柴油机节能.docx

1、柴油机节能分类号 编号摘要 ：本文主要介绍的是柴油机节能途径。分别从提高柴油机的有效功率和经济性两个大项，或简或细的分项介绍。有些途径已经达到极限不能提高，有的是当代研发的主要方向。提高柴油机有效功率的途径主要有：增加没转的工作行程数、增加气缸数、提高柴油机的转数、增大气缸直径、增大行程及提高柴油机平均有效压力。提高柴油机经济性的途径主要有：使用定压涡轮增压系统和高效率涡轮增压器、增加行程缸径比、改进燃油喷射系统、增大压缩比、改善换气过程提高换气质量、柴油机废热再利用等。关键词：柴油机；节能；有效功率Abstract：This paper mainly introduces diesel en

2、gine energy saving way. From improve the effective power of diesel engine and economy of two major items, or simple or detailed breakdown of introduction. Some ways of reaching the ultimate not improve, some of them present the main direction of research and development. Enhance diesel engine effect

3、ive power mainly : increasing the number of strokes didnt turn increase the number of cylinders, improve the speed of diesel engine, increasing the cylinder diameter, increasing travel and increasing diesel engine mean effective pressure. Enhance diesel engine economy mainly using constant pressure

4、Turbo System and efficiency of turbocharger increase the stroke - bore ratio, improvement of fuel injection systems, increase the ratio to improve the ventilation process of improving air quality, diesel engine waste heat reuse.Key words：diesel engine; energy-saving ; effective power 目 录绪 论 11节能型柴油机

5、技术已被中国企业掌握 22.1 提高柴油机有效功率的途径 32.1.1 增加每转的工作行程数 32.1.2 增加气缸数 42.1.3 提高柴油机的转数 42.1.4 增大气缸直径 42.1.5 增大行程 42.1.6 提高平均有效压力 52.2 提高柴油机有效途径 72.2.1 使用定压涡轮增压系统和高效率涡轮增压器 72.2.2 径比 82.2.3 喷射系统 82.2.4 增大压缩比 92.2.5 改善换气过程提高换气质量 92.2.6 柴油机废热再利用 10结论 11致谢 12参考文献 13绪 论 中华人民共和国节约能源法所称节约能源（简称节能），是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合

6、理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。我国快速增长的能源消耗和过高的石油对外依存度促使政府在2006年年初提出：希望到2010年，单位GDP 能耗比2005年降低两成。这个指标结合在一起，就是我们所说的节能。金融危机爆发以来，世界造船业受到严重影响，在船厂工作的时候，就听到这两年有的船东故意压价甚至弃船的事。如何在竞争中占有有利位置，成了各个企业首先要考虑的问题。造船业的萧条，使得船用柴油机市场也变得产能过剩。如何提高柴油机节能，使得其拥有良好的性价比，是众多科技工作者研究的主要问题。近年来，国际海事组织对柴

7、油机的环保节能性能有了越来越高的要求，而随着燃料价格的上扬，船东都在寻求运营成本更低的柴油机，对柴油机节能性能的要求越来越高。1节能型柴油机技术已被中国企业掌握2011年是国家“十二五”规划的最后一年，这也意味着2011年将会是落实五年计划的关键年份。日前，工信部率先发表了2011年内全国工业和信息化工作报告，报告中列明多项重点任务需处理，其中，最引人注目的莫过于支持新能源与节能环保产业的发展。 根据工信部的工作报告指出，其中一项重点任务是继续落实国家一篮子计划，包括加强柴油机节能降耗和减排治污，加快研发和推广新技术、新设备和新材料，以推动新能源和节能环保产业的发展。 过去大部分关键零部件技术

8、都被国外先进的零部件企业所掌握。在节能柴油机技术上，在传统柴油机企业中，以玉柴、潍柴为代表的企业，正加速技术的升级。其中玉柴大踏步前进，研发出了C6J350-40和YC4FA185-40两款两级增压的低碳节能高效发动机，并已成功试运行。 玉柴生产的YC6108ZLC系列柴油机，在大排量柴油机市场上已取得了赫赫战果。潍柴的机型为WP12C450/WP12C400/WP12C350的柴油机最低燃油消耗率192g/kwh，净重为1200kg 2. 柴油机节能可查的船舶历史距今已经有三千多年，在历史长河里，船舶建造技术也在不断的进步。作为一名即将投入到我国船舶工业的一名轮机毕业生，在这里我的毕业论文说

