影响柴油机油耗因素及采取的节能措施_成强.pdf

年第 期影响柴油机油耗因素及采取的节能措施成强（山东云内动力有限责任公司，山东 潍坊 ）摘要：柴油机油耗的增加不仅增加了能源消耗率，还增加了环境治理负担。随着世界局势的不断变化，各个国家也开始将能源使用作为未来发展重心，以便于全力避免能源枯竭问题。而根据该情况，本文将现有的柴油机技术作为突破口，分析柴油机耗油关键因素，并结合现代柴油机运行原理，总结出有效改善柴油机的节能措施，从而提高柴油发动机的经济效益与环境收益，提高柴油机利用满意率。关键词：柴油机；柴油机系统；节能措施；环境保护中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，：；作者简介：成强（），男，山西太原古交市人，汉族，本科，中级，方向：内燃机。柴油机的运行效率与油耗系数直接相关，所以也是各国技术突破的主要方向。在实际应用中，柴油机主要应用于轮船、汽车的动力提供中，其运行状态不仅决定了该类运输载具的运输效率，并与载具的运输安全息息相关。在本文中，笔者通过对柴油机的基础属性进行分析，从振动、水温、排气、功率、油压等方面分析了影响柴油机油耗的主要原因。本文提出利用智能诊断系统辅助进节能，扩大运输优势。另外，本文也讨论了柴油机运行中的热效率和清洁排放要求，以保证柴油机的运行能够符合现代绿色生产需求。柴油机相关概念 背景介绍第一台狄赛尔柴油机诞生于 年德国，基础功率为 瓦特，不过生产效率远超于当时的蒸汽机与其他类发动机。而在经过简单改进后，柴油机被开始广泛运用于商用船、军用舰艇、汽车和农业机械等领域，并充当各类器械的主要动力源。不过，由于柴油机工作环境复杂多变，设备维护条件差，柴油机的油耗也难以控制。而随着动力源类型的不断增加，柴油机相关技术的发展速度开始降低，其应用场景也开始边特定化。但整体上，柴油机的依然有较大基数。发展现状柴油机技术是世界机械制造业中的关键，其发展与汽车、机械制造、船舶运输直接相关。在部分国家，柴油机也被用 于 军 工、通 讯、石 油 等 行 业 中。在 发 展 形 势 上，从 年起，柴油机销量持续上升，已突破，万台。而即便是进入后疫情时代，内燃机的销量下滑也仅仅只有，降幅远低于其他工业类型。不过，随着全球气候峰会的召开，各个国家在柴油机制造上也达成了共识，也就是在保证柴油机运行效率的状态下为其增加节能环保属性，发展绿色经济。柴油机油耗影响因素与处理方式 系统损耗所造成的油耗增加（）供油系统供油系统承担着柴油的过滤、供给、储存等功能。常见供油系统故障集中在喷油泵、喷油器及输油泵等位置，以供油通道堵塞与高压油管磨损为主。供油系统故障表现为供油量不足或不供油，因此，在供油系统故障时应首先检查油箱是否缺油，排除油量不足后检查过滤器与油管是否堵塞，并观察油管中是否存在大量气泡。若油管堵塞，应加以清理，若过滤器出现堵塞，应更换滤芯，若发现大量气泡，应查明进气原因，逐段排气。在柴油机工作过程中，针阀偶件会受到频繁的冲击，针锥面出现磨损，严重时会导致漏油。发现针阀偶件磨损严重时，应进行成套更换。着重处理点：活塞环活塞环能够及时处理缸壁上的过剩油污，保证该部分的清洁。不过在日常维护过程中，大多数技术人员会忽略二气环的功能，进而导致油耗增加。二气环能够保证气体的密闭性，避免润滑油高温烧焦。若该不减长时间得不DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.13.013内燃机与配件 到维护，气体密闭性会降低，高温气体的大量流入会直接影响润滑质量，降低活塞环的流动性，并带来漏油问题。（）压缩系统压缩系统是柴油机对外做功的部件，压缩系统需要压缩可燃混合气体，所以柴油机的压缩系统对气密性要求很高。当柴油机系统出现漏气时，其主要表现为柴油机启动困难及油耗增加。压缩系统漏气的主要部位有活塞环漏气、气门漏气、喷油器孔漏气。旧机活塞环漏气的主要原因是活塞环磨损；活塞环弹力不足、活塞环开口位置不对。