参数7 7 表5 - 3 实验所用主要仪器及设备一览表。7 7 表5 4 试验燃油喷油器燃油系统主要结构参数8 0 表5 5 为带削扁的等容出油阀主要参数。8 5 表5 - 6 等压阀主要结构参数9 l 第六章图表 图每i 改进的p b l 0 5 p 4 7 单、双弹簧喷油器系统建模1 0 1 图6 2p 系列单、双弹簧喷油器喷射特性10 2 图6 - 3p 系列双弹簧喷油匹配的柴油机系统建模1 0 3 图6 4p 系列单、双弹簧喷油器在额定工况下的仿真结果一1 0 4 图6 5p 系列单、双弹簧喷油器在发动机转速1 0 0 0 r m i ni 况下仿真1 0 5 表每i 燃油系统主要结构参数。9 9 表6 - 2 改进的p b l 0 5 p 4 7 单弹簧喷油器主要结构参数9 9 表6 3 改进的p b l 0 5 p 4 7 双弹簧喷油器主要结构参数9 9 表6 - 4d 611 4 系列柴油机主要技术参数1 0 3 x i 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：王熹华 2 p of 年3 月芗日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：王意、平 z o 口5 年弓月罗日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：每乞睛学位论文作者签名：王毒手 多一j ，年3 月t - 日2 d d 5 年月多日 第l 章引言 l 。l 课题的研究背景 第1 章引言 l 。1 1 柴油机的特点及车用发动祝柴油诧的背景 几十年前，柴油车曾一度由于体积大、噪声高、发出难闻气味等形象留在 许多人静记忆中。然而经过几十年的发展，现代的柴漓机已成力一种捧放清洁、 节省能源的动力，是一种可行的过渡性技术解决方案。在欧洲，欧盟主要国家 的柴油轿车市场份额从1 9 9 1 年的1 6 快速增长到2 0 0 3 年4 4 。德国在2 0 0 3 年 柴油轿车的销量已经占轿车总销售量的3 0 ，而柴油轿车保有量增长最快的还 要数法国、比利时和奥地剥。去年柴油车首次在意大利汽车销售记录更是达到 5 2 4 的份额，轿车柴油化是世界潮流。柴油机的主要特点如下： ( 1 )能量密度高( 大型低速增压柴油机的有效热效率已超过5 0 ) ，燃油 消耗率低，这对节约能源和提高经济效益都很重要。 ( 2 ) 好的燃油经济性。 ( 3 ) 温室效应气体捧敖少，其二氧化碳的排放量眈汽油机大约低3 0 3 5 ， 但废气中含有害成分( n o x ，颗粒物等) 较多，噪声较大，在环保方面已引起重 视。 ( 4 ) 功率和转速范豳很大( 功率1 - 6 5 5 8 0 k w ，转速5 4 5 0 0 0 r m i n ) ，因 此应用领域宽。 ( 5 ) 结构复杂，零部件材料和工艺要求较高，制造成本较高，与汽油机相 比质量较大。 ( 6 ) 新技术( 电子控制，增压，凌气再循环，新材料) 应用多，发展快。 产品研制开发和生产装备的投资大，属于技术密集和资金密集性产品。 柴油规的大功率，低排放，良好的电子控制等显著优点将使柴油发动机在 新的时代有长足的发展。现在全球各大厂商正致力于新型绿色环保柴油机的研 发，在n o x 和颗粒物的排放方蕊将得到近一步改善，并将先进的柴油机技术引 入我国。外圜的先进柴油机技术促进我国汽车行业的发展，加上我国申奥、申 第1 章引亩 博已成功，这将会加快车用发动机柴油化发展。 