9、的是关于船舶主机节能的一般途径。石油是一种不可再生资源，产量相对集中，一直是国际社会的争夺焦点。目前世界石油产地主要是中东和俄罗斯。石油价格受地缘政治、突发事件、国际资本流动与供求关系影响一直是动荡不安的。国际金融危机爆发以来，越来越多的技术工作者认识到进行一场世界船用柴油机产业变革已经刻不容缓。最近几年，世界先进柴油机厂商纷纷加大技术研发力度，不断开发新产品和推出新机型，通过技术创新提高船用柴油机节能、环保方面的性能，为客户提供更为优质的产品和服务，以此获得更多的订单、赚取更多的利润，以便在激烈的竞争中占据有利地位。毋庸置疑，船舶的核心就是主推进装置，而主推进装置的核心又是主机。由于柴油机有

10、有效热效率高、功率范围广、体积小及机动性强等特点，目前绝大多数主机位柴油机。柴油机节能简单的说就是指提高柴油机有效功率和经济性。2.1 提高柴油机有效功率的途径柴油机有效功率计算公式： Pe=（/8000）（v D i m p）可知提高柴油机有效功率与以下方面有关：1) 增加没转的工作行程数2) 增加气缸数3) 提高柴油机的转数4) 增大气缸直径5) 增大行程6) 提高平均有效压力2.1.1 增加每转的工作行程数增加工作行程数来提高柴油机有效功率，目前还行不通。曾经在船用主机上采用过双作用式，结果事与愿违，出现了很多问题。由于结构复杂，只经过简单培训的轮机员根本无从下手，维修很不方便，很快就淹

11、没在历史的长河里。2.1.2 增加气缸数气缸与活塞、缸盖组成燃烧室。增加气缸数目可以显著增加柴油机有效功率。一般来说，V型柴油机比直列式气缸数目多。现在直列式柴油机最多缸数为12，V型柴油机最多缸数为20。但增加气缸数目，同样会出现问题。缸数的增加，随之的是曲轴的长度增加。在柴油机中，曲轴是柴油机受力最复杂的零件之一。它承受着各缸交变的气体力、往复惯性力、离心力及它们产生的弯矩和扭矩的作用，使曲轴产生很大的交变的弯曲和扭转应力，并且都是疲劳应力。曲轴长度的增加，使曲轴刚度下降，让本来就承受应力集中现象的曲轴可能出现严重磨损甚至断裂，造成及其严重的影响，所以对于缸数的增加一定要有一定的限度。2.

12、1.3 提高柴油机的转数提高柴油机转数也是提高柴油机有效功率的一种方法。为了使柴油机可以稳定可靠的工作并且具有较长的工作寿命，转速是必须受限制的。柴油机在不同负荷下转速的特性规定范围不同，如果超出这个范围，就不能正常工作，出现异常磨损，降低寿命，使经济性下降。另外，转速的增加，在发动机与螺旋桨轴之间还要增加减速箱，用来提高螺旋桨的工作效率，但使传动的损失增大。现在大功率柴油机的转速大约在300600r/min之间。2.1.4 增大气缸直径气缸直径是指气缸的内径。用增加汽缸直径的方法，同样可以使柴油机的有效功率显著增加。在柴油机改进的过程中，缸径是不断增加的。但缸径的增加时受到很多条件限制的。柴

13、油机运行时，气缸内壁要受到燃气的高温、高压和腐蚀的影响，需要较大的散热面积。在缸径增大后，缸径的相对散热面积势必会减少，从而使气缸活塞这样本来就受到高负荷和高应力的部件承受压力进一步增大，产生不良影响，影响柴油机正常工作。另外，缸径的大小，同样受到材料和技术水平的限制，未必能生产出大的缸径。目前，低速船用柴油机的最大缸径位1060mm，中速船用柴油机的最大缸径为650mm，高速船用柴油机的最大缸径为280mm。2.1.5 增大行程行程是指活塞从下止点运行到上止点的直线距离。增大行程可以提高柴油机的有效效率。行程缸径比s/D使柴油机的主要结构参数之一，对柴油机热负荷、扫气效果、混合气体形成、曲轴

