五十铃柴油机知识.docx

说到柴油发动机，不得不提到鲁道夫迪赛尔，这是个重要的人物。他是柴油发动机的发明者，并确立了基本原理，被称为柴油机之父。柴油发动机就是用他的名字命名的。在此介绍一下鲁道夫迪赛尔的发明柴油发动机的苦难道路。在欧洲大革命时代，诞生了柴油发动机 18世纪后半期，欧洲各国在迎来巨大转折期的产业革命时，诞生了世界首辆汽车。第1辆汽车是蒸气汽车。但是，对于持续扩大的产业，蒸气机已无法适应，渐渐地在汽车和汽油发动车等的发动机内部，在燃烧后产生动力，再转移到为内燃机。其中便诞生了具有良好热効率的柴油发动机。发明者鲁道夫迪赛尔在孩子时代开始就接触了该技术 1858年、鲁道夫迪赛尔出生在欧洲唯一的百万人口的城市巴黎。在当时的巴黎，在工学科学方面都享有最高水平的技术。在他12岁以前，经常接触最先进的技术。之后、在短时间内他移居到伦敦，从蒸气机上感触许多。他不久就对机器产生了兴趣，决定去工业学校学习。发明柴油发动机和他成长的环境分不开。和改变人生的恩师邂逅，发明新发动机 改变鲁道夫迪赛尔人生的是和慕尼黑的工科大学的教授的相遇。这位教授叫卡尔林德。从使用近代冷冻技术开始，在学习了当时各种最先端技术后的他，决定开发具有良好热効率的动力机。大学毕业后，在恩师林德的冷冻机公司工作。结婚后有了3个孩子的他，一边开发冷冻机，一边进行不同于柴油发动机和汽油发动机的高效率发动机的研究。这是他已经开始考虑当时独有的发动机。产业革命18世纪后半期开始约1世纪间在欧洲各国和北美兴起的。通过使用机械和工场制，生产上的革命性的变化和随之带来的社会结构的变化。蒸气车蒸气的圧力下利用产生动力的高圧机的汽车。热效率对于利用发动机运转的燃料的热量，发动机工作的比率。研究成果何时能达到，确立柴油发动机的基本原理 在数次失败后，1892年、鲁道夫迪赛尔先生发表了名为今天大家知道的蒸气发动机和取代内燃发动机的合理的热发动机的理论和设计的论文，第二年就取得了专利。长年的研究终于有了成果。在该论文中，叙述了两个柴油发动机的基本原理。一个是燃料和空气分别送入燃烧室，在产生混合气的同时燃烧，这是不均一混合的原则。另外一个是爆发时不使用火花塞自然着火（圧缩着火）的原则。他到处传播该革新的理念。为了实现柴油发动机，最终获得了赞助。从柴油发动机的完成到实际使用的漫长历程 在鲁道夫迪赛尔先生着手研究柴油发动机的实用性时，很快在这一年试作了第1号发动机。但是，由于无法用自力运转，最终失败了。在几次三番的改良之后，只要用一点点力就可以自行运转了。但是，构造复杂无法推向市场。真正实现实用化的是第3号发动机。侧阀型4缸，通过圧缩空气将燃料吹入燃烧室，然后采用圧缩点火的方式。起初重量重，占地方，所以用作陆地上安装用的发动机，被用在了火柴工场。在此之后，受到全世界关注的柴油机和许多公司签订了合同。之后，柴油机摆脱了耐久性差、重量大等的各种问题，从船舶到铁路，而且发展到了汽车的发动机。火花塞燃料和空气的混合气中用电气火花点火的部件。柴油机的特点： 作为日常使用的燃料本身，柴油的能量密度最高，比液化天然气高出近1倍，比汽油高出10%以上。与汽油相比，柴油不易挥发，着火点较高，不易因偶然情况被点燃或发生爆炸。由于两者挥发性和燃点的不同，导致使用这两种燃料的发动机有不同的点火方式。传统柴油发动机的特点：热效率和经济性较好 柴油机采用压缩空气的办法提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃燃点，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。因此，柴油发动机无需点火系。同时，柴油机的供油系统也相对简单，因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机，同时在相同功率的情况下，柴油机的扭矩大，最大功率时的转速低，适合于载货汽车的使用。