1 1 2 柴油机的大量使用对能源和环境的影响 我国柴油车比例逐年增加，从表1 1 可看出，柴油汽车产量呈逐年增长趋势， 从1 9 8 5 年的3 万辆增加到2 0 0 3 年的1 1 4 9 万辆，增长3 7 倍多，年均增长率达 2 2 4 ：柴油汽车产量占汽车产量的比例也从1 9 8 5 年的6 8 上升到2 0 0 2 年的 3 1 9 。2 0 0 3 年此比例有所下降，主要原因是轿车产量增长迅猛，丽轿车冒前浅 未柴油化。而欧洲主要国家柴油轿车发展较快，已占轿车产量的4 0 以上，特 别是法国，柴油轿车已占轿车产量的5 0 。 表1 - 11 9 8 5 - 2 0 0 3 年柴油汽车产量增长及毙嬲变化( 万辆) 年份 1 9 8 51 9 9 01 9 9 52 0 0 02 0 0 l2 0 0 22 0 0 3 汽车产量 4 4 3 5 0 91 4 5 3 2 0 6 。72 3 4 23 2 8 74 4 4 4 柴i 峦车产蹙3 o7 63 3 56 0 。l 7 4 2 l 嬲。擎1 1 4 。9 柴油车比例( ) 6 81 4 92 3 12 9 13 1 73 1 92 5 9 1 1 3 柴油机的大量使用对能源和环境的影响 随着柴油枫傺有量增加，它的大量使用给人类社会带来了一些尖锐的、不 可回避的问题： ( 1 ) 它主要燃用石化燃料，丽石油是一种无法短期再生的资源，按照目前 的消耗率，地球上的石油燃料在今后几十年内可能会消耗殆尽这使得全球范 围内的能源危机问题日益突出【1 1 l 【1 2 】【13 1 。由予车用发动机的燃油耗在世界能源消 耗中占有举足轻重的地位，所以降低发动枫油耗一直是共同关注的闯题。如从 日本卡车发动机性能改善的历史来看，全负荷的最低比油耗已从6 0 年代的 2 5 0 ：w h 下降到年代的1 8 0 8 擞w - h ，下降了近3 0 。欧洲7 5 k w 】以下不同类 型轿车发动机每百公里油耗的统计表明，采用直喷式柴油机后，油耗比汽油机 下降约3 5 , - , 4 0 0 a ，直磺式增压中冷柴油枧油耗剐又进一步比非增压直喷式柴油 机下降了的1 5 。高速柴油机技术，使用成本将大幅度降低。德国大众公司在 路波和奥迪a 2 轿车上搭载1 2 升t d i 柴油机，其百公里油耗仅3 升，排放达欧 l v 标准【1 4 1 ，第六届必比登挑战赛予2 0 0 4 年l o 月1 2 日在中国上海拉开帷幕， 2 第1 章引言 奥迪a 2 1 2t d i 采用全铝制车身，是世界上最省油的四门轿车。根据欧洲m v e g 复合循环标准，该车每百公里的油耗仅为2 9 9 升。 ( 2 ) 柴油机排出的大量废气是造成地球环境污染的根源之一，它严重影响 了人类自身的身体健康。在世界上一些大城市，汽车所造成的污染已经到了令 人无法容忍豹程应。据有关资料报道，美国大气中绝大部分的c o 、n o x 和h c 来自汽车排出的废气，日本也差不爹l 5 1 。对柴油机而言，燃烧系统的不断完善， 已经使c o 和h c 的排放指标比较容易达到，其主要有害排放物是n o x 和颗粒 【1 q 。n o 在人体内与缀血球结合后，会氧化生成血红炕，造成人体中枢神经障碍； n q 则易对人体气管和肺部功能产生障碍：而颗粒排放则是诱发人体心血管疾 病、哮喘和癌症的重要因素之一。 为了控制汽车的有害排放物对大气环境的污染，世界各国相继以法规形式 对车用内燃机摊放物予以强制性限制珏j l 。针对车用内燃机的摊放法规分轻型车 和重型车两类【l - 8 l 。美囡轻型车排放标准如表1 2 所示，它采用的是美国城市标 准测试循环f t p - 7 5 。欧洲轻型车排放标准如表1 3 所示，它采用的是 e c e 15 + e u d c 测试循环。 