14、刚度、轴系的震动等都有不同的影响。一般来说柴油机转速不同缸径范围不同： 低速柴油机s/D =1.71 2.26 中速柴油机s/D =1.00 1.80 高速柴油机s/D =0.90 1.25所以缸径和行程的增大必须是同时的，故在改进与革新中行程也是一直在的增大的。但行程的增大同时带来活塞的平均速度增加，从而增加了活塞的惯性力，增大了机械应力。机械应力的增加必然导致柴油机寿命降低，因此限制了活塞行程增加的程度。以上这些方法都已经不是现在技术人员主要研究方向了。主要受到材料本身的影响。让我提出有建设性的想法，实在有些牵强。在船厂工作了有一个多月，发现很多不好的工作方法，虽然说不好，但如果等我工作了

15、一两年，也会这样吧，社会这个大染缸，谁又能真正脱俗呢？刚进船厂时，发现很多都有些不可思议，感觉老师傅们的技术真的有点如火纯青了。可是慢慢发现，船厂的自动化机械化确实不高，刚开始看到造船的全过程第一个想法就是这样结实吗，能不能日夜抵挡海上的大风大浪。小心的询问后得到的结果总是“行，安上就行”。这可能就是长时间工作后产生的人的惰性吧，我个人觉得，如何提高机械化，对于节能将是突破性的进展。什么时候不在靠经验来判断，由机器代替人，那么对于我国的船舶工业将是跨越性的发展。可能是我在的船厂比较小，发现了很多不规范的地方，我想我国的船舶工业就像一个很大很大的空壳，需要往里面投很多很多新的东西，这也是我和同学

16、们需要长期努力的方向吧。2.1.6 提高平均有效压力在现代柴油机设计中，提高平均有效压力成为提高柴油机整天压力的主要方法。平均有效压力计算公式： Pe =pi m由公式可知，提高平均有效压力要通过提高平均指示压力和机械效率来实现。机械效率表示的是柴油机的机械损失大小。机械效率的大小不仅取决于设计和制造质量，还受柴油机负荷、转速、滑油和冷却水温度影响。在转速一定时，机械效率会随负荷的增大而增大，随负荷的减小而减小。空车运转时机械效率为0.滑油温度和冷却水温度同样也影响机械效率。一般，适当提高滑油和冷却水的温度，来提高机械效率，但温度不能过高，否则会使油膜遭到破坏，不能正常润滑从而降低机械效率，甚

17、至发生重大事故。在现代船船用柴油机上，多是采用短裙或者是超短裙及减少活塞环的方法来提高机械效率。提高机械效率的方法还有不少，也是很必要的。有关研究发现，柴油机工作时，燃烧气体在活塞顶上的指示功，要通过活塞、活塞销、连杆、曲轴、轴承等运动件不断的传递到才能将功率输出从而对外作功。在这么多的传递过程中，必然伴随着运动件所引起的摩擦损失、克服流动阻力、驱动附属机构的功率消耗以及进排气过程中所引起的泵气损失功。其中活塞及环与气缸的摩擦损失就占到总损失的一半，主轴承与连杆轴承的摩擦损失占24%，泵气损失14%，驱动配气机构消耗的功率6%，驱动喷油泵、水泵消耗的功率占6%。减少机械损失提高工作效率，可以有

18、以下措施：1.实现完整的流体润滑膜根据摩擦学原理，想要减少相互运动零件表面之间的摩擦损失，就必须在相互运动表面之间实现完整的流体膜摩擦。要实现完整的流体润滑膜有如下要求：具有可以促使油楔形成的收敛表面。有足够的润滑油量且保证运动件表面之间有合适的间隙。润滑油必须有适当的粘度。2. 优化结构设计减少活塞环数目不仅可以降低活塞和内燃机的高度与净质量，而且还可以有效的减少磨擦损失。改进活塞结构，减轻活塞质量，缩短活塞裙部长度，在裙部设置底凹部以减少与气缸壁的接触面积；用桶面活塞环代替矩形环；合理设计活塞裙部型面；降低滑动速度与减少滑动面积，减小凸轮轴与曲轴轴颈以及轴瓦宽度；提高回转件的钢度，以防止曲