但柴油机由于工作压力大，要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度，所以柴油机比较笨重，体积较大；柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本较高；另外，柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬季冷车时起动困难。由于上述特点，以前柴油发动机一般用于大、中型载重货车上。小型高速柴油发动机的新发展：排放已经达到欧洲III号的标准传统上，柴油发动机由于比较笨重，升功率指标不如汽油机(转速较低)，噪声、振动较高，炭烟与颗粒(PM)排放比较严重，所以一直以来很少受到轿车的青睐。但随着近年来柴油机技术的进步，特别是小型高速柴油发动机的新发展，一批先进的技术，例如电控直喷、共轨、涡轮增压、中冷等技术得以在小型柴油发动机上应用，使原来柴油发动机存在的缺点得到了较好的解决，而柴油机在节能与CO2排放方面的优势，则是包括汽油机在内的所有热力发动机无法取代的，因此，先进的小型高速柴油发动机，其排放已经达到欧洲III号的标准，成为“绿色发动机”，目前已经成为欧美许多新轿车的动力装置，可以预见，我国将出现越来越多的柴油轿车。柴油机的结构结构图柴油发动机的排放物质是什么？CO2 燃烧含炭元素的物质而产生的。进入本世纪以来随着石油等化石燃料的大量消耗和作为吸收源的热帯雨林被大量砍伐等CO2含量从而得到了飞速增长。而且， CO2造成地球转暖，即所谓的温室效应。相对于汽油发动机来说，柴油发动机燃油消耗量小，所排除的CO2也相对较少。CO 废气排放限制对象 CO是在排放的气体的所含成分中最有害的物质，燃料在氧分不足的状态下不完全燃烧的情况下产生的。 排放量的约90被认为是来自汽车，在各种排放的气体中CO是最初的作为限制対象的。该气体被吸入人体后，会产生溶血反应导致中毒。但是，柴油发动机和汽油发动机相比，燃烧较为充分，所以CO的产生量非常少。HC 排放废气限制対象 氢和炭构成的化合物质的总称。这也是光化学烟雾的形成原因，根据种类不同会对呼吸系统产生影响。PM(粒子物质)黒烟 排放废气限制对象 PM是从柴油发动机中排放出来的颗粒状物质的总称。主要是黒烟，称为SOF的燃烧后剩下的燃料和润滑油成分、轻油燃料中的硫黄成分燃烧后生成的成分所构成的。包括颗粒细小的SPM。NOx(排放气体的限制対象 NO、NO2、N2O、N2O2等各种化合物的总称。在高温下氮分子和氧分子结合后产生的。不只是汽车，香烟和火炉等也会产生。燃烧温度越高越容易产生NOx，因此发动机的设计中必须考虑适当降低燃烧温度。产生的原因CO2 CO2是石油化工燃料燃烧产生的。排放量根据燃烧时的燃料消耗多少成比例増加。柴油发动机的排放量较少，汽油、发动机的排放量相对较多。柴油发动机在汽车的内燃机中热效率较高，燃料消耗率小。而汽油发动机和柴油发动机相比，热效率差，所以，燃料消耗率大，因此CO2排放量较多。CO/HC CO是氧分不足不完全燃烧时产生的。柴油发动机的排放量极少，汽油发动机的排放多。理由是柴油发动机相对燃料空气量充分的状态下燃烧的。汽油发动机相对燃料的空气的比例是几乎一样的，所以在燃烧时引起局部的氧分不足，产生量变多。HC和CO一様，在燃烧时相对燃料的空气不足而产生的。当然、相比柴油发动机，汽油发动机的排放量多了。NOx/PM(粒子状物质)黑烟 NOx是在高温完全燃烧状态下生成的。和之前所说的3种物质不同，NOx在柴油发动机中的排放量多，而汽油发动机的排放较少。原因是柴油发动机不用点火装置，自燃着火而燃烧的原理。我们通常将燃烧阶段分为着火延迟期间预混合燃烧期间扩散燃烧期间后燃烧期间这4个阶段。其中预混合燃烧期间产生爆发性燃烧发生高热，气缸内的温度急速上升。