其磨损程度达到极限时应更换新件，并且检查新件在环槽内活动是否灵敏，孔径圆柱是否适配。造成气门漏气的原因有减压器调整不当、气门出现凹穴或积碳等。减压器调整不当时，减压轴抵住气门摇臂与进气门，使气门漏气，应将减压手柄自由行程进行调整至 之间。柴油机长期运作或封存时间较长后，应先使用粗气门砂，再使用细气门砂涂抹在气门锥面上，使气门来回转动，直到气门锥面磨出乳白色光泽为止。喷油器压板装反，用于密封的紫铜垫圈磨损是喷油气座漏气的主要原因；及时清洁喷油器喷孔处的毛刺与更换喷油器紫铜垫圈能较好的维护喷油气座，保证柴油机油耗。（）进排气系统进排气系统负责向气缸提供充足的空气以及排放燃尽后的废气，这是柴油机正常运作的必要条件。由于柴油机的工作环境恶劣，空气品质不佳，加上各零件都长期在高温高压的环境中工作，进排气系统故障在所难免，对进排气系统的改进研究具有重要意义。进排气系统往往存在冷热交替以及高速运转，安全问题隐患仍然存在；防止震爆问题不仅要在燃油中加入添加剂，还要对进气口对空气的过滤加以重视。在以上安全问题得以保障的同时，改善现有的高压压缩进气的涡轮增压技术。在资源效率利用中，提 高 进 排 气 系 统 燃 气 效 率 是 世 界 共 同 的 研 究课题。（）冷却系统冷却系统是维持柴油发动机寿命的核心系统，高效率节能的柴油发动机更容易损坏，其原因在于冷却系统得不到改进。柴油机的冷却系统不仅能降低燃油的消耗率，还能减少系统功率消耗。传统的冷却系统主要有高温水泵、低温水泵、中冷器、膨胀水箱等冷却零件组成。为满足环境需求与运作系统的热负荷，冷却系统的设计十分苛刻。水泵的效率与水泵的输出功率与消耗功率有关，在实际应用中水泵的消耗又与水泵的流量、扬程、效率有关。根据公式 （公式中 为水泵转速，为叶轮直径，为水泵的扬程）由于设计的越来越精细，叶轮直径会被压缩，提高水泵的转速将会提高水泵的消耗，优化水泵问题一直是国际课题。关键优化点：中冷器中冷器的作用是在各流体不发生接触的情况下进行热能之间的传递和转化。中冷器的运作关系到空气的流动状况以及压缩空气的换热情况，不合理的设计会给整个发动机带了严重的影响。常见的中冷器冷却方式有水冷却与风冷却；如果是在高负荷的系统中水冷的效果通常较差，低温系统主要利用机油冷却与中冷器，水冷却在这种环境下比较明显。风冷主要分为柴油机曲轴驱动和压缩空气涡轮 驱 动 这 两 种；柴 油 机 曲 轴 驱 动 主 要 运 用 于 汽车。主要设计于汽车前端，不仅风扇起到冷却水箱的作用，而且汽车行驶过程中的风力也能起到冷却作用，相比于水冷不适用于柴油机低负荷状态下运转，容易发生充气过冷的问题。其他油耗影响因素（）扭矩影响在部分研究中，实验人员认为，扭矩的改变可以有效改进柴油机的油耗控制情况。该原理主要是通过改变变速器速比，提高发动机扭矩，进而达到油耗降低的目标。不过，调整凝聚后发动机的动力会受到影响，爬坡性能会明显降低。而此时，就需要技术人员对扭矩调整进行辅助优化，具体措施如下：第一，选用更高规格的增压器。增压器调整中，需要技术人员调整扭矩循环，并间隔固定时间调整扭矩循环。数据调整完成后，则需要重新计算油耗最低消耗指标，进一步调整额定功率点。在最终方案的确定中，技术人员要兼顾高速低速段的发动机扭矩数据，保证低油耗状态下的爬坡表现。第二，调整传动比。技术人员需要根据扭矩表现重新调整传动比，确定油耗控制的最理想点。在调整中，可以使用 软件进行辅助操作，提高调整效率。（）工作环境问题部分柴油机运行环境十分恶劣，部件散热条件和空气流动性较差。比如收割机的运行温度极高，运行状态中还经常有碎叶片灰尘进入，导致柴油机温度升高，并出现过热开锅现象。另外收割机的工作都在夏季，室外环境较高，柴油机极易容易进入高负荷状态。其次，人为操作因素也是油耗增加的关键因素之一，比如机油使用频率较低、油品较差也会影响到柴油机的油耗。柴油机相关节能措施 正确使用柴油机的操作应按照机械使用说明进行使用，避免不规范操作造成柴油机的关键部件损坏。如果为特殊柴油机器械，应尽可能保证使用环境的规范，比如避免长时间靠负荷运作，适当提高柴油机维护频率。