农用柴油发动机节油降耗技术的研究

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农用柴油发动机节油降耗技术的研究

陈延龙

(方正县德善乡农业综合服务中心，黑龙江方正150800)

摘要：柴油机节能技术的核心是提高柴油机的燃烧效率，即组织好柴油机的进排气过程、喷油过程、燃烧过程、减少各

种损失。目前，已投入使用的柴油机节能技术,主要有可变进气技术、中冷涡轮增压技术、柴油机负压节油技术、金属清 洗剂技术、检测与调整技术、净化柴油技术、净化进气技术、改善燃烧结构、减少附件损失等。

关键词：柴油发动机;节油降耗

中图分类号:U464.1

文献标识码:A

〇引言

农机产品技术水平与油耗密切相关，通过加强节能型农 业机械产品的研发，应用先进的节油技术，可以有效地降低农 机油耗。据对内燃机电子控制技术的研究，将发动机功率提 高10% ~20%，油耗率可降低5% ~ 10% ;在柴油机中，采用 陶瓷等隔热结构，一般可使发动机功率提高10% ,单位油耗 行程数增加30% ;采用直喷式燃烧室，一般分隔式的油耗比 直喷式高出8% ~ 10%。所以，在农机制造中要积极开发和 利用节能技术。

要重点加强农用柴油机和农用电动机的节能技术升级， 积极推广磁化节油器、燃油添加剂、清洗剂等农业机械节能新 产品，优化动力机械和作业机械的合理配套，拖拉机作业机组 要广泛地采用计算机技术，实现作业过程的自动监视和自动 控制，开发应用自动记录作业数量和作业质量、自动报告机器 故障等技术，均可以有效降低油耗，提高燃油利用率。下面主 要介绍几种可有效提高农用柴油发动机节油降耗的实用 技术。

1可变进气技术

可变进气技术是利用可变进气管长度技术，或可变进气

涡流技术,或可变进气相位技术，来优化柴油机的进排气时 刻，优化残余废气量，提高进气充量，合理组织进气涡流，提高 进气紊流强度，使得发动机在高中低转速区的工况下扭矩、功 率、容积效率和进气都达到较好的效果。

1.1可变进气管长度技术

在进气管内部安装1 ~3个活门，关闭或打开相应的活 门，从而改变进气管的长度，以使在发动机不同转速情况下， 适应进气系统的压缩波波长的变化，使进气气流得到加强，气 缸体积效率得以増加，从而获得令人满意的最大转矩，又能获 得较高的最大功率，从而达到节油目的。

可变进气管长度技术在结构上只需适当地加长柴油机的 进气管，并在空气滤清器内加装与气缸容积相等的一个圆筒。 在额定功率或超负荷情况下工作时有较好的节油效果，功率 也明显提高，但在轻负荷下工作时节油效果不明显。

doi：10.14031/j. cnki. njwx.2017.02.005

采用这种技术可使柴油机功率提高10% ~20% ,燃油消

耗率下降3% ~8%,同时改善排气烟色。

1.2可变进气涡流技术

可变进气涡流技术是指在进气道上安装一个涡流控制 阀，通过调节阀的开度就可改变涡流比。可变涡流进气系统 可在发动机运行工况范围内大幅度调节涡流比，同时，又能确 保流量系数下降很少，从而有效地实现最佳涡流比的调节和 控制,显著改善燃烧过程。1.3可变进气相位技术

可变进气相位技术是指采用中低速用和高速用两组不同 的气门驱动凸轮，并可通过电子控制系统的调节进行自动转 换，从而改变进气相位。通过改变进气相位，柴油机可以根据 不同运转工况自动改变进气门的开启时间和提升程度，即改 变进气量和排气量，从而达到增大功率、降低油耗及减少污染 的目的。

2涡轮增压技术和增压中冷技术

2.1涡轮增压技术

涡轮増压技术是发动机上常见的技术之一，它的原理其 实非常简单，涡轮增压器就相当于一个由发动机排出的废气 所驱动的空气栗。在发动机的整个燃烧过程中，大约会有1/3 的能量进人了冷却系统，1/3的能量用来推动曲轴做功，而最 后1/3则随废气排出。除提高了柴油机燃料利用效率，增压 后同时加大了进气压力，增大了进气总量，提高了燃料和空气 的混合效果，改善了燃烧质量。

2.2増压中冷技术

发动机涡轮增压器的出口温度会随着压力增大而升高， 温度提高反过来会限制空气密度的提高，要进一步提高空气 密度就要同时降低增压空气的温度。在相同的空燃比条件 下，増压空气温度每下降10 X；，柴油机功率能提高3% ~5% , 还能降低排放中的氮氧化合物（NO)浓度。

柴油机中冷技术的类型分两种:一种是利用柴油机的循 环冷却水对中冷器进行冷却；另一种是利用外界空气冷却。 当利用冷却水冷却时，需要添置一个独立循环水的辅助系统, 才能达到较好的冷却效果，这种方式成本较高，而且机构复

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杂。因此，除了一些特殊环境或结构条件限制情况下会选择 采用水冷中冷器外，柴油机大都采用空气冷却式中冷器。