这时，会产生NOx。而且，NOx的成分N和O是在高温时促进反应，这是产生Nox的主要原因。 PM和黒烟是在低温时不完全燃烧状态下生成的。和NOx一样，柴油发动机相比汽油发动机排放量较多的物质。这个原因也在于燃烧的特征。柴油发动机是向气缸内部喷射燃料，混合燃料和空气，混合状态通常不均一，而且在扩散燃烧期间和后燃烧期间气缸内的温度和圧力下降。这些燃烧状态恶化后，引起燃料的蒸烧状态不完全燃烧状态。这时，产生PM和黑烟烟。另外一方面，汽油发动机通常向混合的混合气点火，这样发生不完全燃烧的燃烧过程短了，排放量少了。与全球环境相适应的政策1.在车辆从生产到报废的整个生命周期中，五十铃将积极致力于保护环境。2.为了给下一代留下一个美丽的地球，不仅在五十铃的商业活动中，同时作为一名地球的公民，我们将积极致力于本地和社会的环境保护活动。行动指南1.五十铃在车辆的生产过程中将最小化能源的使用和排放，从而保护环境。2.对于在车辆使用过程中产生的废气、噪音等，五十铃将在车辆的开发和生产过程中降低。我们也将建立环保的物流系统。3.由于资源是有限的，五十铃将致力于提供客户喜爱的耐用车辆，同时五十铃将通盘考虑循环使用以使五十铃汽车在报废过程中可回收。 对于现在使用内燃机的汽车而言，排气的净化是当务之急。五十铃从保护全球环境的立场出发，经过全面、细致的考虑以后，得出了即使在未来柴油发动机也将扮演重要角色的结论。理由是柴油发动机热效率高、燃油消耗也很理想、导致全球温室效应的二氧化碳的排放量也非常少，并且耐久性也非常强。特别是在车重比较大的大型卡车、巴士领域，今后也将不考虑开发柴油发动机以外的车辆。所以我们正在积极地解决作为柴油发动机缺点的氮氧化物与颗粒物的排放问题，使之减少减低。不仅仅是发动机性能，五十铃还在运行成本和运载能力等车辆整体性能的提高方面不懈努力。并且，五十铃的天然气汽车、液化石油气汽车、电动汽车等绿色洁净能源汽车的开发与销售也正在进行之中。 地球变暖 空气污染 中国的现状 氮氧化物和颗粒排放动向 排放法规的趋势 环保技术和柴油机的未来 作为核心的三项技术 大气中含有的二氧化碳会通过化石燃料*的燃烧而增多，这些二氧化碳会吸收地表发出的红外线，使地球的温度逐渐上升。受温室效应的影响，异常气候、海平面上升等异常现象开始频繁发生。 *石油、煤炭、天然气温室效应气体因为人为因素而充满在大气中。 （参照下图）太阳光照射入大气后被地表所吸收，被加热后的地表再向外放射出红外线。温室效应气体将这些热量吸收，造成地球平均气温的上升。* 温室效应气体：二氧化碳、沼气、一氧化二氮、氟利昂等通常状态 （参照下图）充满温室效应气体的状态 排出温室效应气体与造成温室效应的直接影响关系百分比二氧化碳的增加是地球温室效应形成的主要原因 19902100年地球的平均气温变化幅度的预测（1995年）根据预测，地球的平均气温大约会比现在上升3.5摄氏度根据预测，地球的平均气温大约会比现在上升3.5摄氏度 平均温度比现在上升3.5摄氏度时对环境的影响对环境影响的预测海平面上升异常气象的增加影响自然环境影响食物生产影响健康影响经济 城市的大气污染问题主要因为化石燃料的燃烧而产生，许多物质都会逐渐导致大气的污染。其中，人口、交通、工商业都比较集中的大城市的大气污染情况尤为突出。由排出气体所引发的健康问题更是令人担忧。 对特定区域内指定的城市圈内氮氧化物的产生情况进行分析可以得知：汽车约占产生源的51%，并且柴油车又占到汽车排出氮氧化物总量的75%。因此，各个国家地区都对氮氧化物排放作出了的严格规定，氮氧化物排出量的减少对汽车生产厂商来说也是一个亟待解决的问题。氮氧化物的排出状况氮氧化物的成因图解特定区域各种车辆的氮氧化物排出总量图解氮氧化物的总排出量55万吨 PM*是工厂或者柴油发动机排出的颗粒状物质的总称，从产生原因来看的话，由汽车（柴油车）所引起的占43%。