19、轴与连杆的变形；减小摩擦副之间润滑油的搅拌阻力等，均可减少运动件的摩擦损失。采用直喷式燃烧室有利于降低机械损失。应用新材料：采用强度大，摩擦系数底，顺应性强，对异物质嵌藏性与抗粘着性好的材料，能有效地降低摩擦损失，提高机械效率和使用寿命。3. 提高附件效率采用体积小，质量轻，效率高的附件，以及减小传动损失，均有利于降低内燃机的机械损失。现在无论研究什么都是这个目标吧，用一个词叫简约时尚，怎么减少材料怎么增大功能，怎么来吧。4. 提高制造和装配质量中国的造船还比较落后，工人的操作环境比较恶劣，设备也比较落后，还有管理不到位。虽然我没有到国外的船厂去参观过，但世界上先进的造船厂机械化水平肯定比京鲁

20、这样的船厂好很多吧。我想这是现在或是以后很长一段时间很难改变的，这也不是每年造多少船能够解决的。 我个人认为提高制造和装配质量，首先要尽量用机器代替人，这也是我个人努力奋斗的目标吧。5.降低传热损失 对直接与高温燃气接触的换热壁面实行隔热时，不仅能降低传热损失与燃油消耗率；而且因工质与壁面温度的提高，使滞燃期缩短，燃烧特性得到了改善，又提高了内燃机功率，降低了热效率，降低了燃烧噪声、CO、HC与颗粒的排放量；同时，也降低了金属壁面的温度，使工作可靠性得到提高。另外还有采用局部冷却，精密冷却，可变高温冷却，都可以降低传热损失。6.保持柴油机良好的运行状态这是每个轮机员所关心的问题，对一个从没上过

21、船的人来说，我个人觉得出现问题一定不能托，一定要及时解决，否者小毛病汇聚在一起一定会成为大毛病。平均指示压力pi就是是指单位气缸工作容积所作的指示功。将空气进行压缩提高其压力，密度提高后，再送入汽缸里，就能增加空气量，这样的方法称为增压。增压的实际意义就是用提高进气密度的方法增加气缸的充气量，来燃烧更多的燃油，从而提高柴油机的功率。2.2 提高柴油机有效途径以上是关于提高柴油机有效功率的途径，下面是关于如何提高现代柴油机经济性途径。2.2.1 使用定压涡轮增压系统和高效率涡轮增压器在引入涡轮增压技术以前，柴油机汽缸中的空气靠自然吸气来完成，但自然吸气存在空气密度低、燃料燃烧不充分的严重缺陷。引

22、入涡轮增压技术以后，涡轮增压器可以大幅提高柴油机的进气密度，使燃料燃烧更充分，大幅度地增加柴油机输出功率，同时可以减少有害气体的排放量。目前，国际上几乎所有的柴油机都使用涡轮增压技术，可以说，涡轮增压是柴油机发展的一个飞跃。 涡轮增压发动机依靠涡轮增压器来加大发动机的进气量。涡轮增压器利用发动机排出的废气作为动力来推动增压器中的涡轮，涡轮转动的同时带动增压器中的压气机叶轮，叶轮压缩通过空气滤清器管道送来的新鲜空气，再送入汽缸。当发动机转速加快时，高速的废气推动涡轮提速，空气压缩程度就加大，进气量大幅度增加，汽缸内燃料燃烧更充分，动力输出也就更高。 虽然涡轮增压技术在提高柴油机效率、降低有害气体