空气冷却式中冷器利用管道将压缩空气通到一个散热器 中，利用风扇提供的冷却空气强行冷却。空气冷却式中冷器 可以安装在发动机水箱的前面、旁边或者另外安装在一个独 立的位置上，采用的波形铝制散热片可将增压空气的温度冷 却到50 ~60丈。这样进一步提高了充人气缸的空气密度， 可以有更多的燃料进人气缸进行充分燃烧，达到提高平均有 效压力，提升功率，改善经济性和降低污染的目的。

采用废气涡轮增压一般可降低燃油消耗3% ~ 10%，一 般高速柴油机采用增压可提高功率30% ,采用中冷技术可进

一

步提高50% ~60%。目前，农用柴油机一般均采用该项技

术来达到国I排放要求。2.3高压共轨技术

高压共轨技术是所有气缸的喷嘴都连接着一根公共的油 管(简称油轨），油轨里始终有恒定的压力，高压喷油栗将燃 油送人油轨，然后才由油轨送人喷油器。喷油器的开启都由 电磁阀内的燃油压差来控制，电控单元ECU根据负荷转速等 信号确定应有的喷射压力和喷油时刻，在恰当的时刻发出脉 冲信号，使喷油器恰当开启。

其特点是可以自由控制喷油量和压力，自由控制喷油速 率和喷油正时，以实现对不同工况可确定所需的最佳喷射压 力，从而优化柴油机综合性能。柔性控制喷油速率变化，实现 理想喷油规律，容易实现预喷射和多次喷射，使柴油雾化得非 常细，燃烧完全又不明显提高燃烧温度，既可降低柴油机NO 的排放,又能保证优良的动力性和经济性。2.4多点和中央直接喷射系统(E-CDIS)引擎

多点和中央孔燃油喷射系统具有节气门体燃油喷射所有 电子机械优点（即只有一个机械喷油嘴，相对于混合气控制电 磁阀、针阀主喷口或空气电脑阀），同时,还有进气通道明显缩 短的优点,也就是说从节气门体喷油嘴或反馈式化油器主喷 口到进气门的距离在该系统中完全没有了，因此，该系统对燃 油的控制更精确，氧传感器波形更漂亮。

多点燃油喷射和中央孔燃油喷射系统，对系统的燃油控 制命令作出的反应是最快（如改变喷油嘴脉冲宽度）。正常 的多点燃油喷射和中央孔燃油喷射系统浓/稀切换频率约为 5 Hz。中央孔喷射系统使用一个位于中央的电子喷油嘴，通 过塑料管将燃油供应给位于每个进气门。由于燃烧室构造简 单且表面积小，热损失和油耗率低;燃烧室表面积的容积率 小，冷却损失小。

为了满足欧m以上的排放法规，国内各柴油机厂在积极 开发采用电控系统的柴油机。个别的机型例外，如潍柴的电 控EGR系统。目前，柴油机电控系统主要为国外的大公司所

2017年第2期

掌握，主要是:德国博世（Bosch )、美国德尔福（Delphi)、日本 电装（Denso )。

国内在电控系统研究方面，开展得比较好的单位主要是: 成都威特(清华大学开发），无锡油泵油嘴研究所，衡阳亚新 科(衡阳油泵厂），辽宁新风，其开发的电控系统已批量装机 使用。但均装在车用柴油机上，农用柴油机因为目前排放采 用的是2010年10月开始执行的非道路用柴油机国II标准, 因此还没有采用电控技术。2.5柴油添加剂技术

柴油添加剂以改善燃油品质为起点，目的是做到柴油与 柴油机的合理匹配，使柴油机能发挥更大效率，实现节油和降 低排放。但是，国内目前几乎没有自行研制的效果较理想的 添加剂产品，国内柴油添加剂的研究和开发尚处于待提高的 初级阶段，尤其是对各类型添加剂的作用机理，还没有作出更 深层次的研究。2.6检测与调整技术

对柴油机进行适时检测和调整，保证柴油机处于最佳工 作状态。对发动机供油系统、供油提前角进行适当的调整，保 持正常的冷却水温，会对发动机节油降耗有着十分重要的作 用，使发动机在标定工况下耗油基本达到规定标准。应用各 种技术状态诊断仪器，如电子功率油耗仪等，能够正确使用即 可对发动机转速、功率和油耗进行检测调修，从而保证发动机 正常技术状态，实现节油降耗。2.7减少附件损失

冷却系统中，风扇的功率消耗是非常大的，所以如何减少 风扇的功率损失，是提高机械效率的关键。目前，六缸 91.94 kW( 125马力)拖拉机的窄风扇市场验证已经取得了很 好的效果，在车用产品中使用的电子风扇可大大减少风扇的 功率消耗。水泵流量及机油泵流量对发动机油耗是有一定的 影响的,但相比较而言，机油栗流量对发动机油耗的影响较水 栗流量的影响大，所以，有些企业在尝试通过适当的增加水泵 流量而减少机油泵流量，达到提高机械效率的目的，进而实现 燃油消耗降低。参考文献：

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