其中普通货车占62%，因此，各个国家地区都对颗粒物排放进行了的严格规定，颗粒物排出量的减少对汽车生产厂商来说也是一个亟待解决的问题。*PM：黑烟、SOF（Soluable Organic Fraction、未燃的燃料和润滑剂的成分）、硫酸盐（柴油燃料中的硫磺成分所产生出的物质）PM的排放状况PM成因比例分析柴油车的PM排出量分析PM排放总量6万吨 京都议定书的生效，规定到二零一零年，所有已开发国家排放的二氧化碳等六种温室气体的数量，要比一九九零年减少百分之五点二，但开发中国家没有这项义务。目前，中国的二氧化碳排放量高居世界第二。 2000年，中国排放了30亿吨二氧化碳。莱茵威斯特法伦经济研究所预计，到2020年，中国排放的二氧化碳总量将达到55亿吨。从1980年至2002年，中国一期能源的消耗量翻了一番。专家们认为，中国准备征收的环保税看起来几乎不会促成气候的改善。按照莱茵威斯特法伦经济研究所的模拟计算，到2020年为止，中国征收环保税、使煤炭价格提高2.5的计划只能使二氧化碳的排放量降低4%。 根据京都议定书，各已开发国家，从二零零八年到二零一零年，必须完成的削减目标是，与一九九零年相比，欧盟要削减百分之八、美国要削减百分之七、日本削减百分之六、加拿大削减百分之六、东欧各国削减百分之五至八，纽西兰、俄罗斯和乌克兰可将排放量稳定在一九九零年的水准上。 报导说，目前中国的二氧化碳排放量已位居世界第二；甲烷、氧化亚氮等温室气体的排放量也排名世界前列。而由于技术和设备的落后，中国的单位国内生产总值温室气体排放量较高。 一项预测显示，到二零零五年前后，中国的二氧化碳排放总量很可能超过美国，达到世界第一位。届时，中国的人均二氧化碳排放量也可能达到世界平均水准。 大气对人类生存具有非常重要的意义。一个成年人每天大约要呼吸10立方米的空气，在总面积达6090平方米的肺泡组织上进行气体的吸收和交换，以维持正常的生理活动。10立方米空气相当于13千克，充足和洁净的空气对人体健康是时刻不可缺少的。 大气污染来源主要有三个方面：一是生活污染源，包括饮食或取暖时燃料向大气排放有害气体和烟雾；二是工业污染源，包括火力发电、钢铁和有色金属冶炼，各种化学工业给大气造成的污染；三是交通污染源，包括汽车、飞机、火车、船舶等交通工具的煤烟、尾气排放。 据世界卫生组织对60个国家10-15年的监测发现，全球污染最严重的10个城市，中国占8个。 1995年，据87个城市监测，大气中总悬浮微粒年日均值为55732微克/立方米，北方城市平均392微克/立方米；南方城市平均242微克/立方米。45个城市年日均值超过国家二级标准，占监测城市数的51.7。据84个城市监测，降尘年月均值3.7060.13吨/平方公里，平均值为17.7吨/平方公里月，南方城市降尘量平均值为10.16吨/平方公里月；北方平均值为24.73吨/平方公里月。 据88个城市监测，二氧化硫年日均值2424微克/立方米，北方城市平均值为81微克/立方米；南方城市平均值为80微克/立方米，南北方城市总体污染水平相近。超过年日均值标准的城市为48个，占监测城市数的54.4%。 据88个城市监测，氮氧化物年日均值12129微克1立方米，北方城市平均值为53微克/立方米；南方城市平均值为41微克/立方米，北方城市较南方城市污染严重。氮氧化物已成为广州、北京冬季的首位污染物，表明我国一些特大城市大气污染开始转型。 由于大气受到污染，一些地区开始形成酸雨区。我国的酸雨区主要分布于长江以南、青藏高原以东地区及四川盆地。华中地区酸雨污染最重，其中心区域酸雨年均pH值低于4.0，酸雨频率在80以上。西南地区以南充、宜宾、重庆和遵义等城市为中心的酸雨区，近年来有所缓减，但仅次于华中地区，其中心地区年均pH值低5.0，酸雨频率高于80。华东沿海地区的酸雨主要分布在长江下游地区以南至厦门的沿海地区，该区域酸雨污染强度较华中、西南地区弱，但区域分布范围较广，覆盖苏南、皖南、浙江大部及福建沿海地区。