23、排放上有很大的作用，但随着客户对柴油机经济性的要求越来越高和IMO等国际组织对船用柴油机的排放法规越来越严格，该技术现有水平已无法满足需求。因而，世界先进柴油机厂商近年来对涡轮增压技术进行了积极的改进和升级，以增强柴油机的性能。(1）开发两级涡轮增压技术 油机采用的是一级涡轮增压技术，其产生的压力相对较低，使压缩进汽缸的空气量有限，汽缸中的燃料不能充分燃烧。这不仅浪费了大量的燃料，也使柴油机的废气排放量偏高。瓦锡兰集团和MAN柴油机公司都成功开发出新型的涡轮增压技术，通过使用两级涡轮增压器来增大压力，增加汽缸中的空气量，解决一级涡轮增压器压力不足的问题。 增压系统是由两个大小不同的涡轮增压器串

24、联组成。其工作原理是：利用发动机工作产生的废气的能量，驱动体积较小、增压度较高的涡轮增压器，然后再驱动体积较大的、增压度较低的涡轮增压器。低压比涡轮增压器的压缩机将周围的空气压缩，然后经过一个直接相连的冷却器，将压缩后的空气传送到高压比涡轮增压器的压缩机中；在此之前被压缩过的空气再次被压缩，再经过一个空气冷却器，传送到发动机汽缸。经过两次压缩，可以大大增加进入汽缸的空气量，从而使发动机中的燃料燃烧更充分，大大提高发动机的输出功率和功率密度，并大幅减少有害气体的排放量。该技术能大幅提高柴油机的效率，输出功率和功率密度能够提升近10个百分点，同时降低燃油消耗和二氧化碳排放量。 (2）开发VTA(V

25、ariable Turbine Area）涡轮增压技术 柴油机的最大优点是它可实现小排量、高功率、大扭矩，尤其是其扭矩输出增加明显。但由于涡轮介入程度取决于转速高低，在柴油机低负荷和低速运行下，涡轮增压器不能以最大的效率工作，因而压缩至汽缸内的空气量有限，不能使燃料充分燃烧。这是传统涡轮增压技术的严重缺陷。MAN柴油机公司开发了VTA涡轮增压技术，有效地解决了这一问题。VTA技术使得柴油机处在任何负荷和速度运行时，都能根据燃油的喷入量自动、持续、精确地匹配压缩空气的进入量，解决了传统涡轮增压器只能在事先设定的发动机负荷点实现最大效率的问题。这大大提高了燃料燃烧的效率，节约了燃油，大幅削减了碳氢

26、化合物、二氧化碳、煤烟的排放量。据测算，其燃油节约量为4克/千瓦时。如果全世界所有船舶的发动机都使用VTA技术，那么每年将减少排放约790万吨二氧化碳。MAN柴油机公司已经成功地将VTA技术应用到大型涡轮增压器上，该涡轮增压器将安装在燃烧重质燃油的大型柴油机上。大连船用柴油机有限公司生产的6S50ME-B型柴油机和上海中船三井造船柴油机有限公司生产的SK80ME-C型柴油机，都将安装采用VTA技术的高效废气涡轮增压器。 2.2.2 径比增大缸径比一方面可以增加燃气的膨胀功，还可以在保持活塞平均速度不变的情况下大幅降低柴油机转速，由此显著提高螺旋桨效率。2.2.3 喷射系统 燃油喷射系统的性能对

27、柴油机的燃烧过程有着重要的影响，改进燃油喷射系统是提高柴油机效率、节约燃油和降低排放的有效办法。目前船舶大型低速柴油机使用的燃油喷射系统是传统的机械式喷射系统，该系统由于结构上的限制，不能同时满足柴油机发展的经济性和排放的要求。此外，目前机械式燃油喷射系统的可变正时机构，只限于少数类型船舶大型低速柴油机使用，而且由于结构复杂，在使用过程中其准确性和可靠性都不太理想所以机械式燃油喷射系统很难满足柴油机经济性、可靠性的发展要求。 油喷射系统应具有如下性能：高喷油压力，且大小可根据工况需求灵活调整；精确而灵活地控制喷油定时和喷油量；喷油率的优化控制；与整机匹配灵活。具备以上柔性控制功能是燃油喷射系统