同时，也可以通过其他辅助措施改变柴油进行环境，比如高温环境下可设置降温设备辅助降温，并通过主动通风的方式增加空气流动性。在进行工作前，也可以按照相关要求至少保证分钟的怠速运转，以降低轴承磨损。优化生产工艺生产中要保证零件精度，尽量降低孔径超差概率。在失圆度度度控制上，数据尽量控制在 毫米以内，保证孔壁均匀。当出现不规范零件时，要及时进行剔除，另寻找误差出现原因。而在装配质量的保证上，这需要控制关键零部件的内外径偏差。在生产中，要时刻注意刀具状态，保证气门导管孔的内部均匀性。生产中要特殊注意活塞环的生产，尽可能保证一环、二环质量，降低漏油概率。动态停缸动态停缸技术指的是选择性停用气缸，进而改变柴油机气缸运行数量，最终实现降低能耗比的目标。在相关热力学损失模型中可以看出，该技术可以有效降低运行状态 年第 期下的热量损失，进一步增加柴油机的运行效率。而在空气流动性上，可以发现该技术可以调整配气系统的冷空气流量。在循环测试中，发现动态停缸技术中能够有效降低排放气体数量，在预热 分钟测试中，相关数据指标也符合美国环境保护机构的相关标准，其中 的数值仅有相同为其排放的 。不过，该项技术现阶段多应用在汽油机生产中，但相关数据表明，以该技术为核心的柴油机（）技术将会有更大的应用优势。其他因素影响的控制措施（）油品质量控制及排烟管理可利用电控技术精准喷油，降低油耗。在油品选择上，应选用油品良好的柴油，提前对油中硫化物、水等异物进行分析和剔除，以免影响柴油机运转效果，造成油耗提高。每次使用前，操作人员应尽可能记录柴油机排烟颜色，并根据排烟状态判断柴油机运行状态，如正常情况下柴油机启动时会冒出大量黑烟，运转稳定时黑烟停止，黑烟持续时间会根据柴油机类型发生变化，但消失后并不会再次出现黑烟。若运行过程中发现黑烟再次出现，可初步判断柴油机出现故障，需及时进行检查。若柴油机排出白烟，则表明有水进入柴油机内部，或者部分柴油未燃烧也会出现白色排烟。当柴油机排烟为蓝色，表明机油进入柴油机燃烧室，需立即进行检修。（）定期进行机械保养柴油机使用时应根据厂家要求进行定期检修，并根据机械类型调整维护方法。以收割机为例，该环境下的柴油机容易受到杂物影响，所以需要及时对散热器进行清洁处理，确保柴油机不会因温度过高而出现故障。在相关配件更换时，也需要保证其他杂物不会直接落入柴油机中。操作人员可根据实际需求增加机油添加频率，及时对柴油机进行润滑。润滑完成后需要留够分钟的调整时间，降低运行损耗。对于部分机械，操作人员也可以通过尝试优化活塞头设计降低柴油机故障率，如可以尝试调整活塞环形状与减少岸油带宽度来降低漏油概率。从而变相达到降低油耗的效果。结束语柴油机运行效率直接关系着国家工业、制造业的发展，但同时也与环境保护之间存在着明显矛盾。因此，未来的柴油机生产应该在环境保护的前提下进行效率提升，或者也可以通过相关传感器的使用对柴油进行状态进行精确掌握。不过，对于零件加工中的误差问题，还需要优化生产工艺，并针对具体生产环境对柴油机结构进行特化设计，通过其他辅助技术保证生产状态，以便于将柴油机的耗油比控制在理想范围内。参考文献：郎晓姣，孙万超基于常用工况的某柴油机性能优化研究农业装备与车辆工程，（）：马伟，刘建卫柴油机水泵对油耗的影响分析内燃机与配件，（）：，：，：曹祥诚，李月亮，王凯，高洋浅析 系列柴油机机油油耗大的问题及应对措施铁道机车与动车，（）：唐锐红，袁文华基于 的机械增压柴油机参数优化分析现代工业经济和信息化，（）：徐萌，王俊，文奕钧，史志鹏，王坤小型农用柴油机油耗和排放的多目标优化中国农机化学报，（）：，：，（）：殷海红，李海庆，韩世河，房瑞雪某重型柴油机瞬态油耗优化试验研究山东工业技术，（）：蒋黎明柴油机低速小负荷下提升排温的仿真及试验研究 吉林大学，孙占款柴油机相继增压系统切换过程性能仿真研究 哈尔滨工程大学，唐少伟，陈博军，赵东柴油机机油耗高的原因及解决措施商品与质量，（）：，等通过动态停缸以减少柴油机排放和燃油耗汽车与新动力，第卷（）：