我們都知道：在北美等一些發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排放要求已經(jīng)升級到了Tier 4標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)比國內(nèi)的高得多。所以，在這些地區(qū)，一些技術(shù)和科研機(jī)構(gòu)不斷的朝向提升燃油效率而努力，來改善柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的熱工作效能，本文就是基于這樣的一個(gè)目的出發(fā)而討論，以下是正文：
發(fā)動(dòng)機(jī)制造商都在不斷尋求提高生產(chǎn)率，提高可靠性和降低運(yùn)營成本的技術(shù)和方法，同時(shí)還能滿足嚴(yán)格的排放法規(guī)。美國環(huán)保署的Tier 4提出了一個(gè)史無前例的高要求，作為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的我們不禁要提示問：“下一步怎么做？”
目前，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率大約是40％到45％，美國能源署（DOE）設(shè)定了55％的目標(biāo)，到2020年年末，這一目標(biāo)將有可能實(shí)現(xiàn)，新技術(shù)不僅提高了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，而且還能夠商業(yè)化。Ricardo的技術(shù)專家稱（Ricardo：英國人里卡多爵士創(chuàng)辦的一家工程咨詢公司，譯者注）：關(guān)于這個(gè)問題，有以下四點(diǎn)技術(shù)，有可能在未來會影響到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。
傳統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)
1、發(fā)動(dòng)機(jī)小型化
小型化指降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排量，但是輸出功率不變。排量降低的目標(biāo)是超過10％，換算成提高燃油效率提高1％至4％，小型化發(fā)動(dòng)機(jī)更適合應(yīng)用于較小的非公路設(shè)備上，在某些設(shè)備中，降速控制也是一種可能，以實(shí)現(xiàn)效率的提高。例如，只要把發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降200轉(zhuǎn)，就可能帶來1％至3％的燃料經(jīng)濟(jì)性的改善。
增加缸壓是另一個(gè)可行的做法，但這要求燃料的壓縮比將同步提高，且缸體缸蓋的強(qiáng)度也將增大。目前，技術(shù)研究方向已經(jīng)超向新材料的方向而努力，石墨鑄鐵（Compacted graphite）是一種較新的材料，可以提供較強(qiáng)的受壓能力，和較輕的重量。
第三個(gè)研究方向是缸內(nèi)的燃料噴射和空氣混合。燃料壓力不斷增加，改善燃料輸送和燃燒，這會帶來更高的性能和減少排放。
為了提高燃燒效率，缸內(nèi)的活塞設(shè)計(jì)也被重新提上日程。例如Ricardo's Twin Vortex Combustion System (TVCS)，這技術(shù)的核心是燃料噴射分為上下部燃燒，以更好地管理空燃比，減少煙塵。這會帶來較低的發(fā)動(dòng)機(jī)排放和更好的燃料效率。
2、余熱回收
廢熱轉(zhuǎn)換和余熱回收是另外的一個(gè)研究方向。大約50％的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量是廢熱，而這其中又有一半的熱能被浪費(fèi)（即總能量的25%）。從這個(gè)角度來看，余熱回收可利用的空間極大。
目前能量回收有兩個(gè)主要的方法：直接和間接。直接法通過使用熱電發(fā)電機(jī)（TEG）把廢熱轉(zhuǎn)換為電能。TEG的工作原理是：暴露于高溫中的不同金屬之間產(chǎn)生電壓，這類似于一個(gè)熱電偶會產(chǎn)生電能。最終，TEG所產(chǎn)生的電力可以作用于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，從而彌補(bǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部機(jī)械傳動(dòng)消耗的動(dòng)力，如還有多余的電力可以儲存起來用于他處。
間接方法利最常見的是蘭金循環(huán)，原理是使用廢熱來產(chǎn)生蒸汽，再利用蒸汽帶來的動(dòng)能發(fā)電，預(yù)計(jì)到2020年，這種裝置將提高燃油效率超過7.5％。
這些技術(shù)達(dá)到商業(yè)化的兩個(gè)最大挑戰(zhàn)是提高效率和降低成本。眼下，熱電發(fā)生器的工作成本約為$ 3,000 /千瓦，但目標(biāo)是<$ 1,000 /千瓦（譯者注：這些都是美元，換算成人民幣為18000元人民幣/千瓦和6000元人民幣/千瓦）此外，該系統(tǒng)的效率還取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)（排氣溫度）。雖然如此，技術(shù)人員仍在積極的尋求解決方案，用較低的材料和成本、體積來實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換。
3、可變氣門技術(shù)
可變氣門驅(qū)動(dòng)（VVA）是一個(gè)類似于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的技術(shù)，更多的應(yīng)用于大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上。與其他技術(shù)如斷缸比，可變氣門技術(shù)可以更輕易的實(shí)現(xiàn)增大燃油效率，提高低轉(zhuǎn)速下的扭矩輸出。目前，這一技術(shù)正在被重點(diǎn)研究。
4、閉環(huán)燃燒控制
閉環(huán)燃燒控制的概念是實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)燃燒的過程。這要求從燃料注入就開始控制，包括燃料注入的策略，缸內(nèi)壓力的調(diào)整等。有數(shù)據(jù)表明：閉環(huán)控制可以比傳統(tǒng)意義上的開環(huán)控制提高2%-4%的燃燒效率。
然而，閉環(huán)控制帶來的是系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，這會帶來穩(wěn)定性的隱患，例如傳感器必須深入到氣缸內(nèi)部去探查壓力和溫度，還必須能夠快速的處理數(shù)據(jù)，這還意味著成本的增加。不過，閉環(huán)控制技術(shù)已經(jīng)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上很好的證明其效果，因此，未來，重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)方向上，這勢必也是一個(gè)無法繞過的方向。
影響柴油發(fā)動(dòng)機(jī)效率的四個(gè)研究方向
以上這些技術(shù)，只是在日趨嚴(yán)苛的排放法規(guī)下催生出來的一系列技術(shù)，未來，相信全球排放要求會越來越嚴(yán)苛，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率無論到何時(shí)都是一個(gè)技術(shù)方向，所以在不遠(yuǎn)的未來，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率定會越來越高。
?