28、发展的必然趋势。高压共轨燃油喷射系统正是顺应以上需求而诞生的，且已得到了很大发展。高压共轨燃油喷射系统能够精确、柔性地控制柴油机喷油量、喷油定时和喷射压力，且性能优越，在满足柴油机经济性、动力性和日益苛刻的排放法规的要求上有着广阔的前景。 2.2.4 增大压缩比压缩比是气缸总容积与压缩容积之间的比，是柴油机的一个重要的性能结构参数。在一定范围内，增大压缩比，可以明显提高柴油机的性能参数，但当压缩比大于12后对经济性影响减弱。压缩比过高时，将由于余系高度过小不利于雾化和混合，而影响经济性。2.2.5 改善换气过程提高换气质量 换气过程是指从排气开始，经进气到进排气门全部关闭为止的整个工质更换过程

29、。由于气门流通截面积与气缸内工质压力、温度的不断变化，及进、排气管内气体压力、温度的不断波动，因而是一个复杂的气体流动过程。换气的完善度直接影响到内燃机动力性、经济性与排放特性的好环及热负荷的高低。完善的换气过程应该是进入气缸内的新鲜空气多，废气清扫彻底，单位功率所消耗的换气功少。一减少进气系统的流动损失 1、增大进气门流动截面积。 截面积可通过增大气门直径于气门升程，或采用多气门结构来实现。 2、改善流动特性，减少流动阻力系数。 设计和精心制造配气机构、气道及空气滤清器，使进气系统中每个元件都设计成流动阻力最小，而又不影响它的功能时，显然有利于减少流动阻力系数。 3、改进凸轮轴设计。 系数大

30、和工作平稳性好的配气凸轮，是保证内燃机具有良好充气性能和有利于减轻整机振动于噪声的一个重要方面。二降低排气系统的流动阻力损失在排气系统中，最小流通截面积在排气门座处。在气门升程不大时，气流充满气门隙，在进入空间较大的排气道时，形成射流，气流本身的动能大部分形成涡流而被损失掉。在升程较大时，气流从气门座和气门盘的下缘开始脱离，并立即形成于气门杆同轴线的射流。由于节流损失不是太大，有相当一部分的气体动能可能变成压力能。与进气管的设计原则一样，应避免排气道内横截面积的突变、急转弯和凸台，设计流动特性好的排气支管和流动阻力小的消声器，都有利于降低排气系统的流动阻力损失，提高充量系数。三降低进气温升降低

31、进气道、活塞、气缸、气缸盖、排气门等零部件的温度，减少新鲜空气于高温零部件接触的时间与接触面积，都是降低进气温升的方法。2.2.6 柴油机废热再利用简单的说就是废物的重复利用，利用排除的废气、废水中的能量。从中榨取最后一分价值。柴油机的排气温度在400摄氏度以上，属于中温余热，排气量约为燃油的20倍以上，故排气中能量很大。设置废气锅炉，可以使废弃温度从原来的四百多度降到270度左右，但废气温度依然很高，在远洋大型轮船中，常采用在废气锅炉后安置热管锅炉的方法。对废气进行二次利用的方法。以上就是我对主机节能的一些浅淡的见解，由于题目太大，我的能力有限，内容显的繁杂而没有重点。结论现代主机节能主要是

32、用定压涡轮增压系统和高效率涡轮增压器，这也是主要的研究对象。中国的核心重工业还比较落后的今天，我觉得，在研究新的技术的同时，尽可能提高机械化是必不可少的。不能有一两个龙头企业吃香的喝辣的，其他企业连温饱都解决不了，这样对我国整个船舶工业的发展也是不利的。工作的一段时间，看到企业过多的依赖人力，工人们衣衫褴褛的工作，真的很无奈。突然想到我国还是社会主义，曾经的工农兵学商，呵呵，大概是时代不同了。发展科技是为了什么？对我们整个国家来说，怎样让人民过上好日子才是真理，对于那些骑在人民身上所谓的达人，只能用鄙视的眼光。说了这么多和论文没有关系的话，是想说研究核心技术固然重要，它是建在中国千万万工人基础上的，提高他们的工作环境是已经是刻不容缓了，要么中国这座大厦的根基就要动摇了。前些天，又看到对毛泽东思想的争论，说已经过时了，因为这些还和朋友们