华南地区的酸雨主要分布于珠江三角洲及广西的东部地区，重污染城市降水年均pH值在4.55.0之间，中心区域酸雨频率在6090范围。广西地区的酸雨污染较普遍，除南部滨海地区，大部分地区酸雨频率在30以上，酸雨区沿湘桂走廊向东西扩展，东与珠江三角洲相连。中国城市大气中的总悬浮微粒和二氧化碳含量是世界上最高的，1997年全国烟尘排放量达1873万吨，二氧化硫排放量达2346万吨。大气环境符合国家一级标准的城市不到1%。62%的城市大气二氧化碳日平均浓度超过3级标准。全国酸雨面积已占国土资源的30%，华中酸雨区酸雨频率高达90%以上。全国因酸雨和二氧化硫污染造成的损失每年达1100多亿元。大气污染损坏人体呼吸道系统，危害心脏血管的健康，加大癌症发病率，影响人类基因，造成遗传疾病。 柴油发动机节省燃料，耐久力强，能够发挥从低转速区开始扭矩均匀提高的特性。目前在日本，90%以上的物流都是通过卡车运输，其中大多数都是柴油车。为人类生活、社会发展作出杰出贡献的柴油发动机，除了导致地球温室效应的二氧化碳的排放量极少之外，还能对应天然气等替代燃料，在环境保护方面可谓兼备数项优势。燃烧循环柴油机发动机汽油发动机1只吸入空气吸入混合气2压缩压缩3燃料喷射（混合空气与燃料）点火（火花塞）4燃烧（自然点燃）燃烧5排气排气 超洁净柴油发动机就是能同时实现低排放、低油耗、高功效、低噪音的跨时代的柴油发动机。五十铃为了提高柴油发动机本来就拥有的低油耗、低二氧化碳排放、马力强劲等特点，将进一步减少氮氧化物、颗粒物作为了研究的课题。 作为核心的三项技术 超洁净柴油发动机的关键，是将作为核心技术的三项技术整合并同时实现。其中，第一项是最佳燃烧控制技术、第两项是后处理技术、第三项是对上述两项技术进行精确控制。 为使超洁净柴油发动机早日能够实际投入市场，五十铃正在坚持不懈地努力开发中。在燃烧方法上下功夫，使排放变得清洁！带有中冷的涡轮增压器EGR冷却系统单向EGR冷却系统依靠颗粒物触媒转换器（氧化触媒）减少颗粒物排放的系统将积存在排气管内的颗粒物/黑烟燃烧并且除去使用触媒使氮氧化物转变为无害气体并且排出！在排气中喷射尿素水溶液 完全燃烧时产生的氮氧化物与不完全燃烧时产生的颗粒物，可以表示为如图所示的关系。 五十铃运用先进的洁净技术成功减少了极难同时减少的氮氧化物与颗粒物的产生与排放。 氮氧化物与颗粒物的相互关系可替代燃料汽车：创造更绿色的未来 除了要大力发展清洁柴油发动机，五十铃正致力于将具有极低排放量的清洁发动机引进市场。五十铃正进行大范围的研究与开发致力于用替代燃料作为发电机能量的来源，并且早已成功地将多种使用不同替代燃料地发动机和车辆引进市场。从未来人们的需求出发，五十铃对其自主研发的几种替代燃料发动机的优点及潜力进行逐一评估。不同的替代燃料具有不同的特性及优点。如果将使用柴油发动机作为核心模块，那么基于不同的运用，为了最大程度地利用有限的能源，可能将诞生一系列的新型燃料发动机。压缩天然气动力车辆 市区里行驶距离短，要重点考虑降低空气污染。五十铃已经在市场上投放了使用压缩天然气作为动力车辆，它的一氧化碳和碳氢化合物排放量极低，事实上根本没有颗粒，并且产生的二氧化碳也很少。N系列/ELF CNG-MPI是日本畅销压缩天然气车辆中的最新款，约占70的市场份额。配备拥有高度精确电气控制的多点喷射系统，新款ELF CNG-MPI是日本第一款符合新长期排放标准的压缩天然气车辆。这款车辆可以达到所有清洁能源车辆中最干净的废弃排放。它不会产生颗粒或黑烟并且噪音很小，是城市凌晨和深夜运输的理想选择。在不久的将来，五十铃将开始这些车辆的有限出口。 五十铃天然气多点喷射燃料系统柴油混合动力汽车混合动力汽车通过使用双动力系统来实现低排放和能源的节约，已被证明在中短途的行驶中是最理想的方案。此外，混合动力汽车无需对当前的设备进