表l _ 2 美国轻型率捧放限制( g 虹) 保证里程( 1 【m ) c o l s o x l n m h cp t 2 8 0 0 0 02 1 l0 2 5 0 1 60 0 3 1 6 0 0 0 0 2 6 10 3 70 。1 90 q 4 1 ) 按n 0 2 的分子质量算得的值：2 ) 微粒排放只用于柴油车。 袭1 - 3 欧洲轻型率_ 摊放限值1 )( g k m ) 生效汽浊车 紫i 瘗车 法规 c oh c n o x c oh c n o x 盯 日期 欧澜l 1 9 9 2 年 2 ? 20 。9 72 7 20 。9 7 0 。1 4 欧洲21 9 9 5 年 2 2o 5 02 2 2 0 。5 0 2 0 9 0 3 ) 0 0 8 2 ) 1 0 月 i 0 3 ) 0 1 0 3 ) 欧溅32 0 0 0 年 2 30 2e 。1 50 6 4o 5 6 e 。5 00 0 5 欧洲42 0 0 5 年 1 0o 1 o 0 8 o 5 0o - 3 0 0 2 5 0 0 2 5 1 ) 表利值为新率型型式认证限值，对新产品一致性质量检验限值为袭列值的1 2 倍；2 ) 非直 喷式柴油机；3 ) 直喷式柴油机。 3 第1 ：鼙引言 美国重型车用柴油机排放限值如表1 - 4 所列，测试方法采用瞬态法。欧洲 重型攀用柴油机排放限值如表1 - 5 所列，采用的测试循环为e c er 4 9 十三工况 法，2 0 0 0 年后则为欧洲稳态标准测试循环( e s e ) ，对应欧洲3 标准，还要求加试 一个欧洲瞬态循环( e t c ) 。 表1 _ 4 美国重型车用柴油机排放限值( g k w h ) 生效西赣c oh c n o x 6 7 5 4 p 1 r o 1 3 o 1 3 1 9 9 4 年 1 9 9 8 年 2 0 8 2 0 。8 1 7 4 1 7 4 表l - 5 欧洲重型车用柴油机排放限值( g k w h ) 1 ) 还有动态烟度限值0 8 m l ；2 ) 适用于额定功率不大于8 5 k w 的柴油机；3 ) 适用于单缸工 作容积小于o 7 l 、额定转速大于3 0 0 0 r m i n 的柴油机。霸本对汽车摊放限制如表l 一6 。 我国也已颁布了严格的柴油机排放法规。国家技术监督局1 9 9 9 年3 月1 0 日曾发布g b l 7 6 9 1 - 1 9 9 9 “压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物 限值及测试方法 排放标准。随后于2 0 0 1 年4 月1 6 日圜家环境总局、国家技 术监督检验检疫总局重新发布g b l 7 1 9 1 - 2 0 0 1 “车用压燃式发动机排气污染的排 放限值及测量方法捧排放标准，将实施相当欧2 标准的时间提翦了1 6 个胃，见 表卜7 。 表1 - 8 为g b l 7 6 9 1 2 0 0 1 觏定的我国车重大于3 5 吨柴油枧摊放标准限值。 国家环保总局2 0 0 3 年8 月2 7 日颁布的关于实施国家第二阶段机动车排放标 准的公告规定：所有进行定型的最大总质量大于3 。5 吨的重型车辆，从2 0 0 3 年9 月1 日起，必须满足国家第二阶段型式核准捧放限值( 相当于欧l i 标准) 4 第1 镦引言 的要求。 表l - 6 日本汽车捧放限值和1 9 9 7 年l 羔月公布的目标限值表 试骏 c oh c n o x p m 汽车类型 瑰行嚣标现行日标现舒目标 现行值 工况 值值值值值值 乘用率 c v 2